球閥密封性研究

穆錫龍

摘? ?要：作為電子技術方向的重要基礎元件，球閥響應時間快、結構簡單、體積小、重量輕，相比伺服閥成本低廉，得到了廣泛的應用。隨著控制系統對球閥的需求日益增加，加上球閥具有小型化、集成化等特點，使得球閥的開發和研究成為趨勢，球閥存在的一個重要問題就是密封性有待提高，這將嚴重影響控制系統的運行，嚴重的話還會誘發重大事故，給系統帶來巨額的損失。因此加強球閥的密封性研究具有很重要的現實意義。

關鍵詞：球閥? 密封性? 裝配

中圖分類號：TH134? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0082-02

在60多年里，球閥已發展成為一種非常重要的閥類，它在航天、航空、汽車、機電、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。隨著科學技術的不斷發展，主機廠所對球閥的要求越來越高，對球閥的密封性提出了更高的要求。根據閥門泄漏的表現形式，有外部泄漏和內部泄漏之分。對球閥而言，內部泄漏作為其滲漏的主要形式，通常發生于閥座和球體之間接觸的環帶面上，外部泄漏一般發生在殼體連接處。

1? 球閥的作用原理

球閥的密封原理依其結構而異。常用的球閥結構主要可分為浮動球球閥和固定球閥兩大類，浮動球球閥在航空系統上應用較為廣泛，其主要原理為浮動球球閥的球體自由支承在閥座上，在液壓作用下，球體隨介質的流動產生位移，使球體與閥座的密封環帶緊密地接觸，形成單面密封，本文主要就浮動球球閥的密封性進行介紹。

2? 影響球閥密封性的因素及計算控制方法

如圖1所示，該球閥為兩位三通常開式電磁球閥。主要由1-閥體，2-頂桿，3-鋼球，4-O形圈，5-分離銷，6-分離銷導向座，7-鋼球，8-閥座，9-O形圈，10-擋圈組成。工作原理為電磁線圈通電后將球閥內的磁性元件磁化，使球閥內部的鐵芯推動頂桿向右運動，將E口和A口打開，A口和C口關閉;當電磁線圈斷電時，C口在流體液壓力的作用下將C口和A口打開，A口和E口關閉。本文以圖1球閥結構對影響球閥密封性進行分析。

2.1 球體直徑的影響

球體直徑的大小直接影響球閥的密封結構，需針對球體直徑設計特有的密封結構，為保證密封性應盡量縮小球體直徑。

2.2 密封副的質量

球體的圓度與密封環帶的粗糙度、同心度為球閥密封副質量的主要表現形式。球體一般使用鋼球代替，鋼球為標準件，有良好的圓度，一般要求球體的不圓度公差為GB1184《形狀和位置公差數值》中規定的10級，鋼球有比較強的互換性。密封環帶的粗糙度直接影響到球體與密封環帶的接觸，必須對密封環帶進行仔細研磨，為了保證球閥不滲漏，球體和閥座密封環帶接觸的間隙值應小于0.003μm。目前經過多次研磨的閥座密封環帶仍有超過0.1μm的金屬表面凸峰高度，比液體分子直徑還要大30多倍，所以粗糙度應盡可能提高。

裝鋼球的閥座安裝孔必須與閥座外圓有良好的同心度，方能使球體在運動過程中回位準確，吻合度高，密封性好。

2.3 密封副的結構和尺寸

密封副結構的影響：由于密封副在液壓力、溫度等環境的作用下存在一定的塑形變性，密封副的結構尺寸必然產生變化，這會改變原密封副之間的相互作用力，會導致密封效果降低，泄漏量逐步加大，所以在設計密封副的結構時應重點考慮材料彈性變形的影響。

密封環帶的寬度則影響球體所處的位置，球體與閥座形成線密封，該線密封所處的位置直接影響介質的流量。該密封面的寬度一般以經驗值確定，以直徑2.381mm的鋼球為例，密封環帶的寬度一般為0.08mm～0.12mm。

2.4 加工的影響

閥座的密封環帶質量直接影響到球閥密封性的好壞，在對環帶加工時應慎之又慎。根據目前成熟的閥座加工經驗，在閥座成型時應對密封環帶留有足夠的余量，然后用夾具配備專用研磨工裝對環帶進行仔細研磨消除金屬表面凸峰高度;閥座的兩端壓入部分必須留有足夠的倒角，一般為長度為1mm，角度為15°，避免閥座在裝入過程中損傷殼體。

閥座研磨完成后應對閥座的密封環帶進行1.5倍額定工作壓力且不低于5min的氣密性試驗，若球閥的使用介質為液體，可以通過泄漏的氣泡數量來確定環帶質量;若球閥的使用介質為氣體，則試驗時不允許泄漏，過對閥座密封環帶的密封性試驗，達到所需的密封性指標;

閥座試驗后應再進行80℃、30min的超聲波清洗，消除密封環帶上的污物，再次清洗干凈后將閥座置于大于40倍的放大鏡下檢查密封環帶的質量，各項指標均合格后將閥座單獨包裝，可進行裝配。

2.5 裝配的影響

球閥的裝配不只是零件的簡單堆積過程，而是一系列不同復雜的工序。這些工序是以具有理論和實際根據的方法來進行的。

在閥座的裝配前，必須保證閥體和閥座的清潔，確保閥座的密封環帶、外圓及閥體內孔沒有損傷，應對閥座及其配合組件進行二次清洗，然后利用專業的夾具，將閥座安裝到閥體的指定位置。該工序至關重要，若安裝不當，極易將閥體內孔損傷或閥座環帶損傷，從而影響球閥泄漏。

3? 應用情況

通過本文的研究，在球閥加工制造過程中，可有效的降低密封性，縮短了產品的研制周期，提高一次性研制合格率。工廠的某型電磁球閥按本文要求改進后，密封性由普通球閥的5mL/min降低到0.5mL/min，滿足了主機提的密封性要求，且一次性合格率達到99%，大幅度的降低了研制成本，給工廠帶來了可觀的效益。

4? 結語

綜上所言，本文就影響球閥密封性的因素進行了逐一分析和詳細介紹，球閥密封性的質量對于系統能否正常工作起到了重要的作用，在球閥的生產和制造過程中，必須嚴格控制加工和裝配的質量，才能夠有效的解決球閥的密封性問題。

參考文獻

[1] 濮良貴，紀明剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 朱延斌.潤滑脂技術大全[M].2版.北京：中國石化出版社，2009.

[3] 中國機械工程學會設備與維修工程分會，機械設備維修問答叢書工業管道及閥門維修問答[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4] 徐兵，李峰.機械裝配技術[M].北京：中國輕工業出版社，2011.

[5] 陸培文.閥門設計入門與精通[M].北京：機械工業出版社，2009.