唐海清
长沙格力暖通制冷设备有限公司 410600
摘要：球阀为机组系统中常用的节流系统件，工业生产中存在密封性良好，操作简易的优势，在日常工作生产时，会遇到球阀存在泄露的情况。本文对常见的球阀泄露进行分析，各方面为复核人员提供分析参考。
关键词：球阀；密封结构；气密性
一、引言
某厂家连续反馈4单锥螺纹球阀阀杆处泄漏，对泄漏样品观察其表面无明显泄露的情况，氦气检漏为微漏。通过内部密封结构、密封材料测试、密封力矩实验、气密性实验，确定为厂家来货时压盖螺母密封力不足导致。详细分析过程见下文。
二、锥螺纹球阀工作原理
锥螺纹球阀结构型式如图1所示：
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锥螺纹球阀是一种结构简单的阀门，通过调节阀杆的状态带动球体运转，从而实现球阀的开闭。它具有结构简单、反应快速等优点。锥螺纹球阀主要用来做切断、分配和改变 介质流向用，但最适宜做切断阀用，［1］是机组系统用的一种可靠性阀类。
密封圈和球体是保证阀体通道密封的关键部位，而近期反馈的泄露问题均是在阀杆开关处泄露。阀杆开关处的结构详情见实物解剖图，实物解剖分析该处有三道密封结构，第一道密封为白色的聚四氟乙烯密封垫，第二道为黑色的合成橡胶密封圈，第三道为压盖螺母实现自密封。
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三、密封原理分析
从失效模式角度出发，影响阀杆处密封性能应由阀杆处的三道密封结构原理开始分析。为准确锁定锥螺纹球阀泄露机理，复核人员对阀杆处的三道密封结构依次进行分析，原理如下：
第一道密封为白色的聚四氟乙烯密封垫，此处的密封面为锥面，使用时和阀体上的锥面台阶互相紧密配合，从而达到面密封的效果，但是由于加工精度和实际工作情况，此密封结构并不能实现完全密封的作用。
第二道密封结构为第二道为黑色的丁腈橡胶O型密封圈，O 型密封圈是属于挤压型密封圈，它靠密封圈受到安装沟槽的预压缩作用，在摩擦 面上产生初始接触压力而获得预密封效果。 当受到介质压力作用后产生自紧作用，其摩擦面接触压力数值上升，就起到增强密封效果。［2］O形圈的自封是有限的，当内压过高时，会出现O形圈的“胶料挤出”现象。即密封部位因有限间隙存在，受高压作用的O形圈在间隙处会产生应力集中，当应力达到O形圈的料胶不能承受时，料胶就会被挤出来，此时虽然O形圈还能暂时维持密封，但实际已损坏。因此要排查O型密封圈是否破损。
第三道为压盖螺母，拧紧压盖螺母和螺纹填充胶紧密贴合，从而实现压盖螺母底部的面密封。同时，该压盖螺母的配合螺纹为锥螺纹，属于密封螺纹，也可以在一定程度上实现填料密封。
三、密封材料对比分析
第一道密封垫材料要求：聚四氟乙烯，进行红外光谱测试，对比标准图判定合格。第二道密封圈材料要求：HNBR（丁腈橡胶），进行红外光谱测试，对比标准图对比判定合格。第三道密封材料为螺纹密封胶，无明确要求，不做强制要求。
四、异常品密封情况排查
将异常品压盖螺母处进行拆解，在放大镜下观察，发现白色密封垫和黑色O型圈表面都没有明显的破损，该两处密封失效基本排除。
该结构一般称为填料压盖结构，球阀的填料压盖为调节密封力的结构，在不拆卸球阀的任何零部件的情况下就可以调节填料的密封力。［3］
每一次在生产线异常现场核实情况时，复核人员都对异常品的填料压盖螺钉进行调试，均发现还可以进行打紧，对该压盖螺钉完全打紧后，再进行氦检测试，发现泄露情况均消失，可以锁定异常点在压盖螺钉的密封力不足导致失效。
五、库存品复现异常
复核人员取同编码的三个库存品，不进行打紧调整，直接按照标准1.2Mpa情况下进行气密性测试，发现三个样品中有一个出现了泄露情况，用肥皂水测试可以看出明显的气泡出现。
将打紧力矩增加至2N.M时，泄露情况有明显的改善，增加至3N.M时，泄露现象完全消失。将该打紧后的样品，放入水杯中再次进行气密性检测，保压3分钟观察，仍然无气泡产生，可判定基本完全密封。
六、分析结论
根据以上分析结果，可判定本次球阀泄露的原因为填料压盖处的密封力不足导致，需要要求球阀生产厂家在出厂时对球阀进行密封力调整，保证后续生产无异常。
参考文献：
［1］杭丽娜，张程，黄才文.国内外球阀相关标准比较分析. 化工机械, 第 46 卷 第 4 期.357.
［2］左丽萍. O 型密封圈性能分析与合理使用. 科技纵横, 2009.12CHINA EQUIPMENT:257.
［3］黄明亚. 金属密封球阀. 中华人民共和国国家标准, 2008, GB/T 21385-2008.2009.12
作者简介：唐海清（1998.10--），男，汉族，湖南衡阳人，本科学历，械设计制造及自动化专业，研究方向为机械技术。