介紹了單閥座、雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工況系統(tǒng)的綜合性能。分析了閥門關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和重要參數(shù)的優(yōu)化過程。提出了一種完全平衡式雙閥座杠桿浮球式疏水閥的結(jié)構(gòu)，給出了提高整機(jī)性能指標(biāo)、使用壽命及擴(kuò)展閥門應(yīng)用領(lǐng)域的試驗(yàn)結(jié)果。

1、概述

　　蒸汽疏水閥是一種自動(dòng)閥門，起到自動(dòng)阻汽排水的作用，是蒸汽加熱系統(tǒng)和蒸汽管路的主要附件之一。在工業(yè)裝置中，有很多設(shè)備需要用蒸汽作為熱能，隨著石油化工行業(yè)的飛速發(fā)展，需要大量的大排量和特大排量的蒸汽疏水閥，特別是高溫、高壓下需要大量排除凝結(jié)水工況的高性能、高參數(shù)蒸汽疏水閥。如何確保該閥工作時(shí)的可靠性和有效提高使用壽命均是蒸汽疏水閥設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。目前，國內(nèi)、外現(xiàn)有的平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥，其特點(diǎn)是上下兩閥開閥力和關(guān)閥力近似相等而不完全平衡，特別是閥座孔磨損后密封面變大更加重了不平衡，因而在雙閥座蒸汽疏水閥系列產(chǎn)品中，較高壓力和較大排量的蒸汽疏水閥必須配備較大的浮球，才能克服流體壓力不平衡而引起的較大開閥力。限制了該閥種參數(shù)的提高和在工程中的應(yīng)用。完全平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥解決了高溫高壓下的開閥與關(guān)閥力平衡問題，能以較小的閥體設(shè)計(jì)達(dá)到高溫、高壓和超大排量的高性能參數(shù)要求，提高使用壽命。

2、工作原理

　　杠桿浮球式蒸汽疏水閥是一種利用液位差和溫度變化( 自動(dòng)排空氣裝置) 而進(jìn)行動(dòng)作的機(jī)械型蒸汽疏水閥，其工作原理是在剛啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)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(dāng)蒸汽和熱凝結(jié)水進(jìn)入時(shí)，閥腔內(nèi)溫度隨之升高，自動(dòng)排空氣裝置內(nèi)壓室的感溫液體隨之汽化膨脹，內(nèi)壓室裝置的壓力產(chǎn)生變化而驅(qū)使高合金膜片帶動(dòng)閥瓣關(guān)閉排空氣裝置。此時(shí)閥腔內(nèi)的浮球隨水位的變化而自動(dòng)升降，帶動(dòng)杠桿調(diào)節(jié)閥座孔的開度，連續(xù)排放凝結(jié)水。當(dāng)凝結(jié)水停止進(jìn)入閥腔時(shí)，浮球靠自重隨水位下降，驅(qū)使杠桿帶動(dòng)閥瓣關(guān)閉閥座孔。由于閥座孔設(shè)在凝結(jié)水水位以下，形成水封，保證該閥在工作時(shí)，可達(dá)到無新鮮蒸汽泄漏。

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　3.1、典型結(jié)構(gòu)

　　通常的杠桿浮球式蒸汽疏水閥采用圓錐面密封，一般有單閥座和雙閥座兩種結(jié)構(gòu)方式。采用單閥座結(jié)構(gòu)的截止型杠桿浮球式蒸汽疏水閥其結(jié)構(gòu)簡單，但是工作時(shí)單方向受壓，開啟時(shí)其受壓面積大，因而開啟阻力大，只適用于較小排量和蒸汽壓力較低的工況。如果采用雙閥座結(jié)構(gòu)，由于設(shè)有2 個(gè)排水閥座孔，可增大排水的流通面積，因而增大了蒸汽疏水閥的排量，而且，當(dāng)處在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，位于同軸線上的上、下兩個(gè)閥瓣所承受介質(zhì)的壓力正好相反，可以抵消部分軸向壓力，因此可以大大降低開啟力。己有的雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥，其閥座結(jié)構(gòu)如圖1 所示。通常雙閥座的上下閥座孔采用同一尺寸D1，由于錐面密封寬度b 的影響，由此上下閥瓣受壓面積不同。即使使用新的閥門，如果閥座密封面寬度很窄，只是一圈線狀圓錐面，這時(shí)上下閥瓣的壓差也不一樣。隨著使用時(shí)間的增長，密封寬度b隨著磨損的增加而逐漸增大，因而開啟力也隨之增加，而且會(huì)越來越大。上、下閥瓣產(chǎn)生的壓差越來越大，造成疏水閥的性能不穩(wěn)定。其要點(diǎn)是上下兩閥的開啟力和關(guān)閉力近似相等而不完全平衡，特別是閥座磨損后密封面變大更加加重了不平衡，造成該閥工作可靠性差。

　　3.2、完全平衡式雙閥座結(jié)構(gòu)

　　完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥設(shè)有浮球、杠桿、銷軸、銷、連桿、閥桿、上閥瓣、上閥瓣定位塊、上閥座、墊片、下閥瓣、下閥瓣定位塊、下閥座、螺母、連接頭、連接銷和杠桿支架等( 圖2) 。杠桿的一端與浮球連接，杠桿的另一端用銷與連桿的上端連接。杠桿與銷軸相配接并支承于杠桿支架上。杠桿支架設(shè)于上閥座上方。連桿的下端通過連接銷與連接頭相配接。墊片、上閥瓣和上閥瓣定位塊套入閥桿上部，上閥瓣設(shè)于上閥座內(nèi)并與上閥座的下錐面相配接，連接頭接閥桿頂部，能調(diào)整的閥桿的下部插入下閥瓣和下閥瓣定位塊。下閥瓣設(shè)于下閥座內(nèi)并由螺母與下閥座的下錐面相配接，其特征是上閥座孔徑與下閥瓣外徑相等。即上閥座的孔徑d 與下閥瓣的外徑d3相等，下閥座的孔徑dl與上閥座的孔徑d 不相等。由于上下閥座孔啟閉時(shí)產(chǎn)生的力大小相等，方向相反，互相抵消，壓差為零。所以稍微有一點(diǎn)浮力變化即可開閉閥門，動(dòng)作靈敏度高。

　　3.3、完全平衡式雙閥座結(jié)構(gòu)性能

　　當(dāng)新閥門使用時(shí)，閥門上下閥瓣的作用直徑均為d，實(shí)際受壓面積相等，保證了上下閥瓣所承受的壓力相等，但方向相反，壓差為零。當(dāng)閥門隨使用時(shí)間的增長而逐漸磨損時(shí)，上下閥座密封錐面投影寬度C 也隨著增大，但上閥座孔徑d 不變，而下閥座密封錐面投影寬度由于閥瓣外徑的限制而保持不變。這樣做到了上下閥座磨損時(shí)上下閥瓣的作用直徑不會(huì)產(chǎn)生影響，上下閥瓣所承受壓力相等，方向相反，壓差為零。因此可設(shè)計(jì)較小的閥體達(dá)到特大排量的排水功能，并可設(shè)計(jì)適用于高溫、高壓工況的特大排量蒸汽疏水閥。

　　由此可知，完全平衡式杠桿浮球式蒸汽疏水閥無論是剛使用的新疏水閥，還是使用過一段時(shí)間的舊疏水閥，在其使用周期內(nèi)，上下閥座的上下閥瓣所承受的介質(zhì)壓力完全相等。在圖2 中，d 為上閥座的孔徑，其大小等于下閥瓣的外徑d3。C 為下閥座密封錐面的垂直投影寬度，下閥座的孔徑dl( dl = d- 2C) 與上閥座的孔徑d 不相等，即通過上下閥座的孔徑不相等來使閥瓣承受的開啟力和關(guān)閉力達(dá)到完全或近似完全平衡。由于上下閥瓣在介質(zhì)壓力的作用下，其承壓圓有效直徑相等均為d，承壓直徑不受密封錐面寬度改變的影響，因此上下閥瓣的壓力差在磨損前后均為零值，即能達(dá)到完全平衡。因而這種完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥不管新舊，其所需的開啟力和關(guān)閉力恒定不變，壓力平衡。其靈敏度高，壓差使用范圍廣，穩(wěn)定性和可靠性好，使用壽命長。

圖1 雙閥座疏水閥結(jié)構(gòu)

4、應(yīng)用分析

　　據(jù)文獻(xiàn)〔1〕，普通的雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥最大允許壓力為3. 1 ～ 3. 2MPa，溫度338 ～400℃，最大排量為20 ～ 127t /h。由于平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥近似相等而不完全平衡的因素，制約了高溫、高壓、超大排量蒸汽疏水閥的研制，要克服流體壓力不平衡而引起的較大開閥力，只有加大浮球來增加開閥力，在蒸汽疏水閥的設(shè)計(jì)時(shí)，如加大浮球直徑就需加大閥體，加大閥體就需加厚閥體壁厚，這樣就增加了制造費(fèi)用和加大閥體體積，限制了該類疏水閥的參數(shù)提高。

1. 浮球2. 杠桿3. 上閥瓣定位塊4. 杠桿支架5. 連接銷6. 銷軸7. 銷8. 連桿9. 連接頭10. 閥桿11. 上閥瓣12. 上閥座13. 墊片14. 下閥瓣定位塊15. 下閥座16. 下閥瓣17. 螺母

圖2 閥座結(jié)構(gòu)

　　完全平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥采用完全平衡的雙閥座新結(jié)構(gòu)，解決了高溫高壓下的開閥與關(guān)閥力，能用較小的閥體達(dá)到高溫、高壓和超大排量的高性能參數(shù)要求，提高了閥門的使用壽命。其部分性能參數(shù)采用Φ110mm 的304 不銹鋼浮球，公稱壓力為10. 0MPa，最高允許溫度可達(dá)到482℃，最大排量60t /h。采用Φ190mm 的304 不銹鋼浮球，設(shè)計(jì)公稱壓力為6. 3MPa，最高允許溫度425℃，可用2 個(gè)Φ80mm 的排水閥座孔，最大排量150t /h。如果采用并聯(lián)雙閥體的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，用Φ190mm 的304 不銹鋼浮球，可實(shí)現(xiàn)4 個(gè)Φ80mm 口徑的排水閥座孔，其排水能力可達(dá)到約300t /h，實(shí)現(xiàn)超大排量〔2〕。

5、結(jié)語

　　在凝結(jié)水回收工程中，蒸汽疏水閥的性能對(duì)整個(gè)凝結(jié)水回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。疏水閥排出的凝結(jié)水可進(jìn)一步回收利用，變廢為寶，同時(shí)改善環(huán)境。完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥的研制成功，解決了高溫、高壓及大排量凝結(jié)水工況的難題，特別是在大排量飽和凝結(jié)水工況和凝結(jié)水回收系統(tǒng)上優(yōu)勢明顯。該閥門結(jié)構(gòu)已獲國家發(fā)明專利( 專利號(hào): ZL2005 1 0081595. 9) ，產(chǎn)品已在多項(xiàng)國家重點(diǎn)工程上得到應(yīng)用，并隨主機(jī)配套出口歐美和東南亞地區(qū)，運(yùn)行效果良好。