球閥密封性研究

穆錫龍

摘? ?要：作為電子技術(shù)方向的重要基礎(chǔ)元件，球閥響應(yīng)時(shí)間快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，相比伺服閥成本低廉，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著控制系統(tǒng)對(duì)球閥的需求日益增加，加上球閥具有小型化、集成化等特點(diǎn)，使得球閥的開(kāi)發(fā)和研究成為趨勢(shì)，球閥存在的一個(gè)重要問(wèn)題就是密封性有待提高，這將嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的運(yùn)行，嚴(yán)重的話(huà)還會(huì)誘發(fā)重大事故，給系統(tǒng)帶來(lái)巨額的損失。因此加強(qiáng)球閥的密封性研究具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：球閥? 密封性? 裝配

中圖分類(lèi)號(hào)：TH134? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（c）-0082-02

在60多年里，球閥已發(fā)展成為一種非常重要的閥類(lèi)，它在航天、航空、汽車(chē)、機(jī)電、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，主機(jī)廠所對(duì)球閥的要求越來(lái)越高，對(duì)球閥的密封性提出了更高的要求。根據(jù)閥門(mén)泄漏的表現(xiàn)形式，有外部泄漏和內(nèi)部泄漏之分。對(duì)球閥而言，內(nèi)部泄漏作為其滲漏的主要形式，通常發(fā)生于閥座和球體之間接觸的環(huán)帶面上，外部泄漏一般發(fā)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(jié)構(gòu)而異。常用的球閥結(jié)構(gòu)主要可分為浮動(dòng)球球閥和固定球閥兩大類(lèi)，浮動(dòng)球球閥在航空系統(tǒng)上應(yīng)用較為廣泛，其主要原理為浮動(dòng)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(zhì)的流動(dòng)產(chǎn)生位移，使球體與閥座的密封環(huán)帶緊密地接觸，形成單面密封，本文主要就浮動(dòng)球球閥的密封性進(jìn)行介紹。

2? 影響球閥密封性的因素及計(jì)算控制方法

如圖1所示，該球閥為兩位三通常開(kāi)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(xiāo)，6-分離銷(xiāo)導(dǎo)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(xiàn)圈通電后將球閥內(nèi)的磁性元件磁化，使球閥內(nèi)部的鐵芯推動(dòng)頂桿向右運(yùn)動(dòng)，將E口和A口打開(kāi)，A口和C口關(guān)閉;當(dāng)電磁線(xiàn)圈斷電時(shí)，C口在流體液壓力的作用下將C口和A口打開(kāi)，A口和E口關(guān)閉。本文以圖1球閥結(jié)構(gòu)對(duì)影響球閥密封性進(jìn)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(jié)構(gòu)，需針對(duì)球體直徑設(shè)計(jì)特有的密封結(jié)構(gòu)，為保證密封性應(yīng)盡量縮小球體直徑。

2.2 密封副的質(zhì)量

球體的圓度與密封環(huán)帶的粗糙度、同心度為球閥密封副質(zhì)量的主要表現(xiàn)形式。球體一般使用鋼球代替，鋼球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)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(shù)值》中規(guī)定的10級(jí)，鋼球有比較強(qiáng)的互換性。密封環(huán)帶的粗糙度直接影響到球體與密封環(huán)帶的接觸，必須對(duì)密封環(huán)帶進(jìn)行仔細(xì)研磨，為了保證球閥不滲漏，球體和閥座密封環(huán)帶接觸的間隙值應(yīng)小于0.003μm。目前經(jīng)過(guò)多次研磨的閥座密封環(huán)帶仍有超過(guò)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(yīng)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中回位準(zhǔn)確，吻合度高，密封性好。

2.3 密封副的結(jié)構(gòu)和尺寸

密封副結(jié)構(gòu)的影響：由于密封副在液壓力、溫度等環(huán)境的作用下存在一定的塑形變性，密封副的結(jié)構(gòu)尺寸必然產(chǎn)生變化，這會(huì)改變?cè)芊飧敝g的相互作用力，會(huì)導(dǎo)致密封效果降低，泄漏量逐步加大，所以在設(shè)計(jì)密封副的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮材料彈性變形的影響。

密封環(huán)帶的寬度則影響球體所處的位置，球體與閥座形成線(xiàn)密封，該線(xiàn)密封所處的位置直接影響介質(zhì)的流量。該密封面的寬度一般以經(jīng)驗(yàn)值確定，以直徑2.381mm的鋼球?yàn)槔芊猸h(huán)帶的寬度一般為0.08mm～0.12mm。

2.4 加工的影響

閥座的密封環(huán)帶質(zhì)量直接影響到球閥密封性的好壞，在對(duì)環(huán)帶加工時(shí)應(yīng)慎之又慎。根據(jù)目前成熟的閥座加工經(jīng)驗(yàn)，在閥座成型時(shí)應(yīng)對(duì)密封環(huán)帶留有足夠的余量，然后用夾具配備專(zhuān)用研磨工裝對(duì)環(huán)帶進(jìn)行仔細(xì)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(zhǎng)度為1mm，角度為15°，避免閥座在裝入過(guò)程中損傷殼體。

閥座研磨完成后應(yīng)對(duì)閥座的密封環(huán)帶進(jìn)行1.5倍額定工作壓力且不低于5min的氣密性試驗(yàn)，若球閥的使用介質(zhì)為液體，可以通過(guò)泄漏的氣泡數(shù)量來(lái)確定環(huán)帶質(zhì)量;若球閥的使用介質(zhì)為氣體，則試驗(yàn)時(shí)不允許泄漏，過(guò)對(duì)閥座密封環(huán)帶的密封性試驗(yàn)，達(dá)到所需的密封性指標(biāo);

閥座試驗(yàn)后應(yīng)再進(jìn)行80℃、30min的超聲波清洗，消除密封環(huán)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(huán)帶的質(zhì)量，各項(xiàng)指標(biāo)均合格后將閥座單獨(dú)包裝，可進(jìn)行裝配。

2.5 裝配的影響

球閥的裝配不只是零件的簡(jiǎn)單堆積過(guò)程，而是一系列不同復(fù)雜的工序。這些工序是以具有理論和實(shí)際根據(jù)的方法來(lái)進(jìn)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(huán)帶、外圓及閥體內(nèi)孔沒(méi)有損傷，應(yīng)對(duì)閥座及其配合組件進(jìn)行二次清洗，然后利用專(zhuān)業(yè)的夾具，將閥座安裝到閥體的指定位置。該工序至關(guān)重要，若安裝不當(dāng)，極易將閥體內(nèi)孔損傷或閥座環(huán)帶損傷，從而影響球閥泄漏。

3? 應(yīng)用情況

通過(guò)本文的研究，在球閥加工制造過(guò)程中，可有效的降低密封性，縮短了產(chǎn)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(jìn)后，密封性由普通球閥的5mL/min降低到0.5mL/min，滿(mǎn)足了主機(jī)提的密封性要求，且一次性合格率達(dá)到99%，大幅度的降低了研制成本，給工廠帶來(lái)了可觀的效益。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所言，本文就影響球閥密封性的因素進(jìn)行了逐一分析和詳細(xì)介紹，球閥密封性的質(zhì)量對(duì)于系統(tǒng)能否正常工作起到了重要的作用，在球閥的生產(chǎn)和制造過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制加工和裝配的質(zhì)量，才能夠有效的解決球閥的密封性問(wèn)題。

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