固定球阀密封面比压计算的准确性对阀门结构设计、性能分析和材料选用等方面影响很大。本文通过对固定球阀比压公式的分析，提出了新的符合实际球阀条件的计算公式。

   1、密封原理

固定球阀球体为上下轴固定，接触部位安装滑动轴承。阀座安装在具有活塞效应的阀座支撑圈内，阀座支撑圈上安装O形圈与阀体密封（图1）。阀座支撑圈后安装弹簧提供预紧力使阀座压紧球体。阀门关闭，进口端介质力作用于阀座支撑圈外径DJH与阀座内径DWN形成的环状面积上，使其压紧球体，达到密封。

图1 球阀密封结构

  2、密封比压计算

    球阀阀座密封面上的工作比压q为

        （1）

        （2）

        （3）

        （4）

        （5）

        （6）

        （7）

        （8）

        （9）

    式中  q———阀座密封面上的工作比压，MPa

    N———阀座密封圈对球体的法向压力，N

    S———阀座与球体接触的球形环带面积，mm2

    F———进口端阀座对球体的总作用力，N

    φ———密封面法向与流道中心的夹角，（°）

    R———球体半径，mm

    h———阀座与球体接触面轴向上的投影高度，mm

    F0———流体压力在阀座密封面上引起的作用力，N

    F1———弹簧预紧力，N

    P———阀门设计压力（取公称压力PN），MPa

    DJH———阀座支撑圈外径，mm

    DMT———阀座密封面流体浸透尺寸，mm

    DMW———阀座密封面外径，mm

    DMN———阀座密封面内径，mm

    FMY———阀座密封面对球体必须的预紧力，N

    FMC———阀座支撑圈上O形圈与阀体孔间的摩擦力，N

    R———球体半径，mm

    h———阀座与球体接触面轴向上的投影高度，mm

    qmin———阀座初始密封比压，MPa

    

    P1———初始压力（取大气压P1=0．1），MPa

    则

        （10）

    b———O形圈与阀体内孔接触宽度（取O形圈截面半径的1/3），mm

 

    Z———O形圈数量（为简化计算取Z=2）

    qMY———O形圈密封的必须比压，MPa

    f———橡胶O形圈的摩擦系数（f=0．4）

        （11）

    为简化计算，取O形圈截面直径为5．3mm，O形圈密封与压力关系较小。取P0=0，则qMY=1.35MPa，FMC=3DJH。计算各式。

    

    

    整理后得球阀密封比压计算公式

    

  3、计算数据对比

    以DN80－PN250C固定球阀为例，按照计算公式与本文计算公式的计算结果进行对比（表1，表2）。

表1 计算结果

表2 对比

        通过计算对比，常用球阀密封比压计算公式在选择非金属材料（如尼龙、德威龙、钼龙、PEEK等）阀座时误差较大，其主要原因是阀门法向力计算上出现错误。本文通过对阀座密封面比压重新推理，得出新的公式，其计算结果可以满足非金属阀座材料的选择。