杠桿浮球式蒸汽疏水閥的設(shè)計(jì)

2013-09-20 夏娟阿姆斯壯機(jī)械( 中國) 有限公司

1、概述

　　杠桿浮球式蒸汽疏水閥排量大，不受壓力和溫度的影響，隨冷凝水量自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，連續(xù)排水，設(shè)備不存水，有水即排，靈敏度高，最小過冷度為0℃，能使加熱設(shè)備達(dá)到最佳換熱效果。但是，杠桿浮球式蒸汽疏水閥體積較大，浮子是空心密閉件，容易受到進(jìn)口水流的沖擊而破壞，疏水口在閥門底端，容易堵塞，閥瓣與閥座存在集中磨損，影響使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況的需求，設(shè)計(jì)了一種體積小，排量大的新型杠桿浮球式蒸汽疏水閥。

2、設(shè)計(jì)參數(shù)

　　閥體材質(zhì)球墨鑄鐵ASTM A395

　　設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa

　　最大排量1 200 kg /h

　　設(shè)計(jì)溫度300 ℃

　　工作壓差0.45 MPa、1 MPa、1.4 MPa

　　連接方式螺紋和法蘭連接

3、工作原理

　　新型杠桿浮球式蒸汽疏水閥( 圖1) 由扭簧、排氣閥、閥體和浮球組件等組成。當(dāng)蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，空氣會(huì)在蒸汽之前進(jìn)入疏水閥內(nèi)，此時(shí)，浮球在其最低位置，閥門關(guān)閉。較低的系統(tǒng)壓力強(qiáng)迫空氣通過熱靜力排氣閥排出。接著冷的凝結(jié)水隨著空氣進(jìn)入疏水閥，冷凝水液面逐漸升高，浮球向上浮起，同時(shí)，浮球通過杠桿帶動(dòng)閥瓣打開，使冷凝水通過閥孔排出疏水閥。當(dāng)蒸汽進(jìn)入疏水閥時(shí)，閥體中液位逐漸下降，隨之浮球就會(huì)帶動(dòng)閥瓣關(guān)閉，相應(yīng)的溫度使熱靜力排空氣閥膨脹關(guān)閉，防止蒸汽逸出。隨著空氣在疏水閥內(nèi)的聚集，溫度會(huì)降到飽和蒸汽溫度以下，壓力平衡使熱靜力排空氣閥打開并排放空氣。

新型杠桿浮球式蒸汽疏水閥

1. 排污塞2. 閥體3. 浮球組件4. 防腐蝕罩5. 閥座6. 扭簧7. 排空氣閥

圖1 新型杠桿浮球式蒸汽疏水閥

4、設(shè)計(jì)計(jì)算

　　4.1、浮球壁厚

　　由于浮球是空心的密閉球體，在高溫和外壓的作用下往往由于壁薄，浮球失穩(wěn)而壓壞，致使疏水閥失效。但浮球壁太厚，又會(huì)減小浮球應(yīng)有的浮力，影響疏水閥的開啟能力和疏水效果。為了防止在外壓作用下球殼的失穩(wěn)，應(yīng)使球殼的許用壓力[P]大于或等于計(jì)算壓力Pc( [P]≥Pc) 。浮球壁厚按照外壓容器殼體壁厚的計(jì)算方法采用圖算法。( 1) 假設(shè)浮球的有效壁厚為δе，壁厚系數(shù)A 為

A = 0. 125 /( R /δе) ( 1)

　　式中R———浮球的外半徑，mm( 2) 疏水閥浮球的材料為304SS，根據(jù)圖2 找出系數(shù)A( 中間溫度值用內(nèi)插法) 和系數(shù)B，則許用外壓力[P]為

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　( 1) 采用內(nèi)置熱靜力排空氣裝置，能夠快速的排放初始空氣，啟動(dòng)快，工作穩(wěn)定。熱靜力排氣閥的操作溫度比飽和溫度低幾度，所以其可以通過一個(gè)完全獨(dú)立的閥孔自動(dòng)的排放空氣而沒有冷滯后或空氣阻，即使在蒸汽壓力波動(dòng)的情況下也能迅速隨冷凝水流量變化自行調(diào)節(jié)。

　　( 2) 閥蓋采用多導(dǎo)流孔的形式鑄造，可實(shí)現(xiàn)多種流通方式，可提供從右至左水平連接、從左至右水平連接以及垂直向下的連接方向。連接方向可根據(jù)工況需要在線改變，只需松開閥蓋螺栓，取出閥蓋，按所需要方向調(diào)整，安裝時(shí)注意更換新墊片。

　　( 3) 閥體設(shè)計(jì)為鑄有擋板結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔。防止浮球受到水錘沖擊，使浮球的耐水擊破壞力增強(qiáng)，同時(shí)延長疏水閥整體使用壽命。

　　( 4) 閥瓣和閥座采用431 不銹鋼材料，單獨(dú)磨削加工后配研。球形閥瓣和閥座形成了完整的環(huán)形接觸，所有的關(guān)閉力都集中在較窄的密封環(huán)線上，從而加強(qiáng)了密封性能。隨著使用時(shí)間的增長，實(shí)際磨損使閥孔直徑略微增加，球形閥瓣逐漸的陷入到閥座中，其密封性能為更好。

　　( 5) 在閥嘴流道底部增加防腐蝕罩結(jié)構(gòu)可以減小水流的沖刷，延長疏水閥的使用壽命。

　　( 6) 當(dāng)浮力平衡條件不能滿足的情況下，為保證現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式尺寸不變，只有通過附加力來滿足受力平衡。在支點(diǎn)處增加扭簧，用扭簧力滿足浮力平衡條件。

F1 × L1≥η( F2 × L2 + F3 × L3 + F)

　　式中F———扭簧力，N

　　( 7) 閥嘴設(shè)計(jì)在閥蓋的側(cè)面而不是底面，工作時(shí)不受到污物影響，可以遠(yuǎn)離沉積在底部的大顆粒污物。沉積污物可擰開閥體底部的排污塞由排污孔排出。

　　( 8) 全部零部件都設(shè)計(jì)安裝在閥蓋上，進(jìn)出口流道設(shè)計(jì)在閥體上。疏水閥無需從配管上卸下，就可維修保養(yǎng)，簡單方便。