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不锈钢球阀密封结构探讨

不锈钢球阀一般有缩径和不缩径通道两种结构。无论那种结构,球阀的流阻系数都比较小。特别是所谓全流量型,即不缩径的球阀,由于其通道直径等于管道内径,局部阻力损失只有同等长度管道的摩擦阻力,即在所有阀门中,这种球阀的流阻最小。在火箭发射及其试验系统中,要求输送管道的阻力越小越好。
  
   不锈钢球阀以其众所周知的特点,广泛应用于各种管路系统的快速切断、改变介质流向和自动控制,可采用手动、电动或气动等驱动方式。图1为球阀的典型结构(未考虑驱动方式)。
  
   在球阀的使用性能中,密封性是其主要指标之一。从图1可见,球阀的密封结构主要由三部分组成,其一为主、副阀体间的密封,由密封调整垫片实现;其二为主阀体与阀杆间的密封,由标准“V”形填料或0形密封圈实现,组成球阀的外密封结构。其三为球体与主、副阀体间的密封,由密封座实现,组成球阀的主密封结构。主密封结构的密封性影响球阀的工作性能,是球阀设计和制造中关键的密封结构。本文将重点讨论球阀主密封的非金属密封(又称软密封)结构问题。
  
   1球阀的密封性要求:
  
   球阀的密封性指标由内泄漏和外泄漏要求确定,国家标准规定非金属密封球阀的密封性按GB/T13927《通用阀门压力试验》的A级执行,要求“在试验持续时间内无可见泄漏”;航天行业标准规定地面气体管路系统用球阀“在0.05MPa和1.1倍公称压力的气压条件下,保压3min,内泄漏率应不大于3×10-5Pa·m3/s(无气泡逸出);在1.1倍公称压力的气压条件下,保压3min,外泄漏率应不大于1×10-5Pa·m3/s(无气泡逸出)。”
  
   2影响球阀密封性的主要因:
  
   素影响球阀密封性的主要因素有密封面的粗糙度和球体圆度参数。众所周知,无论采用如何先进的加工技术,都不可能完全消除球体的圆度误差及密封面的微观缺陷,因此,为了达到良好的密封效果并保证加工过程可以实现,必须确定合适的密封面粗糙度和球体圆度参数值。有关资料推荐,球体密封面的粗糙度Ra值最大允许值为0.4µm;密封座粗糙度Ra值在以聚四氟乙烯为密封材料时最大允许值为0.8µm。球面的圆度公差,按GB/T1184附表2的6级精度较为合适。
  
   3球阀主密封结构分析:
  
   期的球阀,一般采用金属材料作为密封结构(又称硬密封),随着工程塑料技术的发展,尤其是聚四氛乙烯的出现,使球阀密封结构有了一种较为理想的密封材料。常见的球阀主密封结构的软密封形式有刚性密封座、带弹性元件的密封座、聚四氟乙烯唇式密封座和弹性胀圈与聚四氟乙烯唇式密封座组成的组合型密封座等形式。唇式密封座具有的唇形结构,使其具有较好的弹性,在使用中可保证密封面的预压缩量并可对密封面的预压缩量进行补偿而优于刚性结构。但使用中发现,聚四氟乙烯的弹塑性变形能力及在温度变化条件下的稳定性仍不十分理想,且具有较大的冷流趋向;同时,由于球阀的使用压力变化范围较大,因此,采用聚四氟乙烯作为密封材料制成的唇式密封座,在较低压力条件下或长期使用中仍易产生泄漏。解决这一问题的方式为采用弹性胀圈与聚四氟乙烯唇式密封座组成的组合型密封座,它可依靠金属材料弹性胀圈良好的弹塑性变形能力,增强其整体的弹塑性变形能力和补偿能力,提高球阀的密封能力.

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