球閥，是應用較為廣泛的（de）閥門之一，它出現（xiàn）很（hěn）早，推廣使用較晚。它的工作原（yuán）理與旋塞閥一樣，都是靠旋轉閥芯來使閥門啟閉的，但比旋塞閥開關輕便，相對體（tǐ）積（jī）小（xiǎo），可以做成大（dà）口徑閥（fá）門。球閥密封可靠，結（jié）構簡單，維修方便，密封麵與（yǔ）球體常在閉合狀態，不易被介質衝蝕。目前，國外球閥口徑已達3050cm，在石油、化工、冶（yě）金、輕紡、食品、原子（zǐ）能、航空等部門廣泛使（shǐ）用。

1、球閥的分類

　　球閥（fá）分為（wéi）兩大類：浮動式、固定式

　　球（qiú）閥的球體是浮動的，在介質壓力（lì）作用下，球體能產生一定的位移並緊壓在出口端的密（mì）封麵上，保證（zhèng）球閥（fá）的密封。浮動球球閥的結構簡單，密（mì）封性好（hǎo），但球體（tǐ）承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要（yào）考慮密封圈材料能否經受（shòu）得住球體介質（zhì）的工作載荷。這種結構，廣泛用於中低壓球閥。

1.2、固定球球閥

　　球閥的球（qiú）體是固定的，受壓後不產生移動（dòng）。固定球球閥都帶有（yǒu）浮（fú）動閥座，受介質壓力後，閥（fá）座產生移動，使密封圈緊壓在（zài）球體上，以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作（zuò）扭距小（xiǎo），適用於高壓和大口徑的閥門。為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度，近年來又出現（xiàn）了油封球閥，既在密封麵間（jiān）壓（yā）注特製的潤滑油，以形成一（yī）層油膜，即增強了密封性，又減少（shǎo）了操作扭矩，更適用（yòng）高壓大（dà）口徑的球閥。

　　本文主要對浮動式大口（kǒu）徑（jìng）球閥的密封性啟閉力矩等作粗淺的探討，希（xī）望能對球閥的應用有所（suǒ）幫助。

2、浮動球閥的密封

　　浮動（dòng）球球閥的結構簡單，密封性（xìng）好，但球（qiú）體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因此密封圈材料能否經受（shòu）得住球體介質的工作載（zǎi）荷是關鍵。一（yī）般說來， 密封（fēng）圈都（dōu）是用聚四氟乙（yǐ）烯等彈性材料製造，金屬與非金屬材料組（zǔ）成密封（fēng）副，也就是通常稱為（wéi）軟密封。軟密封（fēng）的密封性容易保證，而且對密封表麵的加工精度與（yǔ）表麵粗糙度要求也不很高。在介質（zhì）的壓力下，球體向出口端位移並壓緊閥座，這時，球（qiú）體壓在閥座上的力QMJ為：

式中：DMW—閥（fá）座密封麵外徑
　　DMN—閥座密封麵內徑
　　P—介質工作壓力

　　為了（le）保證低壓（yā）時的密封，球閥和（hé）閥座所（suǒ）必須的預緊比壓（yā）不應（yīng）小於1200N·M，預緊密封主要靠閥（fá）座本身（shēn）的彈性，所以密封麵的寬度是受一定限製（zhì）的（de），計算式為（wéi）：

　　式中：[q]—許用應力（lì）（聚四氟乙烯許用應力為1530N·M）

　　對於帶彈性元件的閥座，它的工作可靠性和使用期限很大程度上取決於正確（què）選（xuǎn）擇密封閥座的預壓縮（suō）力。

　　低壓時（shí），在預緊力不足的情況下，將（jiāng）不能保證球閥的（de）密封，過渡（dù）的壓縮會引起球體和閥座間的摩擦力矩增加，並可（kě）能引起閥座材料的塑（sù）性變形。

　　閥座與閥體槽之間的間隙δ1，是保證球閥（fá）正常工作的基本（běn）條件，在選擇間隙（xì）δ1 時，必須考慮預壓縮閥座（zuò）的均勻伸長應在總的彈性變形範圍內，對此采用：

　　式中：DMP—閥座平均直徑；σMJ—彈（dàn）性變形範圍內閥座橫截麵的許用應力，對聚四氟乙烯製閥座,σMJ=820（N-M）；E—閥座材（cái）料（liào）的彈性模數，對聚四氟乙烯製閥座，E=48000～81600（N-M）。閥座的密封材料一般都是（shì）用聚四氟乙烯，在現有塑料中，化學穩定（dìng）性（xìng）強的是聚四氟乙烯，它對化學作用的穩定甚至超過貴重金（jīn）屬金（jīn）和（hé）鉑、玻璃、陶瓷、搪（táng）瓷、特種鋼（gāng）材和合金。化學腐蝕性較強的物質—濃（nóng）酸（suān）、稀酸、濃堿液、強的（de）氧化劑也不能對聚四氟乙烯起任何作用，有“塑科王”之稱。除某些鹵化（huà）胺或芳香烴使聚（jù）四氟乙烯塑料有輕微的溶脹現象之外，酮類、酸類、酯類等有機溶劑對（duì）聚四氟乙烯都無作用，不會發生重量（liàng）變化及溶（róng）脹（zhàng）現象。對它能發生作用的僅為熔融態的堿金屬、三氟化氯（lǜ）及元素氟等，但也隻（zhī）是在高溫、高壓（yā）下作用才顯著。此外，聚四氟乙烯也不受氧或紫外（wài）線的作用，不吸水、具有不燃性。

　　它具有很高的耐熱性和耐寒性，使用溫度範圍為-180～250℃，在250℃處理240h，力學性能無降低，390℃每小時失重0.006％。它的介電性能優良，並且電性能不受頻率和溫度的影響，可在250℃下長期工作（zuò）。由上可知，用聚四氟乙烯作為球閥（fá）的密封是較為理想的（de）。聚四氟（fú）乙烯的彈性模數值很大，因此，材料的性能決定了其彈性變形很小，一但長期（qī）便用，材料（liào）的彈性不足以（yǐ）彌補密封麵的磨（mó）損，這時球閥的密封就要破壞，因此，在設計閥座時考慮如何從結構（gòu）上增加它的彈性，我們選（xuǎn）用了彈性結構（見圖）。

　　這種閥（fá）座有如（rú）下特點：

　　(1)密封麵（miàn）內有一個角度40°±1′；

　　(2)密封閥座底部有一個R2 的半圓槽；

　　(3)與閥體的配（pèi）合（hé）留有（yǒu）間隙δ1 可增加彈性。

　　結構原理為：在無預緊力裝配時（shí），球體與A點相（xiàng）切，裝配預（yù）緊力（lì）使球軸位移，位（wèi）移一般在0.2～0.4(mm)之間（jiān），當球體（tǐ）受到壓力後，球體隨壓力方向緊貼在密（mì）封麵上，這時密封圈向外膨脹，使密封麵與球麵（miàn）不會貼的太緊（jǐn）而造成扭矩增大，卸壓後，密封（fēng）閥座基本上又（yòu）恢複到原來安裝時的位置。

　　自緊密封，是較為特殊的密封形式，我廠生產的大口徑球閥，閥杆密（mì）封全部采用該結構。工（gōng）作原理是：利用（yòng）介質壓力進行自緊密封，它的密（mì）封圈裝在內（nèi）錐體（tǐ）外，跟介質相向的一麵成一定角（jiǎo）度，介質（zhì）壓力傳給內錐體，以傳遞給密封圈（quān），在一定角度的錐麵上產生兩個分力，一個與閥體中心線平行向外，另一壓向閥體內壁，後麵這個力便是自緊力，介質（zhì）壓力愈大，自緊力也（yě）愈大，考慮到低（dī）壓時的密封，在（zài）自緊密（mì）封上麵必須增加一定的預緊力，保證其密封性能。

3、球閥的扭矩

　　球閥摩擦力的大小，不僅取決於介質的（de）工作壓（yā）力和閥門的通徑，而且和球閥的（de）形式、密封和支承部件的（de）結構及（jí）密封材料的性質有關，此外，每一具體結構中，密封座上的摩擦力還取（qǔ）決於球閥轉（zhuǎn）動的角度。

　　在正（zhèng）常差壓下動作的扭矩（jǔ）：當球閥轉動開啟（qǐ）到30°時，出現（xiàn）大（dà）值（zhí），全開時（90°）為零，實際上，當球閥轉（zhuǎn）到80°時，壓差通常大大地小於大值。當關閉球閥時壓差（chà）大，隨著它的打開程度增加而逐漸減小，因而在壓力恒定的情況下，大力扭矩（jǔ）產生轉動到30°～40°時。球閥的（de）工作可劃分（fèn）為二個主要階段（duàn）。

　　(1)從球體啟（qǐ）動到（dào）開（kāi）始打開（kāi）球閥階段，這個階段球體（tǐ）中僅（jǐn）作用著由密封元件中預緊力和工（gōng）作介（jiè）質靜壓（yā）力所產生的摩擦力。

　　(2)從開始（shǐ）打開閥門到球（qiú）孔與閥門通道完全重合階段，這個階段對靜壓差產（chǎn）生的摩擦力，還要加上由於（yú）液體或氣體介質力作用的（de）力。隨（suí）著閥門（mén）的關閉，球體將堵住通孔，這樣，球體上的流（liú）體動作力（lì）將減小，而差壓增大。

4、總摩擦扭矩的（de）計算

　　閥門的摩擦扭矩按（àn）下式計（jì）算：

MF=MQZ+MFT+MFC （N-M） （4）

　　式中：MQZ—球體（tǐ）在閥座中的摩擦力矩
　　MFT—填料（liào）與（yǔ）閥杆的摩擦力矩
　　MFC—閥杆頭部的摩擦力矩

　　分析球閥產生的作用力表明，球閥在介質的作用下，浮動球（qiú）體向（xiàng）出口端位移，所產生的作用力全部由出口的閥座密封圈承受，球前閥座密封圈不（bú）承受作用力，同時也不影響摩擦扭矩。

　　式中：f —摩擦係數，對於聚四氟乙（yǐ）烯密封圈f =0.5

　　閥杆在填料中（zhōng）的摩擦力矩取決於密封的形式和（hé）工作壓力的大小,在壓緊時,上下密封圈都（dōu）承受均勻的壓力,填料中的摩擦力不取決於（yú）球體的轉動角度,所以,填料（liào）的摩擦力矩（jǔ）按下式:

MFT=πdFh1Z11.2Pf (N-M) (6)

　　式中：dF—閥杆直徑
　　h1—單（dān）圈（quān）填（tián）料與閥杆接觸高度
　　Z1—填料圈數
　　閥杆頭部的摩擦力矩可按下式：

　　式中：dF、dFT—閥杆頭計算直徑由上（shàng）可知，球閥的啟閉力矩是由（yóu）多方麵來決（jué）定的，對於通徑≤100mm，使用壓力（lì）在1.6Mpa 以內的球閥,其啟閉力矩不能超過60N-M。以（yǐ）上（shàng）分析可知，浮動球閥（fá）有它的局（jú）限性，由於結構（gòu）上的原因，在大口徑高壓力下會出現扭矩成倍增加。因此，就必須選用固定式結構的球閥，我們也（yě）將進一步進（jìn）行探討其適（shì）用性能（néng）。