引言：球阀是以球体为关闭件的阀门，是上世纪问世的一种新型高性能阀门，具有流体阻力小、结构简单、密封性好、寿命长、耐腐蚀、可靠性高、开关迅速、阀体内通道平整光滑等优点。其固定式球阀适用于高压、大口径场合的长输管线和一般工业管线，其强度、安全性、耐恶劣环境性等在设计时进行了特殊考虑。球阀在使用中的主要性能指标是要求具备良好的密封性能，因此，必须在生产制造、检验试验及安装过程中进行重点控制。

一 球阀构造、分类及管道球阀结构特点

    球阀主要有阀体、阀盖、球体、阀杆、阀座组件、支承板、压盖法兰、顶法兰和手柄（包括各类驱动装置）等零部件组成。球阀的主要功能是截断或打开管道中的流体通道，即球阀通常为闭路阀。球阀的作用原理：借助手柄或其他驱动装置在阀杆端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90°（特殊阀门除外），球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直，球阀就完成了一次全开或全关闭的动作。常用的球阀结构可分为浮动球球阀（浮动式）和固定球球阀（固定式）两大类。

浮动球球阀的球体(自由支撑在阀座上)是轴向浮动的，靠上下游两个阀座支撑；在流体的压力作用下，球体在流体流动方向产生位移，使它与阀后阀座密封面更紧密的接触，即在密封面上的比压增大，形成单面密封；同时，阀前阀座密封面上的比压相应减小，往往不保证密封。

    在固定式球阀中，球体具有上、下转轴，被固定在球体的轴承中，因此，球体的位置固定，流体压力不能使它产生位移。可是，阀座却是浮动的，阀座借助于弹簧和流体推力压向球体，建立密封比压。因而固定球阀可根据使用要求设计出三种密封结构：阀前阀座密封，阀后阀座密封，阀前阀后阀座密封。

管道球阀一般采用固定式(固定式球阀适用于大口径)，是由一个经锻造（根据使用压力等级要求也可以采用铸造）的阀体、一个球体、两个阀盖（或称左、右体）、两个密封阀座、两块支承板、一个阀杆、一个压盖法兰、一个顶法兰和一个驱动装置等各类附件组成。按阀门与管道的连接形式主要分为法兰连接、焊接法兰、螺纹法兰和对夹式法兰四种;按阀盖和阀体的连接形式主要分为螺纹连接、螺栓连接和焊接球阀三种;按球体安装方式主要分为顶装式、侧装式两种;按阀座的密封面材料不同可分为软密封球阀、硬密封球阀和软密封与硬密封相组合的复密封球阀。

二 球阀密封原理

1 球阀密封条件及原理

要保证球阀主密封达到规定的密封要求，固定式球阀须借助于介质的压力推动密封阀座产生微小的位移，使阀座密封面的表面紧贴在球体表面上，形成必要的密封比压（比压--作用在密封面上的压力）。密封比压过高会导致密封面材料的损坏，致使密封失败，而且还会导致操作力矩升高而影响动作性能。比压过低则会导致阀座密封面弹性变形量不足，阀座密封面与球体的贴紧力下降，致使主密封不能达到规定的密封要求而产生泄露（如图1所示单活塞球阀）。

“活塞效应”原理可以使管道介质压力作用在不同面积的环面上，浮动密封阀座上承受的作用力大于反作用力，从而产生一个正向压差，正是这个压差确保了上下游阀座密封面紧贴在球体表面，实现了双向控制流体介质泄漏的目标，双活塞阀座球阀除了球阀原有的双向密封外还有中腔加压密封的效果（如图2所示双活塞球阀）。

     图1  单活塞球阀               图2  双活塞球阀

2 最小操作扭矩原理

密封阀座与球体的贴紧力取决于受力环面的面积差和加载弹簧的预紧力，在设计时需要综合考虑可靠密封和操作扭矩的关系。此外，固定式球阀用固定轴支撑，消除了因单侧操作使球体与阀座之间产生很大的密封负荷，同时因球体支撑轴的高光洁度与轴承配合，有效地减小了摩擦阻力，因此可以得到较小的操作扭矩。

三 球阀密封性能的几个影响因素

1 密封副质量的影响

密封副质量取决于球体的圆度、球体与阀座密封面的粗糙度、阀座与阀盖密封面的粗糙度：球体的圆度影响球体与阀座的吻合度，粗糙度的高、低会造成渗漏量增加或减少。因此，阀门制造时要保证良好的密封副质量。

2 密封面上的比压

比压的大小直接影响球阀的密封性、可靠性和使用寿命。阀门设计制造时必须达到最合适的比压。

3加载弹簧和密封材料

加载弹簧的预紧力大小及密封材料弹性和刚度，直接影响球体与阀座的贴紧程度。因此，要调整适当的弹簧预紧力及选择合适的密封材料，以保证球阀密封性能要求。

4 流体的物理性质（主要包括粘度、温度、亲水性）

4.1粘度的影响：流体粘度越大，其渗透能力越小，密封性能越好。

4.2温度的影响：一是流体的渗透能力取决于引起粘度改变的温度；二是因温度的变化而引起零件尺寸改变，致使密封性能受到影响。

4.3表面亲水性的影响：表面亲水性对渗漏影响是毛细孔特性所引起的，当表面有一层很薄的油膜时，就破坏了表面的亲水性，可以减小流体的渗透能力。因此，一般球阀多采用密封脂，以提高密封性能和使用寿命。

四 球阀制造及使用中出现的泄漏分析及措施

球阀在制造安装使用中常出现的问题主要表现为不同程度、不同形式的泄漏，其产生原因要结合密封性能影响因素进行逐项分析及制定相应的解决措施。

1球阀零部件加工精度、表面粗糙度、密封圈材质、装配质量的原因。 密封部件的加工质量直接影响密封性能，其装配间隙和各个环面的面积尤为重要。另外，选择软密封圈材料要考虑耐腐蚀、耐磨性，还要考虑其弹性和刚度，如果太软会影响自洁能力，太硬容易断裂。

2球阀安装施工质量的原因。在安装施工中不注意球阀密封面的保护，致使密封面受到损伤；安装完工后对阀腔吹扫不彻底，在操作中有焊渣或杂物进入密封面，导致密封失败。出现这种情况，紧急情况下应对上游密封面注射密封剂，但要彻底解决问题必须维修或更换密封件。

结束语

了解掌握球阀的结构类型及密封原理，对于球阀的设计、制造、监理及安装使用有着极其重要意义。合理的设计、良好的零部件加工和装配质量、选择适合使用要求和密封性能要求的密封材料，保证和提高球阀工作的可靠性和使用寿命，是球阀生产重点考虑的问题。同时也是阀门项目驻厂监理工作的重中之重。

2019年6月23日