浮動(dòng)球球閥的啟閉件是一個(gè)球體，中間有一個(gè)與管道通徑相等的通孔，進(jìn)口端和出口端各置一個(gè)用PTFE制造的密封座，并被包容在一個(gè)金屬的閥體內(nèi)，當(dāng)球體內(nèi)的通孔與管線通道重合時(shí)，閥門處于開啟狀態(tài)；當(dāng)球體內(nèi)的通孔與管線通道垂直時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。閥門從開啟至關(guān)閉，或者從關(guān)閉至開啟球體回轉(zhuǎn)90°角行程(圖1)。

圖1 球閥密封原理

　　當(dāng)球閥處于關(guān)閉位置時(shí)，進(jìn)口端的介質(zhì)壓力作用在球體上，產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)球體的力，使球體緊壓出口端的密封座，在密封座的錐面上產(chǎn)生一個(gè)接觸應(yīng)力，形成一個(gè)接觸帶，接觸帶單位面積上的作用力稱為閥門密封的工作比壓q，當(dāng)這一比壓大于密封所必需的比壓時(shí)，閥門就獲得了有效的密封。這種不是靠外力的密封方式，由介質(zhì)壓力密封的，稱為介質(zhì)自密封。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)滿足：

qb≤q≤[q]

　　式中 qb——密封必需的比壓，與密封材料和球體的加工精度有關(guān)，MPa；

　　[q]——密封材料的許用比壓([q]PTFE=20，[q]尼龍=40)，MPa。

　　應(yīng)該指出，傳統(tǒng)的閥門如截止閥、閘閥、中線蝶閥、旋塞閥是靠外部施加的力，作用在閥座上來獲得可靠的密封，這種借外力施加而獲得的密封，稱之為強(qiáng)制密封。外部施加的強(qiáng)制密封力帶有隨意性和不確定性，不利于閥門的長(zhǎng)期使用。球閥的密封原理是作用在密封座上的力，由介質(zhì)的壓力產(chǎn)生的。這一作用力是穩(wěn)定的，是可以控制的，由設(shè)計(jì)時(shí)確定。

　　1、為了保證球體在關(guān)閉位置時(shí)，能產(chǎn)生一個(gè)介質(zhì)的作用力，事先在閥門裝配時(shí)，球體必須緊貼密封座，而且需要過盈，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊比壓，這個(gè)預(yù)緊比壓為0.1倍工作壓力且不小于2MPa。這個(gè)預(yù)緊比壓的獲得，完全靠設(shè)計(jì)的幾何尺寸來保證。如果設(shè)球體和進(jìn)口、出口密封座組合后的自由高度為A；左、右閥體組合后內(nèi)腔容納球體、密封座的寬度為B，則裝配后產(chǎn)生必需的預(yù)緊比壓所需的過盈為C，必滿足： A-B=C。這個(gè)C值必須由零件加工的幾何尺寸來保證。可以設(shè)想這個(gè)過盈C是很難確定和保證的。過盈值的大小直接決定閥門的密封性能和操作力矩。

　　2、應(yīng)該特別指出，早期國(guó)產(chǎn)的浮動(dòng)球球閥(圖2)由于裝配時(shí)過盈值難于控制，常常用墊片調(diào)整，很多制造商甚至在手冊(cè)中把這一墊片稱為調(diào)整墊。這樣，裝配時(shí)主、副閥體的連接平面之間存在間隙，這一間隙的存在，由于使用中介質(zhì)壓力波動(dòng)和溫度的波動(dòng)，以及外部管線載荷作用，會(huì)使螺栓松弛，引起閥門外漏。

圖2 球閥的基本結(jié)構(gòu)

1—密封座；2—副閥體；3—閥桿；4—球體；5，10—墊片； 6—主閥體；7—手柄；8—填料；9—防靜電結(jié)構(gòu)

　　3、當(dāng)閥門處于關(guān)閉位置時(shí)，進(jìn)口端的介質(zhì)力作用在球體上，會(huì)使球體的幾何中心產(chǎn)生一個(gè)微小的位移，與出口端閥座緊密接觸，增加密封帶上的接觸應(yīng)力，從而獲得可靠的密封；而進(jìn)口端閥座與球體相接觸的預(yù)緊力將減小，影響進(jìn)口密封座的密封性能。這種球閥結(jié)構(gòu)，就是在工作狀態(tài)下，球體幾何中心有微小位移的球閥，稱之為浮動(dòng)球球閥。浮動(dòng)球球閥是出口端密封座密封，進(jìn)口端閥座是否有密封功能是不確定的。

　　4、浮動(dòng)球球閥結(jié)構(gòu)是雙向的(bi-direction)，即兩個(gè)介質(zhì)流動(dòng)方向均可密封。

　　5、球體相接的密封座是高分子材料制造的，球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能產(chǎn)生靜電，如無特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——防靜電設(shè)計(jì)，則靜電可能在球體上積聚。

　　6、對(duì)于由兩個(gè)密封座組成的閥門，閥腔可能積聚介質(zhì)，某些介質(zhì)可能由于環(huán)境溫度和使用工況變化而異常升壓，引起閥門壓力邊界的破壞，應(yīng)予以注意。