杠杆浮球式蒸汽疏水阀的设计.docx

文章编号: 1002-5855( 2013) 03-0001-03杠杆浮球式蒸汽疏水阀的设计夏 娟( 阿姆斯壮机械( 中国) 有限公司，北京 102629)摘要 介绍了一种新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀的工作原理，主要部件的设计计算以及结构优化设计。关键词 疏水阀; 杠杆浮球; 结构中图分类号: th134文献标志码: athe design of lever-ball float steam trapxia juan( armstrong steam and condensate group ( china) co ，ltd，beijing 102629，china)abstract: introduces the w orking principle of the lever-ball float steam trap，discusses the design of im-portant parts and special structurekey words: steam trap; lever ball float; structure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 设计压力 最大排量 设计温度 工作压差 连接方式 工作原理球墨铸铁 astm a3951. 6 m pa1 200 kg / h300 0. 45 m pa、1 m pa、1. 4 m pa螺纹和法兰连接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设计计算34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，影作者简介: 夏娟( 1983 ) ，女，工程师，从事于阀门的设计和研发工作。 2 阀门2013 年第 3 期p= b / ( / )( 2)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 ，壁厚系数 a 为若所得 a 值在设计温度下材料线的左方，则许用外压力p为2p= 0. 083 3e / ( / )( 3)式中 e设计温度下材料的弹性模量，m pa( 3) 将 许 用 压 力p与 设 计 压 力 p 比 较，若p p，则适当减小 ，重复式 ( 1 ) ( 3 ) 计算。 若 pp，则需要增大 ，重复式( 1 ) ( 3 ) 计算， 直至 pp且接近p，从而确定有效壁厚 。a = 0. 125 / ( / )式中 浮球的外半径，mm( 1)( 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为图 2 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图( 0cr18ni9 钢)( 4) 为了保证浮球的稳定性，延长使用寿命，浮球的实际壁厚值 为 有 效 壁 厚 与 厚 度 附 加 量 c之和。即克服作用在阀孔上的蒸汽压力 f3 力矩以及自身的重力 f2 力矩( 图 3) 。即f1 l1 ( f2 l2 + f3 l3 )f1 浮球产生的浮力，n = + c式中 c 厚度附加量( c = c1 + c2 ) ，mm c1 钢材厚度负偏差，mm c2 腐蚀裕量，mm( 4)式中3f1 = v g = 4 /3( d /2)对应饱和温度下冷凝水的密度，kg / m3d 浮球的直径，mmf2 杠 杆 组 件 ( 浮 球、杠 杆 和 阀 瓣 ) 的 重 力，nf3 蒸汽压力，n对于厚度附加量，相关的标准已有规定。 当钢材的厚度负 偏 差 不 大 于 0. 25mm ，且 不 超 过 名 义 厚度的 6% 时，负偏差可 忽 略 不 计。 介 质 为 压 缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀 裕量不小于 1mm 。对于腐蚀或磨损的元件，应根 据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确 定腐蚀裕量。若容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。3f3 = ps = p /4dd阀嘴流道的直径，mml1 浮球浮力到支点的距离，mm l2 杠杆组件重力到支点的距离，mm l3 蒸汽压力到支点的距离，mm安全系数 为了保证压力平衡条件，阀嘴直径大，排量大，工作压力就低，阀嘴直径小，排量小，工作压力就高。4. 2浮力平衡条件根据浮力平衡条件，为了使阀瓣提起离开阀座，保证冷凝水流过阀孔，浮球产生的浮力 f1 力矩必须阀门3 2013 年第 3 期在阀嘴直径与工作压力之间寻找一个平衡，根据实际工况压差以及疏水阀的必须排量选取正确的阀嘴 直径。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 ( 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。图 3 杠杆浮球机构受力图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，20092 杨源泉 阀门设计手册m 北京: 机械工业出版社，19953 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 ( 收稿日期: 2012 08 15)书 讯1.新编英汉阀门技术词汇本书由机械工业出版社 2009 年 2 月出版发行，尹玉杰主编。本书是 根据我国机械工业和阀门行业科技创新及阀门产品研发的需要，从国内已出版的书籍、国外科技文献和国外 阀门标准等资料中广泛收集了大量的与阀门相关的专业词汇 3 万余条汇编而成，其特点是词汇量大，内容充 实，译词准确，可供从事阀门行业和相关专业的科技人员使用。书号 isbn 978 111 25402 7，定价 29 00 元 / 册。2.机电产品供应目录 阀门本书由机械工业出版社于 2002 年出版发行。书中收录了国内外 500 余家企业的阀门产品，涵盖大部分骨干企业及其主导产品，本书以产品信息栏目为主，以表格形式详细介绍 了产品名称、型