环封全金属高温高压球阀V形全金属管接头(系列) 球阀是阀门系列产品中的一种，属于流体工程密封技术领域。现有球阀由阀枢、阀座、密封球、塑性密封元件、阀杆、阀柄、管道连接件、螺纹或法兰螺栓紧固件等构件所组成，主要起锁流作用。
阀门不允许有任何泄漏现象发生，而密封元件的功用却在于阻止泄漏。所以阀门凡有可能发生泄漏之处：如偶合的密封面之间及其与构件的接合处等部位，都必须进行密封。
故密封是阀门(包括球阀)性能优劣的关键。
密封介质在浓度差和压力差的作用下，常常以穿漏、渗透、扩散等形式从容器密封处的一侧泄漏到另一侧。有无泄漏及其量的大小，需看密封面之间及与容器之间的接合处有无间隙而定。
间隙的大小及其有无？主要因密封原理、结构、选材、加工精度、组装质量以及使用过程中密封介质压力的大小，温度的高低、密封件腐蚀、摩损情况等因素的不同而不同。
为减少或消除其密封间隙，通常是以密封力来实现的!
至目前为止，就国内外接触式密封类型而言，其密封元件多达25种以上，但这类密封元件具有以下一些共同特点：
1、国内外现有的密封元件基本上都选用塑性材料：如橡胶、石棉、石墨、尼龙、聚四氟乙烯、丁腈橡胶、碳化硅、聚酰亚胺……等。
如聚酰亚胺活塞环，系我国自行设计、生产的30万吨合成胺，24万吨尿素生产设备中用地无油润滑CQ2压缩机，N50/200型高压段、第五级缸用活塞环，但仅能耐温148℃、单圈最大密封压力小于200Kg/cm2。
2、除刃边型、波纹管型密封元件外，国内外现有的密封接触，均为面接触，且接触面积大。
为此，若选用金属材料，势必造成下列不利之处：
(1)密封件之间的接触面只有加工成绝对平面才能消除其间隙，这就造成加工工艺难度极大；
(2)金属强度大，若接触面积大，欲使其发生变形而消除间隙，就必须施加极大的密封力。如接触面积100平方毫米，至少要施加十多吨的密封力，才能发生消除间隙的变形。因为黑色金属每平方毫米所能承受的压力几乎都在100公斤以上。欲施加这样大的密封力，实际上极难做到；
(3)密封力大、摩阻力大，启闭困难。
为避免上述不利之处，故国内外现有的密封元件几乎都选用塑性材料，但亦因此造成了许多缺陷；如难耐高压高温和强腐蚀、结构较复杂、使用寿命短……等。
管接头大体上分两类：一类是固接、即连接后不能再拆开，一般应用较少：另一类是活接，即连接后可以再拆开，应用广泛。
活接常用的又分两种：一种是管径较小的，用内螺纹连接，其密封采用塑性密封垫圈作挤压式密封，或用生塑膜裹管螺纹作密封；另一种管径较大的，采用塑性密封垫圈，法兰、螺栓紧固连接。其特点是：均难以承受高压、高温和强腐蚀。
参考文献
顾永泉：《流体动密封》上下册：中国石油出版社，1992年；
《机械工业手册》第23篇、密封；机械工业出版社，1980年；
《阀门产品样板》机械工业出版社，1985年。
本发明的发明目的是：将新的万能密封机理隶属的多种密封元件，首先运用于阀门系列产品中用途比较广泛，并具有高压要求的球阀和管接头上，使其成为一种全新的耐高压(1500个大气压以上)、耐高温(550℃以上)以及耐强腐蚀、使用安全可靠、寿命长、结构简单、加工方便、造价低廉的全金属球阀系列产品以及与之相配套的全金属管接头系列产品。
以上述及的万能密封机理及其实际应用，自始至终都是以“圆”为基础的!因为“圆”具备许多非常有利于密封的特性：一、在同一平面上，所有到一定点距离为一常数的动点的轨迹，是许多等半径的同心圆。故轨迹及轨迹上所有对应的接触点，均一一重合而无一丝间隙；二、在结构上，圆可变受拉为受压(材料受压能力是其受拉能力的数倍、数十倍、乃至百倍)；三、平面形状周长相等时，圆面积最大；形体体积相等时，球的表面积最小：……等。
基于对“圆”的种种思考，从而形成两项总的奇异构思，进一步创立了一项用途颇为广泛的万能密封机理。并籍此研制出多种密封元件。
何谓万能密封？
1、适用于任何密封：
在现代社会中，需要进行密封的产品数以万计，工业、农业、国防、科研乃至日常生活，几乎无不牵涉到密封问题。然而归集起来，基本上可分为孔口(仓口、箱口、管口、瓶口……等)、管道(接头、锁流)、杆轴(旋转、往复、螺旋)等三大密封类型，万能密封能适用于其中任何一种类型；
2、不论密封处的尺寸大小，小至毫米，大至数米，都适用；
3、任何密封材料：如金属、玻璃、陶瓷、混凝土等硬性材料以及橡胶、尼龙、聚四氟乙烯、石墨……等软性材料，都适用；
4、能耐超高压，密封压力高达1500个大气压以上；
5、耐550℃以上的高温，因为耐高温的铬镍硅合金3cr13Ni7si2的最高使用温度(热强)高达700℃；
6、耐强腐蚀；
7、结构简单、加工、使用、维修方便、寿命长。
实践是检验真理的唯一标准!万能密封必须在设计、加工、使用、效果等一系列实践过程中一一得到验证!科学掺不得半点虚假!
为此，仅试取第一项总构思中五种适合的密封偶合元件，作为策划的基础原型，设计成一种类似球阀、管接头的“全金属密封实验装置”，其材料全部采用45号钢，分别在几个工厂加工后装配而成，而其密封则是利用各构件间的接合部位，参照原型、稍加变化、即设计、加工成简单、高效的密封偶合件，以实施“自我密封”。
试压前，为检查有无因加工不善而造成的间隙，首先装在自来水管上进行初试，其压力3～4个大气压，连续12小时，滴水未漏!
由此可以推理，金属密封偶合件，若有间隙，滴水亦穿!若无间隙，水深虽万米，数万米，亦能涓滴不漏!
初试后，进一步在600-1000Kg/cm2的水压机上(该机1500kg/cm2压力表坏了，故未能进行1500Kg/cm2压力的试验)进行多次反复试压，每次试压到1000Kg/cm2时，8项采用单级密封的接合处，均未出现丝毫跑、冒、滴、漏现象；
3-4个大气压不漏！600个大气压不漏！1000个大气压仍不漏!而且是几个厂一次性加工而成，由此可见：
1、金属密封偶合件，若无间隙，水深虽数万米，亦能不漏的推理是对的；
2、结构简单，加工方便：
3、金属密封偶合件所能承受的介质压力远没有达到其极限值；
至于能否耐高温？耐强腐蚀？因具备这些性能的合金早已问世，根据不同要求，择优而用即可！
本发明之一的全金属球阀系由如下构件所构成：
阀枢；如附图2，作用；(1)是联系各构件的中枢；(2)与阀杆、阀座的接合处，均具备两级密封功能；
阀杆：如附图3，作用：(1)启闭；(2)与阀枢接合处，具备两级密封功能；
稳定圈：如附图4，作用：(1)稳定阀杆；(2)防尘；
阀柄：如附图5，作用：(1)启闭；⑵与阀杆、阀枢接合处，具备密封功能；
密封圈：如附图6，作用：(1)处于阀座、密封球二者之间，具连接作用；(2)腹、背两面均具密封功能；
阀座：如附图7，作用：(1)束流；(2)系密封球的依托；(3)与密封圈组合成密封偶合件，起两级密封作用；
密封球：如附图8，作用：(1)锁流：(2)主密封；
管道连接件：见附图15，作用：(1)连接管道和球阀；(2)密封；
V形全金属管接头构件如下：
管连接件；如附图15，作用：(1)连接；(2)密封；
管接头：如附图16，作用：(1)连接；(2)密封；
本发明所采用的密封元件均为一动一静两个密封件偶合而成的密封偶合件，为便于叙述和分类起见，对密封元件的形状加以简化，并标以代号：
密封偶合件是由圆锥简、圆孔、圆管和球等最基本的形体所构成，这正好和加工机械所作的匀速圆周运动相适应。
圆锥筒：外表面简称锥，代号为V ：内表面简称碗，代号为U；
圆孔：简称孔，代号为O；
圆管：内表面简称管，代号为G，外表面简称柱，代号为Q；
球：仍称球，代号为D；
1、阀口密封；
球、碗型(D、U型)密封偶合件，如附图11；
锥、碗型(V、U型)密封偶合件，如附图11；
2、阀杆密封：
锥、孔型(V、O型)密封偶合件，如附图12；
锥、管型(V、G型)密封偶合件，如附图13；
柱、碗型(Q、U型)密封偶合件，如附图13；
3、阀座、阀枢间密封：
锥、碗型(V、U型)密封偶合件，如附图10；
4、阀座、管接头间密封：
柱、碗型(Q、U型)密封偶合件，如附图9；
密封偶合件的技术特征：
1、密封偶合件均是由一动一静两个密封件偶合而成的，其中至少有一个密封件呈“碗”型或“孔”型；
2、密封偶合件间接触轨迹的直径，小于偶合件的大头直径，而大于其小头直径；
3、密封偶合件在开始偶合时，其中动密封件能自行能动地寻定与其偶合的静密封件紧密贴合的初始四周线接触轨迹的位置。
衡量一件事物的正确与否？在于“理”!所谓“理”，是对事物的发生、发展乃至衰亡的运动规律的揭示，一件发明能否成功？首先要衡量其原理是否正确？本发明能对高压介质进行密封的“理”在于：
1、密封的初始接触为圆周线接触，接触线上的任何对应的接触点均重合而无一丝间隙；
密封偶合件正是使这项密封原理成为现实的比较理想的密封元件。因为用一垂直于球、圆锥筒、圆管轴线的平面，分别任意切割它们，平面与球、筒、管的内外表面的接触轨迹有无限个，且均为圆，其接触轨迹上的任何对应的接触点均重合。
因为在同一个平面上所有到一定点距离为一常数的动点的轨迹必定是圆，而且都重合。
如球、碗型密封偶合件，当球量入“碗”中(类似标准圆球放落在标准的圆环上)，球即能自行寻定与其偶合的“碗”紧密贴合的初始圆周线接触轨迹的位置，而且不管球和“碗”是用塑性还是弹性材料所制成，其结果都一样!当球和“碗”的轴线重合时，球面和“碗面”的接触轨迹必定是圆，若不重合，则必定是椭圆!
不论是圆或是椭圆，球面和碗面接触轨迹上的任何对应点均重合。这一特性比较重要，其实际意义在于，组装时即使发生一些误差，如二轴线不绝对重合，密封偶合接触仍紧密贴合!密封性能亦不受影响。至于其他密封偶合件，均具有这一特点。
2、密封偶合件在密封力作用下，发生弹性变形，由初始的圆周线接触逐渐变为圆环形狭窄的面接触；
密封偶合件若采用合金加工而成，因其初始线接触面积等于零，相对而言，故能在不大的密封力作用下，即可发生弹性变形，从而一方面能自行能动地消除因加工不善所造成的“面不平”的细微间隙；另一方面使初始圆周线接触逐渐变为圆环形狭窄的面接触，同时，发生“缩短、绷紧、撑圆”等相对位移，从而能自行消除因加工不善形成“圆不圆”的细微间隙，使接触更加紧密贴合；并延长了介质的渗透路迳，提高了密封压力；偶合件中的两个密封件，若用塑性材料或分别用弹、塑性材料制成，施加压力后，变形较大，接触面积较大，承受介质的压力和温度较低。
为防止发生刃口接触损伤密封偶合件，故除密封球外，其余偶合件凡呈刃口形的接触部位，均应加工成半径R等于0.5～1.0毫米的圆形角。
密封机理的技术特征：
密封的初始接触为紧密贴合的圆周线接触，密封偶合件是符合实现这一要求的比较理想的密封元件，它在开始偶合时，能自行能动地寻定紧密贴合的初始圆周线接触轨迹的位置，在密封力作用后，初始线接触渐变为更加紧密贴合的圆环形狭窄的面接触。简言之，密封由线接触渐变到狭窄的面接触。
本发明的技术特征：
1、密封的初始接触为紧密贴合的圆周线接触，密封偶合件是符合实现这一要求的比较理想的密封元件，它能在开始偶合时，能自行能动地寻定紧密贴合的初始圆周线接触轨迹的位置：在密封力作用后，初始线接触逐渐变为更加紧密贴合的圆环形狭窄的面接触。简言之，密封由线接触渐变到狭窄的面接触；
2、以万能密封机理为根据，利用产品各构件间的接合部位、稍加变化、设计、加工成简单、高效的密封偶合件，实施单级或多级的“自我密封”以简化结构，仅在运转频繁的密封部位才另行增设密封元件。即构件、密封件合为一体：
3、密封偶合件和产品的其他构件一样，可用同一适合的合金材料加工而成，故能耐1500个大气压以上的高压、550℃以上的高温以及强腐蚀，且使用寿命长。
本发明的优点：
1、球阀、管接头系全金属配套系列产品，结构简单、加工、使用、维修方便、寿命长：
2、因密封机理关系所系，利用产品各构件间的接合部位，设计、加工成简单、高效的密封偶合件，实施单级或多级“自我密封”，构件、密封件，可用同一适合的合金材料加工而成，故能承受1500个大气压以上的高压，550℃以上的高温以及耐强腐蚀。
为使“又”、“图”对照方便计，现特将上述内容所提及的附图，加以说明如下：
1、因图幅为22×14厘米，为便于绘制，特按管的公称直径15毫米，公称压力1500Kg/cm2、耐温550℃，采用两级密封(全金属密封实验装置均为单级密封，密封压力1000Kg/cm2，因1500Kg/cm2压力表坏了，暂时无法进行1500Kg/cm2压力试验)设计、绘制成全金属球阀，管接头的设计图：
2、图中符号
φ——直径； R——半径； 1、II——剖面符号；
G——管螺纹； M——普通螺纹； f——密封接触线；
3、尺寸单位：毫米；
4、密封偶合件凡呈刃口形接触部位，均应加工成半径R等于0.5-1毫米的圆形角；
5、稳定圈(如图1中之③)与阀枢(如图1中之①)间的配合：为第四种过渡配合Gd；
6、公差：均为±0.05；
7、密封元件的接触部位的光洁度均为10，余为7；必要时阀体全部电镀需要的金属；
8、如图1为全金属球阀总的装配图；
9、全金属球阀构件图；
如图2(或如图1中之①)为阀枢；
如图3(或如图1中之②)为阀杆；
如图4(或如图1中之③)为稳定圈；
如图5(或如图1中之④)为阀柄；
如图6(或如图1中之⑤)为内、外双向密封圈；
如图7(或如图1中之⑥)为阀座；
如图8(或如图1中之⑦)为密封球；
如图15(或如图1中之①)为管道连接件；
10、全金属球阀密封偶合件
阀口密封；
如图11为球·碗(D、U)型密封偶合件；
如图11为锥·碗(V、U)型密封偶合件；
阀杆密封：
如图12为锥·孔(V·O)型密封偶合件；
如图13为锥·管(V·G)型密封偶合件；
如图13为柱·碗(Q·U)型密封偶合件；
阀座·阀枢间密封：
如图10为锥·碗(V·U)型密封偶合件；
阀座·管接头间密封：
如图9为柱·碗(Q·U)型密封偶合件；
11、V形全金属管接头
如图15为管连接件，(动密封件)；
如图16为管接头，(静密封件)；
12、V形全金属管接头密封偶合件：
管接头、管连接件(或管道)间密封：
如图14为复式柱·碗(Q·U)型密封偶合件。
本发明的实施要点：
1、本发明的结构是相当简单的，加工也很方便，故只要能制定出一套环环紧扣的加工工艺程序即可，无须特殊处理；
2、根据对产品的耐压、耐温……等不同要求，分类地进行设计、绘制成系列图纸，进行精加工，并逐项严加检测；
3、两密封件间的接触轨迹，应与密封件轴线相垂直，且必须在同一个平面上；
4、密封元件“碗”的锥度应在30°——45°之间为宜；
5、凡密封件呈刃口形的接触部位，均应加工成半径R等于0.5-1.0毫米之间的圆形角；
6、结构尺寸必须精确，尤其是密封部位，设计时应将圆形角、压缩变形等尺寸因素计算在内。