杠杆浮球式蒸汽疏水阀的设计

1、概述

　　杠杆浮球式蒸汽疏水阀排量大，不受压力和温度的影响，随冷凝水量自动调节开度，连续排水，设备不存水，有水即排，灵敏度高，最小过冷度为0℃，能使加热设备达到最佳换热效果。但是，杠杆浮球式蒸汽疏水阀体积较大，浮子是空心密闭件，容易受到进口水流的冲击而破坏，疏水口在阀门底端，容易堵塞，阀瓣与阀座存在集中磨损，影响使用寿命。根据现场工况的需求，设计了一种体积小，排量大的新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀。

2、设计参数

　　阀体材质球墨铸铁ASTM A395

　　设计压力1.6 MPa

　　最大排量1 200 kg /h

　　设计温度300 ℃

　　工作压差0.45 MPa、1 MPa、1.4 MPa

　　连接方式螺纹和法兰连接

3、工作原理

　　新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀( 图1) 由扭簧、排气阀、阀体和浮球组件等组成。当蒸汽系统运行时，空气会在蒸汽之前进入疏水阀内，此时，浮球在其最低位置，阀门关闭。较低的系统压力强迫空气通过热静力排气阀排出。接着冷的凝结水随着空气进入疏水阀，冷凝水液面逐渐升高，浮球向上浮起，同时，浮球通过杠杆带动阀瓣打开，使冷凝水通过阀孔排出疏水阀。当蒸汽进入疏水阀时，阀体中液位逐渐下降，随之浮球就会带动阀瓣关闭，相应的温度使热静力排空气阀膨胀关闭，防止蒸汽逸出。随着空气在疏水阀内的聚集，温度会降到饱和蒸汽温度以下，压力平衡使热静力排空气阀打开并排放空气。

1. 排污塞2. 阀体3. 浮球组件4. 防腐蚀罩5. 阀座6. 扭簧7. 排空气阀

图1 新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀

4、设计计算

　　4.1、浮球壁厚

　　由于浮球是空心的密闭球体，在高温和外压的作用下往往由于壁薄，浮球失稳而压坏，致使疏水阀失效。但浮球壁太厚，又会减小浮球应有的浮力，影响疏水阀的开启能力和疏水效果。为了防止在外压作用下球壳的失稳，应使球壳的许用压力[P]大于或等于计算压力Pc( [P]≥Pc) 。浮球壁厚按照外压容器壳体壁厚的计算方法采用图算法。( 1) 假设浮球的有效壁厚为δе，壁厚系数A 为

A = 0. 125 /( R /δе) ( 1)

　　式中R———浮球的外半径，mm( 2) 疏水阀浮球的材料为304SS，根据图2 找出系数A( 中间温度值用内插法) 和系数B，则许用外压力[P]为

5、结构设计

　　( 1) 采用内置热静力排空气装置，能够快速的排放初始空气，启动快，工作稳定。热静力排气阀的操作温度比饱和温度低几度，所以其可以通过一个完全独立的阀孔自动的排放空气而没有冷滞后或空气阻，即使在蒸汽压力波动的情况下也能迅速随冷凝水流量变化自行调节。

　　( 2) 阀盖采用多导流孔的形式铸造，可实现多种流通方式，可提供从右至左水平连接、从左至右水平连接以及垂直向下的连接方向。连接方向可根据工况需要在线改变，只需松开阀盖螺栓，取出阀盖，按所需要方向调整，安装时注意更换新垫片。

　　( 3) 阀体设计为铸有挡板结构的内腔。防止浮球受到水锤冲击，使浮球的耐水击破坏力增强，同时延长疏水阀整体使用寿命。

　　( 4) 阀瓣和阀座采用431 不锈钢材料，单独磨削加工后配研。球形阀瓣和阀座形成了完整的环形接触，所有的关闭力都集中在较窄的密封环线上，从而加强了密封性能。随着使用时间的增长，实际磨损使阀孔直径略微增加，球形阀瓣逐渐的陷入到阀座中，其密封性能为更好。

　　( 5) 在阀嘴流道底部增加防腐蚀罩结构可以减小水流的冲刷，延长疏水阀的使用寿命。

　　( 6) 当浮力平衡条件不能满足的情况下，为保证现有的结构形式尺寸不变，只有通过附加力来满足受力平衡。在支点处增加扭簧，用扭簧力满足浮力平衡条件。

F1 × L1≥η( F2 × L2 + F3 × L3 + F)

　　式中F———扭簧力，N

　　( 7) 阀嘴设计在阀盖的侧面而不是底面，工作时不受到污物影响，可以远离沉积在底部的大颗粒污物。沉积污物可拧开阀体底部的排污塞由排污孔排出。

　　( 8) 全部零部件都设计安装在阀盖上，进出口流道设计在阀体上。疏水阀无需从配管上卸下，就可维修保养，简单方便。

6、结语

　　新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀结构简单，体积小，排量大，能长期无故障的使用。可广泛用于工业蒸汽加热设备，及空调设备、干燥机和各种大型热交换器等。

参考文献

　　〔1〕陆培文. 阀门设计入门与精通〔M〕. 北京: 机械工业出版社，2009.

　　〔2〕杨源泉. 阀门设计手册〔M〕. 北京: 机械工业出版社，1995.

　　〔3〕GB /T 12250 - 2005，蒸汽疏水阀术语、标志、结构长度〔S〕.

　　〔4〕GB /T 150 - 1998，钢制压力容器设计〔S〕.