杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水阀的设计.pdf

2 0 0 9 年第3 期 阀 门 5 文章编号 1 0 0 2 - s { 2 0 0 9 } 0 3 - 0 0 0 s - 0 2 杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水 阀的设计 郝桂芝‘ ， 李树勋。 ， 何正石 1 ． 甘肃红峰机械有限责任公司。 甘肃 平凉 7 4 4 0 0 0 ； 2 ． 兰州理工大学石油化工学院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要介绍 了杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水阀的结构和工作原理 ， 分析 了阀瓣的受力 ， 推 导 了主副阀座孔直径的计算公式。 关键词差压活塞； 先导式； 钟形浮子； 疏水阀 中图分 类号 T H 1 3 4 文献标识码 A Th e d e s i g n o f l e v e r s d i f f e r e n t i a l pr e s s u r e pi s t o n p i l o t c up flo a t s t e a m t r a p HAO Gu i ． z h i ， LI S h u ． x u n ， } 玎 巳Zh e n g s h i 1 ． H o n g F e n g me c h a n i c f a c t o r y o f Ga n S u ， P i n g l i a n g 7 4 4 0 0 0， C h i n a ； 2 ． L a n z h o u u n i v e r s i t y o f t e c h n o l o g y i n s t i t u t e o f p e t r o - c h e mi c a l te c h n o l o gy ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Abs t r a c t I n t r o d u c e t h e s t r u c t u r e a n d o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f the d i ffe r e n ti a l p r e s s u r e l e v e r s p i s t o n p i l o t c u p fl o a t s t e a m t r a p， a n a l y z i n g t h e f o r c e b a l a n c e o f v alv e c o r e an d ma i n l y d e d u c i n g the f o r mu l a o f the ma s t e r an d a u x i l i a r y v alv e s e at f o r c a l c u l a t i n g the h o l e d i a me ter ． Ke y wo r d s d i ff e r e n t i al p i s t o n； p i l o t o p e r a t e d； c u p fl o a t ； s team t r a p 1概述 蒸汽疏水阀是一种能够及时排除凝结水， 提高 蒸汽使用热效率的自力式控制类阀门。该类 阀门安 装在蒸汽加热设备或蒸汽管网上 ， 自动排除用热设 备不断产生的凝结水。如果疏水阀失效或性能不好 以及使用不当， 将造成蒸汽系统的运行恶化和蒸汽 能量的严重损失。 目前 常用的疏水阀有 圆盘式 、 双 金属片式 、 膜盒式 、 自由浮球式、 杠杆 浮球式和钟形 浮子式疏水阀等， 其中钟形浮子式疏水阀属于对液 面高度敏感的一类疏水阀， 按其结构的不同可分为 杠杆钟形浮子式 、 差压式和杠杆差压式钟形浮子疏 水阀。本文主要讨论杠杆差压活塞先导式钟形浮子 疏水阀的工作原理和主要参数的计算， 该阀是对普 通钟形浮子疏水阀排量小的一种有效改进 ， 为该产 品的设计与开发提供参考。 2 性能 杠杆差压式钟形浮子疏水阀 图 1 吸收了差压 式和杠杆式钟形浮子疏水阀的优点， 使结构更加完 善， 性能更加优良。具有排量大， 体积小， 可以制成 高压疏水阀， 且耐水击等优点。 2 ． 1 结构 杠杆差压式钟形浮子疏水阀主要由阀体、 阀盖、 主阀、 副阀、 杠杆、 吊杆、 钟罩、 过滤网和调位环等组 成。疏水阀的钟形浮子通过杠杆拉动其上的副阀， 杠杆的右端用销轴与吊杆铰链连接， 吊杆的上端用 销钉连接在调位环上 ， 松开调位环左边螺钉可调节 浮子在阀体内的中心位置。 2 ． 2 工作原理 1 关闭状态开始运行时 ， 钟形浮子、 主阀和 杠杆等零件的重力使其绕杠杆支点转动。将阀开 启， 冷空气和凝结水向出口 排出， 然后从人口 进入蒸 汽， 在钟形浮子内形成蒸汽腔 ， 浮子上浮 ， 从而关闭 主副阀座孔， 切断凝结水排出通道 ， 阀门处于关闭状 态。 2 转入开启状态浮子内的蒸汽一部分凝结 成水， 而另一部分从排气孔逸出。钟形浮子因所受 浮力减小而下沉， 通过杠杆的作用， 副阀打开副阀座 孔， 阀门处于小排量排水状态。随着浮子内蒸汽不 作者简介 郝桂芝 1 9 6 5 一 ， 女， 甘肃平凉市人， 工程师， 从事阀门、 泵及成套装置的设计开发和技术管理工作。 一 6一 阀 门 2 0 0 9 年第3 期 断凝结和逸出， 浮子和副阀继续下沉， 直到副阀下端 关闭反密封座孑 L 。此时主阀下端与内腔通大气， 而 主阀的上端 ， 处在蒸汽压力的作用下 ， 使主阀开始下 沉， 直到主阀下沉打开主阀座孔 ， 凝结水通过座孔排 出， 阀门处于大排量排水状态。 1 ．阀体2 ．阀盖3 ．主阀4 ．副 阀5 ．调位环 6 ．吊杆7 ．杠杆8 ．钟形 浮子9 ．过滤网 P I 一人 口压力 图 1 杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水阀 f 1 ．主阀2 ．副 阀 图 2 疏水阀副阀处于临界开启状态 3 转入关闭状态蒸汽管道内凝结水逐渐减 少， 接近排尽时蒸汽进入钟形浮子内， 浮子的空间被 蒸汽占据 ， 使钟形浮子因浮力增大而上升 ， 副阀关闭 座孔， 主阀下端压力升高， 主、 副阀同时上移， 关闭主 阀座孑 L ， 阀门转入关闭状态。 2 ． 3 分析 使用杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水阀时， 系统必须持续有凝结水产生， 否则在蒸汽的长期作 用下， 水封凝结水挥发， 阀门会自动开启， 所以该阀 不宜在过热蒸汽管网中使用。此外钟形浮子下降速 度取决于浮子内气体逸出的速度， 即取决于排气孔 直径的大小。孔径大小不但影响排气快慢 ， 还影响 钟形 浮子的动作频率。在结构上 因有杠杆和铰链 ， 故易产生磨损和故障而影响使用寿命。 3 设计计算 3 ． 1 副阀座孔直径 当副阀处 于临界打开状态时 ， 对阀进行受力分 析 图2 。 由图可知 ， 钟形浮子 和主阀的重力克服 了浮力 及蒸汽压力对主阀的作用 ， 副阀座孔处密封力等于 零 ， 各力对支点的力矩平衡为 F f aF 。 bG 1 口一G 2 b 0 I 式中 钟形浮子受到的浮力， N }D 1 一 h r ． t 一 钟形浮子的高度 设 H 2 h ， c m 钟形浮子 内凝结水高度 ， c m r 水 的密度 r ， 1 ， g ／ c m。 蒸汽压力对主阀的作用力 ， N F 。 - - P d 2 一 d l 2 P 蒸汽压力 ， MP a G。 钟形浮子质量 ， G 主阀质量 ， k g d ， 副阀座孔直径 ， c m d 主阀 座孔 直 径 设 d 。 ， 常 数 ， c m JD 钟形浮子直径， c m 口 钟形浮子中心至转动支点的距离 ， c m 副阀中心至转动支点的距离 ， c m 将以上各值代人式 1 中， 并简化得 a ／ b ／ 4 D1 2 hG 1 G2 一 , r ／ 4 d 1 2 P 一1 杠杆比Va ／ b d 1 √[ 1 ． 2 7 G 2 一 D1 V h J ／ fl 一 I P 2 取 d ， 0 ， 得 V Gl G2 DI 2 V h ／ 1 ． 2 7 3 此式说明在选择钟形浮子的结构尺寸时， 应满 足式 3 。 下转第 l 9页 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 2 0 0 9 年第3 期 阀 门 一 l 9一 架的组合件刚性不足或阀门夹具设计不够合理，但 泄漏量未超过规定 0 ． 5 N L ／ h 的要求。D N 7 5 0 蝶阀在基准试验中出现密封圈处泄漏 O ． 3 1 N L ／ h 的问题，分析其原因是压圈三等分切割处缝隙过 大，压板螺栓 未使用 垫圈导致 阀座处有松动引起 的。在切割处增加连接块后，阀门无可见泄漏。 两种口径的阀门在最终检查中均出现阀体内腔 锈蚀 的问题 ，其原因是未及时进行防锈处理，改进 方法是试验过程中根据防腐蚀规程做防锈处理 ，并 细化操作规程和在管理上加 以改进和完善。 产品试验中对阀门性能提出了不同的要求。① 阀座密封试验 的基准试验中规定无 可见 泄漏 为合 格 ，而最终功能试验 中规定 ，D N 2 5 0蝶 阀的泄漏 率≤O ． 2 5 2 N L ／ h为合格 ，DN 7 5 0蝶阀的泄漏率 ≤ 0 ． 1 8 N L ／ h 为合格。D N 7 5 0 蝶阀冷态操作试验时 间的基准试验中规定关 闭时间≤O ． 4 9 s 合格 ，而最 终功能试验中规定关闭时间 ≤0 ． 5 1 s 为合格。③ DN 2 5 0蝶阀冷态操作试验时间的基准试验 中规定 关闭时间≤0 ． 7 6 s 合格，而最终功能试验中规定关 闭时间≤ 0 ． 8 2 s 合格。 D N 2 5 0蝶阀行程时间试验 的基准试验中规定关闭时间≤0 ． 7 6 s 合格，而最终 功能试验中规定关闭时间≤0 ． 8 2 s 为合格。⑤有相 对运动的配合面有磨损现象。由于阀门性能试验台 试验时间是通过单片机来计算的，而单片机有 0 ． 2 s 的计算精度误差，因此在整个试验过程中， 对于产品的时间记录均有 0 ． 2 s 的误差风险。 6结语 随着我国核电事业的发展，国产核电阀门的应 用越来越广泛。应根据工况系统对产品的要求及标 准制订合理的试验及处理规程，及时解决实际问题。 参 考文 献 [ 1 】 A S Iv l E核电规范与标准 Q M E一 1 核电厂能动机械设备鉴定 [ M ．上海 上海科学技术文献出版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 安全壳隔离蝶 J坷鉴定试验大纲和试验规程 z ．2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 0 0 9 ． 0 1 ． 0 9 上接第 6页 3 ． 2 主阀座孔直径的计算 若 当副阀打开副阀座孔后，主阀仍处于关闭状 态时 ，对主阀进行受力分析 图 3 。 1 ．主阀2 ．副 阀 图3 疏水阀主阀受力状态 从受力图中可以看到，若要使式 3 条件成 立 ，应满足 F l ≥ G 2 4 式中F P对主阀向上的作用力，N F t 詈 D z 一 d P P 对主阀向下的作用力，N 詈 D z 一 尸 D 主阀的直径 ，c m 即 詈 D 一 d l 2 P ≥ ，4 D z 一 cf2 P G 2 ≥孺 5 4结语 杠杆差压活塞先导式钟形浮子疏水阀，汽水分 离可靠 ，没有蒸汽夹带和泄漏等蒸汽损失 ，没有空 气和蒸汽障碍，能畅通地排出凝结水，耐久性好， 背压率高，可达 9 0 ％，有利于回收凝结水。由于 此种阀是间断排水，动作检查容易。以往使用的杠 杆差压式钟形浮子疏水阀最大的缺点是排量较小， 而现采用的活塞先导结构大大提高了排量，可以满 足排量大的工业应用需求。该疏水阀的副阀采用了 S C C V形式，提高了密封和耐久性，从而在生产能 力和节能效率方面有很大程度的提高。 参 考 文 献 [ 1 ] 蒋兴可．蒸 汽疏 水阀 [ M] ．北京纺织 工业出版社， 1 9 8 6． [ 2 ] 日中井多喜雄，李坤英译．蒸汽疏水阀 [ M] ．北京 机械工业 出版社 ，1 9 8 9 ． 收稿 日期 2 0 0 8 ． 1 0 ． 1 7