在调节阀制造业中，金属波纹管作为弹性密封元件有着广泛的应用，如波纹管闸阀和波纹管截止阀等。波纹管结构将阀杆在填料函处的动密封转化成阀杆在阀盖处的静密封，使阀门的密封更加安全可靠。但是，由于金属波纹管只能承受拉伸和压缩，而不能承受扭矩，因此，目前的应用还仅限于阀杆运动只作轴向升降而不发生径向旋转的闸阀、截止阀和安全阀等。根据实际需要，设计了阀杆沿径向旋转90°的波纹管球阀，该阀已获得国家专利（专利号为ZL20072004005）。
一、工作原理
波纹管球阀（图1）的型号为150QB47F-40，驱动装置为SMC-00多回转电装，每分钟输出转数24圈。金属波纹管耐压4.0MPa，波纹管内径54.5mm、波纹管外径78mm、波纹管行程53mm。波纹管和阀杆的下部采用氩弧焊接，焊缝必须焊透。波纹管的上部法兰与石墨垫片、阀盖和支架形成静密封，使阀体中的介质和外部隔绝。阀体中的介质不因阀杆和填料函有间隙而泄漏。如果因特殊情况引起波纹管破裂，阀门上部的填料函还可起到应急作用。阀杆上部沿轴向加工2个直槽，拨销使阀杆只能沿着轴向上、下移动而不能沿径向转动。阀杆下部加工2个螺旋槽，拨销固定在球体上，拨销可在螺旋槽内自由移动。球体坐落在圆锥滚子轴承上，减小球体对阀杆的摩擦扭矩。当阀门关闭时，阀杆由电动装置带动向下运动，阀杆的螺旋槽带动球体上的拨销使球体沿球的轴线转动90°，球体转到图中虚线位置，球阀关闭。反之则球阀开启。
1 密封支撑圈 2 拨销 3 止推轴承 4 轴套 5 波纹管 6 阀杆 7 阀盖 8 防转销 9 支架
10 填料压套 11 电动装置 12 凸轮套 13 阀体 14 球体 15 轴承 16 固定轴 17 密封圈
图1 波纹管球阀
二、螺旋槽设计
图2 阀杆上的螺旋槽
在阀杆的下部面对面加工2个螺旋槽（图2）。螺旋槽开口尺寸和螺旋升角对阀门启闭力和结构有直接关系。取阀杆直径d=50mm，螺旋槽升程h=50mm，螺旋槽宽H=18mm，螺旋槽深t=10mm。螺旋槽的轴向升角λ为（图3）
图3 螺旋槽受力分析
根据螺旋槽的轴向升角λ计算其启闭力（图3）Q为
式中
ρ———金属对金属的摩擦角（ρ=5.3°），（°）
F———启闭球体的力，N
Mn———启闭球体的总力矩（Mn=284 925），N•mm
MQ———阀座对阀杆的扭矩（MQ=282 031），N•mm
MZC———圆锥滚子轴承的扭矩（MZC=2894），N•mm
将各值代入F和Q计算式中，则
三、电动装置
选用电动装置时，考虑各种因素的影响，将启闭球体的总力矩Mn乘以系数1.3，求得参考总力矩
由计算结果确定电动装置的输出扭距为500N•m，转速为24r/min，阀杆螺纹为Tr48×8HL，启闭时间为50÷8÷24=0126min。
四、结论
金属波纹管球阀是将波纹管技术和轨道球阀原理相结合，设计生产出新结构的球阀。该阀适用于输送有毒或有害介质，由于其流道近似于管子的一部分，流阻特别小，是一种高效节能的新产品。
