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阿姆斯壮各种蒸汽疏水阀的工作原理

美国阿姆斯壮阀门中国办事处  Armstrong Valves 阿姆斯壮阀门 阿姆斯壮疏水阀     当蒸汽冷凝时,它会释放出汽化的能量(潜热能)而形成冷凝水。冷凝水只含有饱和温度下水所含有的能量(显热能)。但是为了确保蒸汽系统中维持最大的热传导效率,此冷凝水必须排出系统之外,另外从锅炉中产生的一些不凝性气体和空气以及蒸汽系统起动时管道内的空气也必须排出蒸汽系统,但同时必须保留有用的蒸汽,这些功能就是由一种自动装置—蒸汽疏水阀来完成。


蒸汽疏水阀有各种不同的疏水方式,有些是感应密度的变化(如机械式)而动作,有些是感应温度的变化而动作排放,而有些是受通过它们的热态冷凝水本身的静压及动压之变化而感应开关的。目前疏水阀在世界范围内,按工作原理划分,主要有三大类


1、机械型蒸汽疏水阀:利用冷凝水与蒸汽之间的密度差来操作的。


机械类疏水阀的第一大类是浮球式疏水阀,目前国际上主导的产品为连杆式浮球疏水阀,其工作原理如图1所示。疏水阀除了排水阻汽功能外,要求具有良好的排空气性能,所有的斯派莎克浮球式蒸汽疏水阀均带有热静力派空气装置TV,作为标准配置。有些疏水阀除了排空气装置以外,还带有蒸汽汽锁释放装置,主要应用于发生蒸汽堵塞冷凝水无法到达疏水阀的场合即所谓的蒸汽汽锁情况,如使用虹吸管排除冷凝水(旋转滚筒设备)或疏水阀前有一段长管道时。


浮球式蒸汽疏水阀在冷凝水产生后立刻排出冷凝水,能够根据压力和负载的变化迅速排出大量的冷凝水,当对于其它类型的同口径疏水阀排量大,因此它最适合于换热要求高、设备不允许积水的各种换热设备以及带自动温度控制的设备的最佳选择。同时该类型的疏水阀出口总是浸没在冷凝水中,具有真正意义上排水阻汽的功能。


1. 在起机阶段,热静力排空 装置(TV)可排出空气,否则空气积聚在疏水阀内会引起气锁。


2.当冷凝水到达疏水阀,浮球升起,阀门打开,热的冷凝水使排气阀关闭。冷凝水以饱和温度排出。


3.当所有的冷凝水被排出后,蒸汽进入疏水阀。此时浮球下降,阀门关闭。阀芯总是低于水位的,以防直接蒸汽泄漏。


机械式疏水阀的另外一种主要形式为倒吊桶疏水阀,其工作过程如图2所示。倒吊桶疏水阀可以使用于高压的应用。倒吊桶中的空气如不排除就会阻碍疏水阀的正常工作,而倒吊桶疏水阀的排气非常缓慢,所以对于大量空气存在的场合就需要单独的热静力排空气阀,否则会造成设备积水,影响传热效率。因此通常建议安装单独的排空气阀以保证设备迅速有效的起动。很多倒吊桶疏水阀需要配置一个止回阀以防止在压力突然变化或过热时失去水封(闪蒸现象)。   


水封是保证倒吊桶疏水阀避免泄漏蒸汽的关键之一。倒吊桶疏水阀同样在蒸汽的饱和温度下排放冷凝水。


所有的机械式蒸汽疏水阀在疏水阀关闭以后,阀体内存有一定的冷凝水,因此这种疏水阀可能会受到冷冻的危害,如果安装在低温的室外环境中,阀体需要保温。


1. 冷凝水到达疏水阀 并在内部形成水封。倒吊桶自身的重量使阀门打开,冷凝水便沿着倒吊桶排出。


2. 蒸汽进入吊桶内, 产生浮力使吊桶升 起,阀门关闭。


3. 倒吊桶内部的蒸汽 不断冷却并从排气孔中溢出,同时冷凝水进入倒吊桶,阀门再次打开,整个工作循环不断。


4. 倒吊桶内的排气 孔不断将空气排出至疏水阀顶部,由于排气孔很小,排气比较缓慢,因此常会需要安装单独的排气阀。


2、热静力式蒸汽疏水阀


热静力式蒸汽疏水阀根据蒸汽和过冷态冷凝水或空气/蒸汽混合物之间的温度差来工作。它可用于允许过冷冷凝水存在的设备,可利用冷凝水中的显热能。


为压力平衡式热静力蒸汽疏水阀的工作过程,这种疏水阀有一个填充液体的不锈钢密封囊,其填充液体的蒸发温度低于饱和蒸汽温度。选择不同的填充液体,冷凝水的排放温度不同,一般低于蒸汽饱和温度5-10度。压力平衡式疏水阀可根据压力变化进行自动调节,其排水温度保持与饱和温度曲线一起变化。同时该疏水阀在冷态时是常开的,排空气性能好。


1. 起机时,密封囊是冷的,阀门完全打开,冷的空气和冷凝水由疏水阀排出。


2. 当冷凝水温度接近蒸汽饱和温度,填充液体蒸发,产生的压力作用于膜片上,克服压力,在蒸汽进入疏水阀前推动阀芯靠近阀座,关闭阀门。


3. 冷凝水冷却至低于或接近于蒸汽饱和温度的设定温度,密封囊中的压力下降,阀再次打开,排放出冷凝水。


双金属蒸汽疏水阀的工作原理是众所周知的双金属片的感温特性来工作。其工作过程如图4所示。双金属的工作曲线近于蒸汽饱和曲线,双金属疏水阀一般低于蒸汽饱和温度25-30度时排放冷凝水以充分利用冷凝水中的显热。双金属疏水阀容易受背压大小的影响,背压增大将降低排放温度,增加了设备的积水量。

1. 起机阶段阀门是打开的,冷凝水和空气迅速排放。


2. 热的冷凝水通过疏水阀,双金属片组被加热后膨胀,推动阀芯靠近阀座。当冷凝水排放温度接近蒸汽温度时,阀门关闭。


3. 冷凝水冷却,双金属片组收缩,阀门再次打开,又排放冷凝水。工作不断循环。


热静力蒸汽疏水阀的优点在于:体积小,重量轻,同时有较大的冷凝水排量,冷态时完全打开,排空气性能好,安装于室外不会受到冰冻损坏,耐水锤、腐蚀。是伴热以及非关键蒸汽设备的理想选择。


热静力蒸汽疏水阀的缺点在于:低于蒸汽饱和温度排放冷凝水,因此不能用于要求立即排放冷凝水的加热设备,为了避免换热设备的积水,热静力疏水阀前必须安装1-2米的冷却管。双金属式疏水阀对温度变化的反应相对较慢。

3、热动力蒸汽疏水阀(圆盘式蒸汽疏水阀)


热动力蒸汽疏水阀(在国内又称为圆盘式疏水阀)由于其结构紧凑、原理简单、工作可靠等特点在国内外被广泛使用,甚至达到被“滥用”的程度。热动力疏水阀的工作原理如下图所示。它是根据低速冷凝水与高速闪蒸蒸汽之间的“动力”压差来工作,整个工作过程只有一个活动部件 – 不锈钢碟片,它具有良好的关紧力并可以防止冷凝水回流回设备,确保设备的最大工作效率。


由于热动力蒸汽疏水阀的工作原理要求进入疏水阀的压力不低于一定的值,同时疏水阀的背压一般不能高于进口压力的50%,否则疏水阀将不能正常工作。另外,热动力疏水阀为间歇式排放。因此,热动力疏水阀一般不能使用于对加热效率高同时带有温度控制设备的换热器的应用。热动力疏水阀一般应用于定压系统的冷凝水排放,如蒸汽主管道、伴热管线、压烫机等的应用。


热动力疏水阀在关闭过程中,阀芯和阀座之间有强烈的冲击,如果阀芯和阀座的材质选择不当、加工处理不合理,很容易造成阀芯和阀座的磨损,大大降低疏水阀的使用寿命。斯派莎克的热动力疏水阀的阀芯和阀座采用特殊的材质并经过严格的热处理,同时在具有独特的三孔式冷凝水出口,确保碟片在关闭过程的平稳工作,避免不均匀磨损,提高使用寿命。


总的来说,热动力疏水阀具有体积小、重量轻,自动运行于其工作压力范围,无须调节,可用于高压和过热系统中,不受水锤和冰冻的损坏,可任意方向安装,仅有一个运动部件,使用寿命长,维修简单,可广泛使用于定压的冷凝水排放。


热动力疏水阀的确定在于无法用于过低进口压力或过高背压的场合,排空气性能较差,但使用带防气阻碟片可有效排除空气。


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