疏水器工作原理

1、蒸汽疏水器的比较一浮球热静力式疏水器 两种基本型式现在在许多用蒸汽加工产品的装置中有两种基本形式的浮球热静力式疏水器在应用1自由浮球式2杠杆浮球式为了了解它们之间的差别需要依次探讨它们的工作原理一 杠杆浮球的工作原理构造如图 1 所示控制冷凝水从疏水器流出的主阀是通过一个杠杆 连接在一个空心的不锈钢球上此球漂浮在疏水器阀 体内的冷凝水中要注意的是阀和阀座的位置低于 停滞的冷凝水液面这是为了将蒸汽泄漏减至最 少在杠杆和浮球的上方安有一热静力排空气阀用于排放初始空气当疏水器连接到蒸汽设备 并开通蒸汽时 首先空气 会在蒸汽之前被赶进疏水器内 这时 浮球在其最低 位置 将阀关在阀座上 然而 热静力排空

2、气阀是冷 的 所以 空气能通过阀孔排入出口通道空气排 放杠杆 浮球 支点阀座 图 1冷的冷凝水接着随空气进入到疏水器内 当冷凝水液面升高 浮球向上浮起 连接浮球的杠杆同 时打开阀 使冷凝水通过阀孔流出疏水器 如果流入疏水器的冷凝水量增加 浮球会升得更高 于是 带动阀打开更大 使之更多的冷凝水流过阀孔 图 2最后蒸汽到达疏水器 相应的温度会使热静力排空气阀膨胀 将此阀关闭自身阀座 如果没有冷 凝水继续流入疏水器 而来了是蒸汽 阀体中液位就会下降 随之浮球就会带动阀关闭阀座 防止蒸 汽逃逸这样浮球热静力式疏水器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冷凝水浮球上升蒸汽停止流动图

3、2阀打开阀关闭浮球下落阀孔口径和工作压力之间的关系了解阀孔口径和最大工作压力之间的关系是重要的它事实上是由浮球的浮力加上杠杆和支点产 生的机械效应而决定的为了使阀提起离开阀座保证冷凝水流过阀孔面积 A浮球/杠杆产生的浮力FB 必须大于 作用在面积 A 上的蒸汽压力即FBL PA这里L=杠杆效应浮球的浮力和杠杆的机械效应是固定的让我们假设这个力等于 100如果阀孔的面积是 1 单位面积那么最大工作压力将正好在 100 以下即1010 991如果阀孔面积是 0.5 单位面积那么最大压力就上升到正好低于 200即1010 1990 . 5于是 疏水器的设计者就在一个大口径阀孔 能有最大流量但工作压力

4、低 或具有小流量的小口径 阀孔 但工作压力高之间找一个平衡 因此 在浮球热静力疏水器选型时 尽管制造商已经给出了阀 体的最大工作压力值 但也应该仔细核对实际的工作压差和必须流过疏水器的冷凝水量以选取正确的 阀孔口径蒸汽压力FBP支点 A 阀孔大小与工作压力之间的关系这种形式的疏水器具有以下优点1它的热静力排空气装置能够快速排放初始空气和冷凝水启动快工作稳定2浮球随冷凝水量的多少改变自身位置自动调节阀的开度保证连续的冷凝水排放3阀孔始终在液面以下形成水密封无蒸汽泄漏4杠杆的作用使它能够把阀孔做的很大从而做到大排量 但是它同时有以下缺点1大多数杠杆浮球热静力疏水器的热静力排空气装置使用寿命短并且不

5、能用于过热蒸 汽2浮球与杠杆的连接处和杠杆的支点处可能断裂降低了使用寿命3阀与阀座存在集中磨损4耐水击性能差5可能存在由于杂质引起的堵塞等故障潜在的故障可能图 4可能断裂二 自由浮球热静力疏水器的构造集中磨损内置过滤网热静力膜盒 排放空气自由浮球热静力疏水器的 基本构造如图 5 所示 顾名思 义 这里没有杠杆 唯一的运 动部件 是浮球本身 所以这 个浮球也作为阀来工作自由浮球阀孔图5然而它不是普通浮球而是由 316L 不锈钢制成的高精磨浮球阀 座也由淬火的 420F 不锈钢材质构成 的高质量组件见图 6优点每一点都可与 阀座接触长寿命316 不锈钢.只有一个运动部件图 6420F 不锈钢(Ro

6、ckwell 50C).工作过程工作过程当疏水器安好通蒸汽 至设备时空气先在蒸汽 前面被赶进入到疏水器 空气排放阀是冷的此阀 离开阀座空气可以自由 地通过阀孔排至疏水器出 口接着冷的冷凝水跟 随空气进入进入疏水器 使浮球上升打开阀座冷 凝水流出疏水器图 7要注意浮球离开阀座的运动是一个滚动的因此它调节冷凝水的流量是有别于一个双位开关的交 变动作的图 8浮球浮球液面阀开得更大阀座浮球的运动图8滚动动作的原因是最初浮球被作用在阀孔上的蒸汽压力 P A压在阀座上 当冷凝水液位升 高 浮球上浮 这个浮力是逐渐增加的 它克服了关阀的力 P A 合力的结果使球滚动离开阀 座这样 参照它的工作原理 当冷凝水

7、量增加时 浮球滚动离开阀座把阀孔开得更大 能使增多的 冷凝水排出 若流量增大到接近阀孔的最大额定流过能力时 浮球就会完全的从阀座滚开 这样做 时 浮球在疏水器中有一点旋转 以致当冷凝水减少 疏水器液面下降 浮球又重新落下时 是由浮 球表面的另一个位置和阀座接触的要注意因为浮球不是砰的一下猛落到阀座上而且浮球旋转作用使之几乎有无数的阀面来关 住阀座因此阀的磨损浮球表面可以忽略不计阀的寿命极长随着疏水器继续运行,冷的冷凝水排放,蒸汽设备和疏水器由排水而温度上升,冷凝水量减少,同时变 得较热,蒸汽也进入疏水器使排空气阀加热,直至关闭浮球现在靠滚开或滚落阀座来控制冷凝水排量在全部时间中保持在疏随器中的

8、冷凝水液面始终覆盖住阀孔因此防止了蒸汽漏出独有的三点式托座某些型号的 TLV 自由浮球热静力式疏水器采用一种独有的三点式托座设计 保证了浮球对阀座的 完美密封 图 9支托浮球的 托架 是机械加工的 它和阀孔在一个夹具中定位精密打磨加工 这 保证了浮球同时座落在三个点上 也就是阀座和每个托叉上把托架支撑安装在疏水器体内时它要固定得能在阀座上方维持一个水封以防蒸汽漏出图 9这种构造对冷凝水流量特别少 又用高压或过热蒸汽时特别有益 对于后者通常有与装置有关的 风险 即高温过热蒸汽会在疏水器起动后存在的冷凝水水封煮干 即使这样 用于高压蒸汽的三点式 托架合适和小阀孔也能确保完善的密封自由浮球式先导机构

9、自由浮球式疏水器的原理在无负荷状况下 也能保证浮球和阀座也能很好闭合 可是 由于没有 机械杠杆和铰接 与相当的杠杆浮球疏水器相比就需要大直径的浮球 通常对于自由浮球疏水器处理 中等流量的冷凝水流量这不是问题在流量高的地方 需要大尺寸自由浮球 疏水器阀体将很大 于是 为了处理大排量而阀体物理 尺寸又在合理的比例之内 TLV 设计了使用自由浮球作为先导机构与由活塞操纵的主阀相结合 此机 构如图 10 所示图 10当冷凝水进入疏水器 浮球上升离开阀座 这就开启了在主阀中的中心钻出的先导通道 使冷凝 水由此通道流到活塞下方 因为在水流过时又闪发成蒸汽 在通道底部的腔内产生的压力与阀体内的 压力相等 但

10、它的作用在等于活塞下方面积的大面积上 结果从活塞下面作用在主阀上的有效力大于 作用在主阀顶部的力主阀被向上打开 使冷凝水流出 冷凝水排掉后 浮球滚回到主阀上 盖住中心 通道 活塞下的压力失去 主阀顶部的力比主阀下面的力要大 于是主阀关闭图 11用于过热蒸汽具有三点式托架和没有排空气阀的自由浮球式疏水器是用于排放过热蒸汽设备疏水的最佳选择背压的影响在有高背压的用途中自由浮球热静力疏水阀工作极佳 它的性能是由疏水器两侧的工作压差而不 是工作原理本身来决定的 换句话说 当冷凝水回送主管的背压升高 压差下降 随之疏水器能力下 降 因此 在选择疏水器时要小心 不但要满足疏水器入口的最大压力 还要考虑到因

11、背压降低了压 差时 阀孔有能力通过要求的冷凝水量 还要注意若背压突然消失 产生在疏水器两则的极高压差超 过了疏水器阀孔的选择 这样疏水器就会关闭 同样的事情 在杠杆浮球和倒吊桶疏水器中也会发 生防冻和保温所有品牌的自由浮球热静力疏水器设计得总有一部分冷凝水留在疏水器底部因此为了防止疏 水器安装在室外时结冻疏水器和相应的管路应该妥善保温自由浮球热静力疏水器的主要特性特性好处只有一个运动部件易维修备件不多因此花费少坚固而容易拆卸的上盖不需要从管路上拆下疏水器就可以维修高精磨的不锈钢浮球浮球的转动使得与阀座间有无数个接触面因此磨损小寿命长容易接近到阀孔不用从管路上拆下疏水器就可以进行阀孔的检查如需要

12、更换也简单浮球滚动地离开阀座疏水器随从蒸汽设备排出的冷凝水流量变化自动调排量蒸汽设备一产生水就可以排除简单的浮球 / 阀孔设计在背压下疏水器能最好地工作阀孔位于水面之下防止蒸汽漏出疏水器装有热静力排空气阀确保无汽锁地快速起动蒸汽装置安有内置过滤网防止管道污垢等疏水器的损坏可加装汽锁释放阀用于发生汽锁时的理想疏水器提高装置效率和产量有用独有的三点式托做的型号能在很低流量并无漏汽下良好工作是用于过热蒸汽的最佳选择二倒吊桶式蒸汽疏水器工作原理阀所有型式的吊桶式疏水器都在同样的原理下工作即一个一端封闭的小倒置圆桶杠杆支点当桶里的冷凝水被蒸汽替代时就有浮力图 12 示以这样一个简单的疏水器在疏水器 内这

13、个圆桶或倒吊桶连接在杠杆上在杠 杆上固定阀头杠杆末端支在阀座上作为支 点在吊桶的顶部有一个小的排汽孔进口出口排放孔吊桶图 12当蒸汽进入设备空气在蒸汽前 被驱赶进疏水器因为吊桶在下面 并且阀打开所以空气能通过阀孔缓 慢逐出接着冷凝水到达疏水器灌 进了水由于吊桶仍然在下面水能 通过阀孔流出然后蒸汽进入入口 替换了存在吊桶内的水这使得浮桶 成为有浮力而上浮带动杠杆和阀向 阀座上移当阀接近关闭阀座时通 过阀孔高速流过的冷凝水流突发地 推阀到阀座上图 13工作过程冷凝水排放图 13蒸汽进入,吊桶浮起要注意吊桶内的蒸汽被吊桶底部和周围的冷凝水密封住不会漏出疏水器会一直关闭到直到冷凝水再次流入入口 把一些

14、蒸汽通过排汽孔挤出 同时吊桶内的蒸汽 开始冷凝 吊桶失去浮力而开始下沉 这就带动安有阀的杠杆向下 最终阀在杠杆支点作用下离开阀 座 阀孔打开 冷凝水再次经阀孔排放 直至过程又重复进行为止如果少量冷凝水流入疏水器 一些困在吊桶内的蒸汽将冷凝 还有一些则通过排汽孔被疏水器顶 部更冷的冷凝水冷凝 这使吊桶顿时失去浮力 疏水器再次重复工作 因此 倒吊桶式疏水器会在冷 凝水量少时耗费一点蒸汽倒吊桶式疏水器不能适用于入口蒸汽压力突然改变这一点是本质性的 因为压力快速下落会造成 水封闪发成汽 浮桶失去浮力而下落 带动阀离开阀座 蒸汽则能径直冲出疏水器流出 直到冷凝水 再次形成水封为止倒吊桶式疏水器的排空气能

15、力工作情况液位差排放孔排空气速度慢倒吊桶图 14倒吊桶式疏水器在正常工作 时的排放空气和不凝性气体的能 力是差的 其原因在探讨了图 14 即可明白入口处的蒸汽压力是作用在 疏水器阀体中的压力因此如 果入口的和吊桶上的冷凝水处于 同一压力推动空气通过小直径 排气孔的有效力就仅是水位差 显而易见这个力很小排气孔 也小空气排放会需要很长时 间阀孔尺寸和工作压力间的关系在设计倒吊桶式疏水器时要考虑的因素是图 15 示出的受力情况原则上吊桶的重量必须相当轻以 能浮起而又要足够重在下落时通过杠杆才能将阀离开阀座也就是 FwLPA像浮球热静力疏水器一样必须在小阀孔和高工作压但低排量与大阀孔低工作压但高排量二

16、者之 间作出选择注意选型时不能只简单地依据阀体所能承受的最大工作压力来选择到吊桶式疏水器而还要根据 安在疏水器中的阀孔的压力等级 A FW图15用于过热蒸汽在不超过阀体构造的最大压力和温度时 一些倒吊桶式疏水器的生产厂家推荐若采取有两个预防 措施 则他们的疏水器在过热蒸汽时可用于阀体构造的最大压力和温度下 一是在疏水器入口安装一 个逆止阀 如果入口有突然压降或过热蒸汽进入疏水器 由于逆止阀关闭可以防止回流 因此水封不 会闪发蒸干二 是安装旁通时旁通阀要位于疏水 器上方否则当运行人员快速开启 旁通阀时这会在疏水器入口形成 很迅速的压降造成水封闪发蒸 干在实际运用中 在整个运行过程中始 终供入高压

17、过热蒸汽时 在输送管路 中就不会有冷凝水形成 如果倒吊桶 式疏水器安装得靠近它排疏水器的管 路排水 高温蒸汽就会在疏水器入口 处仍然存在 若安装在入口上的逆止 阀有轻微泄漏 这在阀工作一些时间 以后是不可避免的 则水封就会被蒸 发 疏水器将猛烈喷出蒸汽 图 16工作过程压力压突力然突降然低降 或过热蒸低汽进 入水密封被闪蒸图 16我们不推荐在过热蒸汽使用倒吊桶式疏水器自由浮球静压力式或热动力圆盘式疏水器的高压型 号是更好的选择背压的影响背压和因此产生压差对冷凝水流入倒吊桶式疏水器的影响 和浮球热静力式疏水器是同样的 也 就是说 在冷凝水回送主管中的背压升高时 其通过能力会随压差的下降低而降低

18、因此 虽然倒吊 桶式疏水器在背压下能满意地工作 在选阀孔的时候也应小心 要考虑阀孔的尺寸在压差减少时能够 通过需要排量的冷凝水 而又能承受上游的最大压力需要注意的是如果背压突然消耗从而产生的压差超过阀孔的设计时那么疏水器就会保持关闭冻结和保温保温良好的疏水器当倒吊桶式疏水器运行时 在阀体内一直有冷 凝水保持水封 以防蒸汽直接经疏水器吹出 如 果到装置的蒸汽随后被关断 冷凝水会存留在疏 水器内 如果疏水器安装在室外 就可能被冻 结 因此在这种情况下疏水器应当要保温但是在正常工作条件下疏水器的工作过程是 由被困在吊桶内的蒸汽量或从排气孔中溢出后在 周围冷凝水中凝结的蒸汽量变化程度而调控的 这样被保

19、温的疏水器的工作将会迟缓变慢不再流动冷凝水被积留图 17如果这个疏水器正在排放一个温度和生产效率都很重要的加工罐就会对运行产生不利的影响 在这种情况下特别是在有冻结的可能时最好使用自由浮球热静力式疏水器它能在保温下而不影 响疏水器运行图 17蒸汽泄漏另外倒吊桶式疏水器的阀和阀座之间存在集中磨损时间长了可能会有蒸汽泄漏同杠杆浮球 一样它的连接部位也可能脱落或断裂降低了使用寿命易损件密封面被磨损集中磨损图 18热动力圆盘式蒸汽疏水器 工作原理构造圆盘 热动力圆盘式疏水器的构造如 图 19 所示阀体内加工出一阀座 圈一个圆盘是唯一的运动部件 上盖用螺纹拧在阀体上并包有空 气保温套B阀体内有两个同心的

20、座圈 A和 B 他们的表面由高精度的计算 机控制的磨床机械磨平然后淬A火它的表面可以和精磨的圆盘贴合使圆盘可以同时座落在两个座圈上这就可以隔开入口和出口 将疏水器关闭图 19从把疏水器安装在蒸汽系统中来考虑就可以很好理解它的工作原理 当通入蒸汽时 凉的冷凝水和空气 低速地推向疏水器这些混合物进入疏水器从下面把圆盘推离阀座空气和冷凝水混合物经出口通道流出当更多的蒸汽流入装置 蒸汽空间压力上升 流经疏水器的冷凝水温度也会上升 当热冷凝水经入口通 道流到圆盘下面的时候 它感受到一个压降 将一些冷凝水闪发为蒸汽 闪蒸汽和冷凝水的混合物经过圆盘 下面以半径方向流向出口 其流速增加冷凝水温度升高更多的冷凝

21、水会快速闪发为蒸汽 现在圆盘下面以半径方向流动的流速更高 当达到 某个点时有一件奇特的事会发生就是圆盘向下落到阀座上这很容易示范 拿一窄条纸 举到靠近嘴边在纸顶面上猛烈的吹气 原先向下垂的纸现在会向上升到 几乎平直的状态在纸由本身重量作用向下垂时 大气压力同时作用在它的上下两个表面 当吹出的空气高速地流过它的 顶面 它产生了一个局部低压区 大气压力仍然作用在纸的底面 但现在成为高压 因此 纸会向上推到变 直与此相似 飞机起飞向上的推力就来自这个压差 通过飞机两翼上面的空气流速快 压力较低 下面的 流速慢压力较高这样飞机就获得了向上的力向上空气流速快图 20同样的事情会发生在热动力圆盘式疏水器的

22、圆盘上 圆盘下面高速流过的闪蒸汽流会产生一个低压区 使圆盘向下朝阀座移动 在这一点时 正常情况下 圆盘会悬浮 可是 在圆盘移近阀座的时候闪蒸 汽会从圆盘的边缘向上流进控制腔图 21控制腔中的蒸汽现在作用在悬浮接近阀座面的圆盘的大表面积上 这个所产生的力比作用在入口通道那 个小得多的表面积上的入口压力要大因此圆盘快速关住阀座隔离了入口和出口图 21直到控制腔内的蒸汽冷凝 随后压力消失 这样作用在圆盘大表面积上的力降低之前 疏水器会一直保 持关闭 入口的压力现在已足够克服这个力 圆盘被向上推开 让冷凝水再一次自由流过 这样又闪发为蒸 汽在这种疏水器的工作原理中要注意两个非常重要的点1 当热动力圆盘

23、式疏水器工作时 冷凝水的闪蒸会使圆盘开始关闭 换句话说 新蒸汽不会出现 在疏水器出口 唯一的例外的可能是当疏水器用于排放过热蒸汽主管在那里无论如何也不会有 冷凝水存在 在这种情况下 由于蒸汽的关系 圆盘将会关闭 蒸汽泄漏要比许多机械式疏 水器例如倒吊桶式少的多2 疏水器的工作时间比率 也就是疏水器的周期性工作次数是控制腔中热损失率的一个函数 因 此 如果疏水器是特别良好保温的 会有一个从轻到重的冷凝水负荷 于是冷凝水会阻留在入 口管中然而后面会介绍有很多不同构造的 TLV 热动力式疏水器其构造会影响控制腔的热损失 率所以当按用途来选用正确的疏水器时能有很多类别可供选取工作过程压力升高热冷凝水热

24、损失压力下降Pflash xAdisc泄漏P xAP xA 1in2out圆盘关闭图 21圆盘的特性在描述疏水器的工作原理时 没有提及圆盘的构造型式 圆盘和阀座应该是淬火处理的以延长使用寿 命另外每个圆盘式疏水器都是按工厂标准提供圆盘有凹槽的一面对着阀座在疏水器运行时这些凹槽的作用在于破坏在圆盘下面的闪蒸汽的汽流造成流动状态为轻度紊流这 使圆盘接近阀座的时间延缓这样使圆盘在接近蒸汽温度的状态下运行结构形式TLV 有三种基本结构类型的热动力圆盘式疏水器每一种的工作运行都与其控制腔的设计有关另 外有的形式具有排空气的特用装置和具有可更换阀座的特性普通顶帽就像工作原理中所描述的这是基本的热动力圆盘式

25、疏水器的设计前面已经说过 控制腔的热损失率决定了工作时间比率 因此 这种基本类型的疏水器仅适合用于局 部 高环境温度和冷凝水负荷低到中等的地方 典型的例子如仪表伴热箱和洗衣房熨衣机和印压机等 明显 的 这种疏水器如果安装在室外 就会受到雨 水和吹过他们的冷空气的影响 控制腔的热损失快 从而动 作循环周期快 磨损增加 图 22冷凝很迅速浪费!低损失,长寿命空气夹套降低热损失空气夹套 减少冷凝量空气夹套普通顶帽图 22空气夹套图 23降低能量损失在这种设计中 控制腔被一个特制的顶帽遮蔽起来 封闭在控制腔和顶帽中处于大气压下的空气作为 一个保温层 即使在环境条件变化较大时 从顶帽散失的热损失率几乎不

26、变 因此 疏水器可以很稳定的运 行 图 23蒸汽夹套蒸汽夹套TLV 产品的独有性能在于使用了蒸汽夹套 控制腔设计在这种型式中存在与疏水器入 口的蒸汽或蒸汽与冷凝水的混合物允许进入控 制腔和外盖之间处而形成一个新的压力腔内 有圆盘的控制腔便由一个有效的蒸汽夹套与外 界环境变化的影响隔离开这个特性防止了疏 水器的工作循环过快从而延长了使用寿命 减少了蒸汽损失图 24 图 24空气排放特性热动力圆盘式疏水器设计者都要面临的一个问题是按疏水器工作的根本原理 圆盘下高速流过的径向 气流倾向于使疏水器发生气堵 气堵可能发生在设备停用了一段时间再起动时 在这种情况下 存在管路中 的空气和在锅炉中水处理产生的

27、气体在蒸汽前面被驱赶到蒸汽分配系统的远端 如果蒸汽在比较高的压力下 快速进入 这就会将驱赶空气或气体快速的通过疏水器并使其关闭 图 25大多数疏水器厂家采用在圆 盘表面刻出划痕 这样 空气就可以通过划痕慢慢泄漏 这样做使空气排放速度慢 而且 同样 蒸汽也可 以慢慢漏出 造成了一定的浪费气堵空气不能排 放慢慢泄漏不能冷凝速度快空气快速流动的空气 使疏水器关闭.图 25然而许多 TLV 的热动力圆盘式疏水器都有一个标准的性能 有一个独特的防止气堵发生的双金属 环这样圆盘表面就可以做到高精磨不但不会泄漏蒸汽也保证了圆盘的机械强度图 26在疏水器冷的时候双金属环收缩坐在斜面座上使圆盘离开阀座这允许凉的

28、冷凝水和空气或气体流过疏水器当冷凝水变热开始闪发成蒸汽当它通过疏水器双金属环受热膨胀顺着斜面滑落让圆盘自由的 落在阀座上使疏水器正常工作快速启动双金属环排放空气快速启动双金属环排放空气正常运行图 26可更换阀座焊接阀体TLV 的热动力式疏水器型式 的另一个重要特性就是可更换阀 座 图 27这一性能的好处是 在修理时不需要从管路上拆下疏 水器从而节约了劳动量 另外就 是当疏水器用于高压时由于要采 用昂贵的高等级钢的阀体 它们 在疏水器失效时需要废弃 这样 可以显著的减少花费容易维护内部不锈钢内部不锈钢可更换阀座焊接阀体用于过热蒸汽TLV 的热动力圆盘式疏水器是用于过热蒸汽的最佳选择图 27背压的影响使用热动力圆盘式疏水器时要考虑一个重要因素 就是它如何在有背压时工作