杠杆浮球式蒸汽疏水阀的设计

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The Design of Lever-Ball Float Steam TrapXIA Juan(Armstrong Steam And Condensate Group(China)Co.，Ltd，Beijing 102629，China)Abstract：Introduces the working principle of the lever-ball float steam trap，discusses the design of im-portant parts and special structure。

Key words：steam trap；lever-ball float；structure1 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 OC，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-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 球墨铸铁 ASTM A395设计压力 1.6 MPa最大排量 1 200 kg/h设计温度 300 oC工作压差 0.45 MPa、1 MPa、1.4 MPa连接方式 螺纹和法兰连接3 工作原理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∠低的系统压力强迫空气通过热静力排气阀排出∮着冷的凝结水随着空气进入作者简介：夏娟(1983-)，女，工程师，从事于阀门的设计和研发工作。

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.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 I 新型杠杆浮球式蒸汽疏水阀4 设计计算4.I 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- - ，-- 阀 门 2013年第3期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 P。([P]≥P )。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6 ，壁厚系数 A为A0.125/(R/6 ) (1)式中 R--浮球的外半径，mm(2)疏水阀浮球的材料为304SS，根据图2找出系数 A(中问温度值用内插法)和系数 B，则许用外压力P]为lP J8/(R/8。) (2)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[P]0.083×3E/( 6 ) (3)式中 E--设计温度下材料的弹性模量，MPa(3)将许用压力 [P]与设计压力 P比较，若P<<[P]，则适当减小 6 ，重复式(1)～(3)计算。

若 P≥[P]，则需要增大6。，重复式(1)～(3)计算，直至P≤[P]且接近[P]，从而确定有效壁厚6 。

图2 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图(0Crl8Ni9钢)(4)为了保证浮球的稳定性，延长使用寿命，浮 克服作用在阀孔上的蒸汽压力 力矩以及 自身的球的实际壁厚值 6为有效壁厚 与厚度附加量 C 重力 力矩(图3)。即之和。耳p F1×Ll≥叼(F2×L2F3×L3)66 C (4) 式中 F --浮球产生的浮力，N式中 厚度附加量(CClC2)，mm F p p×47r/3(D/2)C --钢材厚度负偏差，min p--对应饱和温度下冷凝水的密度，kg/m。

C2--腐蚀裕量，mm D--浮球的直径，toni对于厚度附加量，相关的标准已有规定。①当 --杠杆组件 (浮球、杠杆和阀瓣 )的重钢材的厚度负偏差不大于 0.25mm，且不超过名义 力。N厚度的6%时，负偏差可忽略不计。②介质为压缩 --蒸汽压力，N空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀 ：PS：PTr/4d，裕量不小于 1mm。③对于腐蚀或磨损的元件，应根 阀嘴流道的直径，1TnTI据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确 L.--浮球浮力到支点的距离，mm定腐蚀裕量。④若容器各元件受到的腐蚀程度不同 L，--杠杆组件重力到支点的距离，toni时，可采用不同的腐蚀裕量。 厶--蒸汽压力到支点的距离，mnl4.2 浮力平衡条件 --安全系数根据浮力平衡条件，为了使阀瓣提起离开阀座， 为了保证压力平衡条件，阀嘴直径大，排量大，保证冷凝水流过阀孔，浮球产生的浮力 F 力矩必须 工作压力就低，阀嘴直径小，排量小，工作压力就高。

2013年第3期 阀 门 --j--在阀嘴直径与工作压力之间寻找-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。

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-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 XL1≥7(F2×L2F3 XL3F)式中 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。沉积污物可弄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∩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