球阀密封性研究

穆锡龙

摘   要：作为电子技术方向的重要基础元件，球阀响应时间快、结构简单、体积小、重量轻，相比伺服阀成本低廉，得到了广泛的应用。随着控制系统对球阀的需求日益增加，加上球阀具有小型化、集成化等特点，使得球阀的开发和研究成为趋势，球阀存在的一个重要问题就是密封性有待提高，这将严重影响控制系统的运行，严重的话还会诱发重大事故，给系统带来巨额的损失。因此加强球阀的密封性研究具有很重要的现实意义。

关键词：球阀  密封性  装配

中图分类号：TH134                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（c）-0082-02

在60多年里，球阀已发展成为一种非常重要的阀类，它在航天、航空、汽车、机电、建筑等许多方面都得到了广泛的应用。随着科学技术的不断发展，主机厂所对球阀的要求越来越高，对球阀的密封性提出了更高的要求。根据阀门泄漏的表现形式，有外部泄漏和内部泄漏之分。对球阀而言，内部泄漏作为其渗漏的主要形式，通常发生于阀座和球体之间接触的环带面上，外部泄漏一般发生在壳体连接处。

1  球阀的作用原理

球阀的密封原理依其结构而异。常用的球阀结构主要可分为浮动球球阀和固定球阀两大类，浮动球球阀在航空系统上应用较为广泛，其主要原理为浮动球球阀的球体自由支承在阀座上，在液压作用下，球体随介质的流动产生位移，使球体与阀座的密封环带紧密地接触，形成单面密封，本文主要就浮动球球阀的密封性进行介绍。

2  影响球阀密封性的因素及计算控制方法

如图1所示，该球阀为两位三通常开式电磁球阀。主要由1-阀体，2-顶杆，3-钢球，4-O形圈，5-分离销，6-分离销导向座，7-钢球，8-阀座，9-O形圈，10-挡圈组成。工作原理为电磁线圈通电后将球阀内的磁性元件磁化，使球阀内部的铁芯推动顶杆向右运动，将E口和A口打开，A口和C口关闭;当电磁线圈断电时，C口在流体液压力的作用下将C口和A口打开，A口和E口关闭。本文以图1球阀结构对影响球阀密封性进行分析。

2.1 球体直径的影响

球体直径的大小直接影响球阀的密封结构，需针对球体直径设计特有的密封结构，为保证密封性应尽量缩小球体直径。

2.2 密封副的质量

球体的圆度与密封环带的粗糙度、同心度为球阀密封副质量的主要表现形式。球体一般使用钢球代替，钢球为标准件，有良好的圆度，一般要求球体的不圆度公差为GB1184《形状和位置公差数值》中规定的10级，钢球有比较强的互换性。密封环带的粗糙度直接影响到球体与密封环带的接触，必须对密封环带进行仔细研磨，为了保证球阀不渗漏，球体和阀座密封环带接触的间隙值应小于0.003μm。目前经过多次研磨的阀座密封环带仍有超过0.1μm的金属表面凸峰高度，比液体分子直径还要大30多倍，所以粗糙度应尽可能提高。

装钢球的阀座安装孔必须与阀座外圆有良好的同心度，方能使球体在运动过程中回位准确，吻合度高，密封性好。

2.3 密封副的结构和尺寸

密封副结构的影响：由于密封副在液压力、温度等环境的作用下存在一定的塑形变性，密封副的结构尺寸必然产生变化，这会改变原密封副之间的相互作用力，会导致密封效果降低，泄漏量逐步加大，所以在设计密封副的结构时应重点考虑材料弹性变形的影响。

密封环带的宽度则影响球体所处的位置，球体与阀座形成线密封，该线密封所处的位置直接影响介质的流量。该密封面的宽度一般以经验值确定，以直径2.381mm的钢球为例，密封环带的宽度一般为0.08mm～0.12mm。

2.4 加工的影响

阀座的密封环带质量直接影响到球阀密封性的好坏，在对环带加工时应慎之又慎。根据目前成熟的阀座加工经验，在阀座成型时应对密封环带留有足够的余量，然后用夹具配备专用研磨工装对环带进行仔细研磨消除金属表面凸峰高度;阀座的两端压入部分必须留有足够的倒角，一般为长度为1mm，角度为15°，避免阀座在装入过程中损伤壳体。

阀座研磨完成后应对阀座的密封环带进行1.5倍额定工作压力且不低于5min的气密性试验，若球阀的使用介质为液体，可以通过泄漏的气泡数量来确定环带质量;若球阀的使用介质为气体，则试验时不允许泄漏，过对阀座密封环带的密封性试验，达到所需的密封性指标;

阀座试验后应再进行80℃、30min的超声波清洗，消除密封环带上的污物，再次清洗干净后将阀座置于大于40倍的放大镜下检查密封环带的质量，各项指标均合格后将阀座单独包装，可进行装配。

2.5 装配的影响

球阀的装配不只是零件的简单堆积过程，而是一系列不同复杂的工序。这些工序是以具有理论和实际根据的方法来进行的。

在阀座的装配前，必须保证阀体和阀座的清洁，确保阀座的密封环带、外圆及阀体内孔没有损伤，应对阀座及其配合组件进行二次清洗，然后利用专业的夹具，将阀座安装到阀体的指定位置。该工序至关重要，若安装不当，极易将阀体内孔损伤或阀座环带损伤，从而影响球阀泄漏。

3  应用情况

通过本文的研究，在球阀加工制造过程中，可有效的降低密封性，缩短了产品的研制周期，提高一次性研制合格率。工厂的某型电磁球阀按本文要求改进后，密封性由普通球阀的5mL/min降低到0.5mL/min，满足了主机提的密封性要求，且一次性合格率达到99%，大幅度的降低了研制成本，给工厂带来了可观的效益。

4  结语

综上所言，本文就影响球阀密封性的因素进行了逐一分析和详细介绍，球閥密封性的质量对于系统能否正常工作起到了重要的作用，在球阀的生产和制造过程中，必须严格控制加工和装配的质量，才能够有效的解决球阀的密封性问题。

参考文献

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