杠桿浮球式蒸汽疏水閥的原理分析與結(jié)構(gòu)改進*

吳 健，張 弛

(杭州職業(yè)技術(shù)學院，浙江 杭州 310018)

蒸汽疏水閥是一種能自動地排除蒸汽使用設備和蒸汽管道中的凝結(jié)水、空氣及其它不可凝結(jié)的氣體，并防止蒸汽泄漏的自動閥門，使設備在短時間內(nèi)實現(xiàn)正常運轉(zhuǎn)，以確保設備處于最高的加熱效率。一旦蒸汽疏水閥不能充分的發(fā)揮作用，由于凝結(jié)水的滯留，不僅蒸汽使用設備的性能受到很大的影響，有時甚至使生產(chǎn)設備完全陷于癱瘓。疏水閥雖然是蒸汽系統(tǒng)中微不足道的部分，但對整個蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能起著至關重要的作用。合理的疏水閥選型是用汽設備正常生產(chǎn)的保證，更是化工企業(yè)有效節(jié)約生產(chǎn)成本與能源的保障[1-2]。

1 杠桿浮球式蒸汽疏水閥的結(jié)構(gòu)及工作原理[3-4]

杠桿浮球式蒸汽疏水閥結(jié)構(gòu)由閥體、浮球、感溫組件、疏水組件等組成，見圖1。

圖1 杠桿浮球式疏水閥結(jié)構(gòu)Fig.1 Lever float trap valve structure

1.1 閥口A溫控組件結(jié)構(gòu)

圖2為溫控組件結(jié)構(gòu)圖，由感溫組件、感溫組件殼體、閥芯組件組成。

圖2 閥口A溫控組件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of valve port A temperature control component

1.2 疏水閥主要工作過程[5-6]

當設備剛啟動時，疏水閥是涼的，感溫組件收縮，閥口A開放，連續(xù)排放出初始空氣，實現(xiàn)快速啟動。如圖3(a)所示。

當冷凝水進入疏水閥時，空氣從閥口A排出，杠桿浮球隨冷凝水液位上升，雙閥座設計能使冷凝水從閥口(B)迅速排出，如圖3(b)所示。

當熱凝水及蒸汽進入疏水閥時，閥體內(nèi)感溫組體受熱膨脹，帶動閥芯組件關閉閥口(A)，杠桿浮球隨凝結(jié)水液位調(diào)節(jié)閥口(B)，排出熱凝水，如圖3(c)所示。

當凝結(jié)水停止進入疏水閥時，杠桿浮球隨液位下降關閉閥口(B)，由于閥口(B)總是在凝結(jié)水液位以下，形成水封，無蒸汽泄漏，如圖3(d)所示。

圖3 杠桿浮球式蒸汽疏水閥工作過程Fig.3 Working process of lever float steam trap valve

2 杠桿浮球式蒸汽疏水閥關鍵結(jié)構(gòu)

杠桿浮球式疏水閥主要組件由蒸汽控制溫控組件和冷凝水排出組件組成。

2.1 蒸汽控制溫控組件

疏水閥剛啟動時，自動排空氣裝置處于開啟狀態(tài)，迅速排除系統(tǒng)中的不凝結(jié)氣體。當蒸汽和熱凝結(jié)水進入時，閥腔內(nèi)溫度隨之升高，自動排空氣裝置內(nèi)的感溫組件隨之膨脹，產(chǎn)生位移，驅(qū)使閥芯組件(圖2中5-3，5-4，5-5)產(chǎn)生位移，進而關閉排空氣裝置。

圖4 疏水閥溫控組件工作示意圖Fig.4 Working diagram of trap valve temperature control module

其感溫組件是使用雙金屬片。雙金屬是由受熱膨脹程度差異較大的兩種金屬薄板粘合在一起制成的。所以溫度一旦發(fā)生變化，熱膨脹系數(shù)大的金屬片比熱膨脹系數(shù)小的金屬伸縮較大，使這種粘合金屬薄板產(chǎn)生較大的彎曲，如圖4所示。

2.2 冷凝水排出組件

如圖1所示，冷凝水進入閥體后，此時閥腔內(nèi)的浮球隨水位的變化而自動升降，帶動杠桿調(diào)節(jié)閥座孔的開度，連續(xù)排放凝結(jié)水。當凝結(jié)水停止進入閥腔時，浮球靠自重隨水位下降，驅(qū)使杠桿帶動閥瓣關閉閥座孔。由于閥座孔設在凝結(jié)水水位以下，形成水封，保證該閥在工作時，可達到無新鮮蒸汽泄漏。

3 杠桿浮球式疏水閥局部優(yōu)化方案[7]

由于杠桿浮球式疏水閥在結(jié)構(gòu)上存在一些問題，使得該產(chǎn)品在投運時其工作性能的發(fā)揮受到限制，主要問題如下：

(1)工作時該疏水閥閥體內(nèi)存有大量冷凝液，當設備不工作時，冷凝液會對閥體內(nèi)零部件造成腐蝕，而其本身結(jié)構(gòu)也無法實現(xiàn)將冷凝水全部排出，除非完全從管道上拆卸下來。所以，有必要對其閥體結(jié)構(gòu)進行重新設計，形成冷凝液可以及時排除的裝置。

圖5 疏水閥閥體泄水裝置Fig.5 Drain device for trap valve body

(2)閥口(B)以及對應的閥芯閥和座設計存在不合理，一方面這種結(jié)構(gòu)密封不良，易于泄漏蒸汽，另一方面閥芯為球形結(jié)構(gòu)，在閥芯旋轉(zhuǎn)一定角度后與閥座接觸，實現(xiàn)密封，但這種密封結(jié)構(gòu)明顯存在缺陷?，F(xiàn)改為彈簧式密封結(jié)構(gòu)，基于熱脹冷縮的原理，彈簧可以根據(jù)溫度的變化做出反應，這樣更易于密封。

(3)由于進入疏水閥的水質(zhì)不清楚，可能含有大量的雜質(zhì)，而本閥沒有過濾裝置，因此需要在進水閥口前設計濾網(wǎng)裝置。

4 結(jié) 論

蒸汽供熱系統(tǒng)在我國能源消耗中占有很大比例，因此回收凝結(jié)水對蒸汽系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保有著十分重要的工程價值和意義。疏水閥雖然是蒸汽系統(tǒng)中的很小的部件，但卻對整個蒸汽系統(tǒng)的能源消耗起著至關重要的作用。只有充分認識其結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有的基礎上進行優(yōu)化，才能更大發(fā)揮其應有的作用。