介紹了高溫高壓圓環(huán)雙金屬片式疏水閥的工作原理，主要零件和結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算以及結(jié)構(gòu)特點。

1、概述

　　雙金屬片疏水閥是通過溫度的變化自動控制閥瓣開啟和關(guān)閉，起到阻汽排水作用。雙金屬片疏水閥能連續(xù)排水或間歇排水，工作無噪聲，無振動，不漏氣，不水擊，不凍結(jié)，能自動排出冷空氣和不凝結(jié)氣體。根據(jù)現(xiàn)場工況的需求，設(shè)計了一種工作壓差為2. 0 ～ 15. 0MPa，溫度調(diào)整范圍100 ～ 340℃ 的雙金屬片式疏水閥。

2、疏水閥的設(shè)計參數(shù)

　　閥體材質(zhì)鉻鉬鍛鋼A182F22，公稱壓力42. 0MPa，最高允許溫度550℃，最大排量300kg /h，最高工作壓力15. 0MPa，排水溫度調(diào)整范圍100 ～ 340℃，連接方式對接焊和法蘭連接。

3、疏水閥的工作原理

　　高溫高壓圓環(huán)雙金屬片式疏水閥( 以下簡稱疏水閥，圖1) 的圓環(huán)形雙金屬片在常溫時為平直狀態(tài)，彈簧彈力托起閥瓣，使排水口處于完全開放狀態(tài)，管路中的冷空氣及初期凝結(jié)水可迅速排出。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為高溫介質(zhì)進入時，雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生的作用力克服彈簧的彈力，將閥瓣壓向排水口使疏水閥關(guān)閉。當(dāng)凝結(jié)水溫度降低至設(shè)定溫度時，雙金屬片彎曲變形的程度減小，產(chǎn)生的熱作用力亦減小，雙金屬片作用力及由于進、出口壓差作用于閥瓣上的壓力之和小于彈簧的彈力時，閥瓣被托起，出水口開啟，疏水閥又處于排放狀態(tài)。低溫凝結(jié)水排出后，高溫凝結(jié)水再次進入，疏水閥關(guān)閉，重復(fù)上述動作。

1. 雙金屬片2. 心軸3. 支架4. 大彈簧5. 小彈簧6. 彈簧板7. 閥瓣8. 閥座

圖1 高溫高壓圓環(huán)雙金屬片式疏水閥

4、疏水閥的設(shè)計計算

　　(1) 雙金屬片位移( 撓度) 和熱推力

　　雙金屬片是用兩種溫度膨脹系數(shù)相差很大的金屬材料復(fù)合制成。當(dāng)雙金屬片受熱時，會產(chǎn)生彎曲變形( 圖2) ，其位移( 撓度) f、機械彈力P 熱推力PT為

　　從式(3) 看出，熱推力PT與溫度差成直線關(guān)系，簡單的把數(shù)片雙金屬片疊放在一起，總的熱推力會按雙金屬片疊加數(shù)成比例的增加。

圖2 雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生變形

　　(2) 調(diào)整間隙

　　調(diào)整間隙Fn是常壓常溫下閥瓣與閥座之間的距離。從常溫開始，高溫介質(zhì)進入時，一方面雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生變形消除常溫調(diào)整間隙，另一方面雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生的熱推力PTn克服彈簧彈力( 指定變形量Fn下的工作負荷Pn，) ，將閥瓣部件推動趨向閥座孔，趨向疏水閥關(guān)閉。任何同一溫差ΔTn同時具有兩種作用。介質(zhì)溫度升高時，一部分溫差ΔTn1使雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生變形消除常溫調(diào)整間隙Fn，另一部分溫差ΔTn2使雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生熱推力PTn。PTn要克服彈簧指定變形量Fn的工作負荷Pn，即需要PTn≥Pn

　　因此，在同一溫差ΔTn內(nèi)彈簧能消除雙金屬片的過度膨脹( 因為需要部分溫差ΔTn2使雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生熱推力PTn而不產(chǎn)生消除常溫調(diào)整間隙的變形) 。設(shè)PT2是臨界關(guān)閉狀態(tài)在溫差ΔT22下克服彈簧彈力Pn2需要的雙金屬片熱推力( PT2為設(shè)計給定值，與設(shè)計最高工作壓力相關(guān)) 。設(shè)Pn2是壓縮彈簧彈力，在任何蒸汽壓力與任何關(guān)閥溫度T2的臨界關(guān)閉狀態(tài)與已經(jīng)關(guān)閉狀態(tài)下的在彈簧指定變形量Fn2下的工作負荷( 關(guān)閉狀態(tài)下的彈簧指定變形量Fn2固定不可調(diào)，Pn2為定值不變，Pn2為設(shè)計給定值，與設(shè)計最高工作壓力相關(guān)) 。

　　設(shè)相應(yīng)蒸汽壓力下的常溫調(diào)整間隙Fn是部分溫差ΔT21對應(yīng)的一組n1片相向成對使用的雙金屬片產(chǎn)生的變形量，F(xiàn)n為

　　式(6) 顯示，實際最高蒸汽壓力大于設(shè)計給定最高工作壓力PMO的η 倍，也表示在設(shè)計給定最高工作壓力時，允許比最高工作壓力下的設(shè)計開閥溫度更高的凝結(jié)水溫度溫差使雙金屬片受熱彎曲變形產(chǎn)生熱推力PT，增加了閥瓣的開閥溫度范圍，也能順利開閥。

　　(3) 閥瓣的最小開啟量

　　疏水閥最大排量時閥瓣的最小開啟量h 為

　　常溫時圓環(huán)形雙金屬片為平直狀態(tài)，彈簧彈力Pn托起閥瓣部件，使閥座孔處于完全開啟狀態(tài)，管路中的冷空氣及初期凝結(jié)水可迅速排出。此時閥瓣的最小開啟量h( 閥瓣離開閥座入口的距離) 足夠大，閥瓣處于閥座孔入口之上足夠高處。

5、疏水閥的結(jié)構(gòu)特點

　　(1) 采用圓環(huán)形雙金屬片式正向密封型調(diào)溫結(jié)構(gòu)。多對雙金屬片串聯(lián)安裝，每對相向成對使用。雙金屬片之間設(shè)有隔墊，使之保持固定的間隙，使各雙金屬片受熱均勻，對溫度變化的受熱變形靈敏性一致，帶動疏水閥的啟閉件動作。隔墊有良好的傳遞力作用，在受熱彎曲時，每對雙金屬片之間不產(chǎn)生摩擦，不造成圓環(huán)雙金屬片彎曲力的軸向分力的損失，滿足雙金屬元件的常溫調(diào)整間隙與圓柱螺旋壓縮彈簧工作行程互相匹配。正向密封型設(shè)計，打開閥瓣的力為大壓縮彈簧的彈力，閥瓣關(guān)閉后介質(zhì)靜壓力作用在閥瓣上，使閥瓣密封力隨介質(zhì)壓力的增加而變大，密封可靠，無高溫凝結(jié)水及蒸汽漏損。

　　(2) 自動中心定位自由浮動關(guān)閉系統(tǒng)。閥瓣和閥座沒有部分的或單面的磨損現(xiàn)象，極大地減少了保持密封的關(guān)閉力，減少了內(nèi)件的磨損。軟閉合結(jié)構(gòu)，在相應(yīng)蒸汽壓下的設(shè)計關(guān)閥溫度時，閥瓣部件的支架已接觸到閥座上的定位面，在相應(yīng)蒸汽壓下的設(shè)計關(guān)閥溫度更高的高溫凝結(jié)水溫度使雙金屬片繼續(xù)彎曲變形，產(chǎn)生雙金屬片熱推力作用在閥座的定位面上而不作用在閥瓣上。

　　(3) 采用獨特的溫度調(diào)整結(jié)構(gòu)。正向密封的圓環(huán)雙金屬片與雙彈簧結(jié)合，利用大、小雙彈簧彈力和閥座定位面的支承力平衡雙金屬片受熱彎曲產(chǎn)生的熱推力，減少了高壓下密封面壓緊力，提高了關(guān)閉系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　(4) 疏水閥在工作壓差2.0 ～ 15.0MPa，排水溫度100 ～ 340℃范圍內(nèi)可靠動作，滿足高壓蒸汽疏水閥排除凝結(jié)水和不可凝氣體、阻止蒸汽泄漏的使用要求，并有利于凝結(jié)水回收利用。

　　(5) 閥瓣和閥座采用不銹鋼材料。閥瓣經(jīng)過熱處理后磨削加工，閥座調(diào)質(zhì)加工后對密封面進行壓形，不同角度的錐面密封形成了完整的環(huán)形接觸，使關(guān)閥力集中在較窄的密封環(huán)線上，加強了密封性能。

　　(6) 閥體、閥蓋均采用鉻鉬鍛鋼制成，滿足高溫高壓下材質(zhì)性能的要求，整體結(jié)構(gòu)緊湊、合理。該疏水閥可任意角度安裝，動作靈敏、噪聲小，使用壽命長久，維修簡單。熱雙金屬片采用進口材料能保證產(chǎn)品性能，在圓環(huán)雙金屬片式疏水閥中工作壓力高，公稱壓力42. 0MPa，最高工作壓差15.0 MPa，具有較高的實用價值和可推廣性。

6、結(jié)語

　　高溫高壓圓環(huán)雙金屬片式疏水閥，滿足了蒸汽加熱系統(tǒng)集中疏水，降低了安裝成本，減少了疏水閥維護費用，以及石化行業(yè)擴能改造工程和高產(chǎn)能新項目對高參數(shù)蒸汽疏水閥的需求，提高了國產(chǎn)疏水閥的技術(shù)含量和性能參數(shù)。