杠杆浮球式蒸汽疏水阀的原理分析与结构改进*

吴 健，张 弛

(杭州职业技术学院，浙江 杭州 310018)

蒸汽疏水阀是一种能自动地排除蒸汽使用设备和蒸汽管道中的凝结水、空气及其它不可凝结的气体，并防止蒸汽泄漏的自动阀门，使设备在短时间内实现正常运转，以确保设备处于最高的加热效率。一旦蒸汽疏水阀不能充分的发挥作用，由于凝结水的滞留，不仅蒸汽使用设备的性能受到很大的影响，有时甚至使生产设备完全陷于瘫痪。疏水阀虽然是蒸汽系统中微不足道的部分，但对整个蒸汽系统的节能起着至关重要的作用。合理的疏水阀选型是用汽设备正常生产的保证，更是化工企业有效节约生产成本与能源的保障[1-2]。

1 杠杆浮球式蒸汽疏水阀的结构及工作原理[3-4]

杠杆浮球式蒸汽疏水阀结构由阀体、浮球、感温组件、疏水组件等组成，见图1。

图1 杠杆浮球式疏水阀结构Fig.1 Lever float trap valve structure

1.1 阀口A温控组件结构

图2为温控组件结构图，由感温组件、感温组件壳体、阀芯组件组成。

图2 阀口A温控组件结构图Fig.2 Structure diagram of valve port A temperature control component

1.2 疏水阀主要工作过程[5-6]

当设备刚启动时，疏水阀是凉的，感温组件收缩，阀口A开放，连续排放出初始空气，实现快速启动。如图3(a)所示。

当冷凝水进入疏水阀时，空气从阀口A排出，杠杆浮球随冷凝水液位上升，双阀座设计能使冷凝水从阀口(B)迅速排出，如图3(b)所示。

当热凝水及蒸汽进入疏水阀时，阀体内感温组体受热膨胀，带动阀芯组件关闭阀口(A)，杠杆浮球随凝结水液位调节阀口(B)，排出热凝水，如图3(c)所示。

当凝结水停止进入疏水阀时，杠杆浮球随液位下降关闭阀口(B)，由于阀口(B)总是在凝结水液位以下，形成水封，无蒸汽泄漏，如图3(d)所示。

图3 杠杆浮球式蒸汽疏水阀工作过程Fig.3 Working process of lever float steam trap valve

2 杠杆浮球式蒸汽疏水阀关键结构

杠杆浮球式疏水阀主要组件由蒸汽控制温控组件和冷凝水排出组件组成。

2.1 蒸汽控制温控组件

疏水阀刚启动时，自动排空气装置处于开启状态，迅速排除系统中的不凝结气体。当蒸汽和热凝结水进入时，阀腔内温度随之升高，自动排空气装置内的感温组件随之膨胀，产生位移，驱使阀芯组件(图2中5-3，5-4，5-5)产生位移，进而关闭排空气装置。

图4 疏水阀温控组件工作示意图Fig.4 Working diagram of trap valve temperature control module

其感温组件是使用双金属片。双金属是由受热膨胀程度差异较大的两种金属薄板粘合在一起制成的。所以温度一旦发生变化，热膨胀系数大的金属片比热膨胀系数小的金属伸缩较大，使这种粘合金属薄板产生较大的弯曲，如图4所示。

2.2 冷凝水排出组件

如图1所示，冷凝水进入阀体后，此时阀腔内的浮球随水位的变化而自动升降，带动杠杆调节阀座孔的开度，连续排放凝结水。当凝结水停止进入阀腔时，浮球靠自重随水位下降，驱使杠杆带动阀瓣关闭阀座孔。由于阀座孔设在凝结水水位以下，形成水封，保证该阀在工作时，可达到无新鲜蒸汽泄漏。

3 杠杆浮球式疏水阀局部优化方案[7]

由于杠杆浮球式疏水阀在结构上存在一些问题，使得该产品在投运时其工作性能的发挥受到限制，主要问题如下：

(1)工作时该疏水阀阀体内存有大量冷凝液，当设备不工作时，冷凝液会对阀体内零部件造成腐蚀，而其本身结构也无法实现将冷凝水全部排出，除非完全从管道上拆卸下来。所以，有必要对其阀体结构进行重新设计，形成冷凝液可以及时排除的装置。

图5 疏水阀阀体泄水装置Fig.5 Drain device for trap valve body

(2)阀口(B)以及对应的阀芯阀和座设计存在不合理，一方面这种结构密封不良，易于泄漏蒸汽，另一方面阀芯为球形结构，在阀芯旋转一定角度后与阀座接触，实现密封，但这种密封结构明显存在缺陷。现改为弹簧式密封结构，基于热胀冷缩的原理，弹簧可以根据温度的变化做出反应，这样更易于密封。

(3)由于进入疏水阀的水质不清楚，可能含有大量的杂质，而本阀没有过滤装置，因此需要在进水阀口前设计滤网装置。

4 结 论

蒸汽供热系统在我国能源消耗中占有很大比例，因此回收凝结水对蒸汽系统节能环保有着十分重要的工程价值和意义。疏水阀虽然是蒸汽系统中的很小的部件，但却对整个蒸汽系统的能源消耗起着至关重要的作用。只有充分认识其结构，在现有的基础上进行优化，才能更大发挥其应有的作用。