CN1005358B - 排放双相流体液相的分离阀 - Google Patents

Abstract

排放双相流体液相的分离阀。它由一个阀座和一个阀组件组成，后者由杠杆的第一杠杆臂端部的浮子打开，另一杠杆臂包括一个与颈轴啮合的凸头，阀座包括一个出口，该出口位于阀壁的中心，从阀壁伸出用于引导阀杆的套筒。阀组件包括一个对着阀壁的平板面，从该端面伸出一个截头圆锥形阀针。在阀座和阀组件之间有一环状空间，该空间通过三条通道与贮存液相的液室相通。

Description

排放双相流体液相的分离阀

本发明涉及一种排放压力状态下双相流体中液相流体的分离阀，该分离阀由一个固定在液室壁上的阀座或环形阀座以及一个阀组件构成。液室可以贮存液相，并带一个通向排放区的通道。阀组件可沿由控制装置所确定的路径在开启和关闭两位置间移动。它能在关闭位置上堵住通道，控制装置根据液室内的液相面的变化情况来控制阀组件打开。

本发明是为城市供暖的蒸汽供应网而作。在最高温度约为235℃时进行配热，根据蒸汽送达位置的不同，蒸汽的有效压力在21到5巴（bar）之间。当蒸汽供应量不大，或当管路中的压力迅速上升，蒸汽达到饱和并且出现凝结水时，将它排放出去以保持蒸汽干燥是必要的。

蓄水器称为排水瓶，它的底部与分离器相连，它被置于管路的低处或均匀倾斜的长管管路中部。

这类分离器即通常的“封闭浮子”型分离器，它们包括：在一个与排水瓶相通的液室中的一个通向排气区的阀，通常还有凝结水回流管。在液室内靠压力作用位移关闭的阀会经过一个浮子的作用通过一个杠杆使其开启。当液室内的凝结水达到一定液位时，浮子就打开阀，凝结水被排进排放区，直到其液位下降，阀就关闭。

为了排出非冰凝气体，该装置通常包括恒温分离器，只要在液室中只含凝结水和蒸汽，那么它实际上与蒸汽同温，因为任何冷却都由蒸汽的凝结水来补偿。假如非冷凝物与蒸汽混合，那么液室的平均温度就由液室内处于部分压力下的蒸汽凝结水的温度确定。恒温分离器处于低温状态，并且直到非可冷凝物被排出后才开启。

回过头来再看凝结水排放阀，值得注意的是它在非常严格的条件下工作，通常它被浸在200℃以上的由纯的但高腐蚀的水组成的凝结物中，该排放阀甚至可能受到氨的污染，它以高速排放出乳化水和蒸汽，因而它受到严重的腐蚀，这是由于在阀口处凝结水的节流引起了凝结水的局部再蒸发所致。而且，当蒸汽流动量大的时候。供气网内压力下降，液室内的凝结水再蒸发，关闭的阀就暴露在干燥的活性蒸汽中。

封闭浮子分离阀通常由一个球和一个带环形口的阀座构成。该球连接在杠杆的一条臂上，杠杆的另一条臂上带有一浮子。阀座上有一环形开口，球就停留在该开口上。球与连接它的杠杆臂之间留有一定量的间隙，使球在开口上的位置能进行一定的修正。

事实上，基于要对蒸汽发生器的供水和蒸汽焓（每公吨约含2.79千兆焦耳）进行必要的处理的两个方面的原因，这些阀在密闭位置应保证第一流的密封，这是十分重要的。因为一公吨蒸汽价值60～100法国法朗。但是，目前市场上可以买到的最佳分离器每小时要损耗大约3公斤蒸汽，相当于在10巴气压下每秒损耗7毫升，或每秒损耗0.8毫升的凝结水，这还是中等的估算数。按以上估算，每年要损耗26公吨蒸汽，即每年要损失大约2000法国法朗。损失的钱差不多相当于分离器本身的价格。

分离阀在大约200℃、压力最高达20巴的环境下工作，因此很难对它们密封失灵的原因作出精确的分析。这是因为很难对处在工作状态下且尺寸很小的分离阀进行观察。为了把分离器的整体尺寸限制在合理的范围内，有必要使用设在大约20厘米长的杠杆臂端上的容积几百毫升的浮子。为使浮子能操纵处于分离液室压力作用下且紧靠出口处的阀组件，出口孔直径应小于5毫米，且阀组件到它开启位置的行程大约应为1毫米。

发明人认为普通分离阀的密封性能不理想的原因是阀组件在关闭时对阀座的冲击，凝结水在分离过程中的排放速度以及阀球与出口周缘的同心度有偏差。特别是该阀球在到达出口以完成关闭时没有精确定心，将会导致其出口周缘部分的磨损变形。

本发明的目的是提供一种蒸汽损耗量少于普通阀的十分之一即低于0.3公斤/小时（每小时0.3公斤）的分离阀。

为达此目的，本发明提供一种排放受压双相流体的液相分离阀，该分离阀由一个固定在液室壁上的阀座和一个阀组件构成，液室可以贮存液相流体，并带一个通向排放区的出口，阀组件可沿控制装置所确定的路径在开启和关闭两位置间移动，它能在关闭位置上堵住出口，控制装置根据液室内液相面的变化情况来控制阀组件打开，其特征在于控制装置由一个从阀座的阀壁伸出且与出口同心的管状套筒和阀组件构成，阀组件由一个装在套筒内，且留有滑动间隙，并对着阀壁的阀杆，一个带有从其上伸出的截头圆锥形中心阀针的平板面构成。由此，该阀组件与套筒和阀座一起确定了一个环状空间，该空间与液室通过多个通道相通，这些通道与环状空间在所说的阀座的阀壁处相贯通。采用这种结构，通过位于阀座套筒中阀杆的导向，出口内阀组件的定心就保证了一定精度。况且，圆锥状的阀针也能帮助关闭出口时做到无撞击啮合。此外，由于环状空间的存在和与液室相通的多个通道的配置，阀针在关闭时的推进得到缓冲。在开启状态，凝结水以一定的速度和与阀座面同样的高度冲出，然后被阀杆的平板面反射并沿阀针溢出。反作用在阀杆平板上产生一个与压力相反的动态力。

此外，溢出的、处在阀针和阀座壁之间的凝结水动态反作用力促使位于出口处的阀针在向前运动时对准在出口中心。

在本发明的进一步的派出发明中，位于浮子杠杆的第二杠杆臂端的凸头与阀组件阀杆的颈轴相啮合，且给颈轴留了一个可沿其自身轴移动的间隙。

这种构造使阀组件相对浮子有一定的独立性，特别是在开启和关闭阶段更是如此，浮子的位移可能产生振动分量。因而，这种构造也增大了阀在开启和关闭时的液面差。在最后关闭时，杠杆凸头对处于开启状态的阀针施力之前，阀组件的位置是自由的。最好，间隙范围值在0.1～0.8毫米之间。

在更理想的阀结构中，间隙是可调的，特别是可通过一个插在第一杠杆臂凸缘上的螺钉来高速，在关闭位置，该螺钉紧贴着阀组件后部中心，实质上是一种轴定位方式。

下面通过实施例，结合附图说明本发明的优点及一些次要特征：

图1是本文所述的现有技术封闭浮子分离器的示意图。

图2a是本发明分离阀的正视剖面图。

图2b是图2a所示分离阀的水平剖面图。

图3a是本发明带分离阀的分离器的正视剖面图。

图3b是图3a所示分离器的水平局部剖视图。

图4与图3b所示分离器近似，只是其分离阀不同的一种分离器的垂直剖面图。

图5是图4中表示的分离阀的垂直剖面图。

如图1所示的现有分离器，它由一个与未在图中表示的经通道2与排水瓶相通的液室1组成。来自增压蒸汽供应网的凝结水在排水瓶中聚焦，并经此瓶进入液室1的下部。

该分离器由一个阀构成，阀又由一个球形阀头3a和一个位于凝结水7液面以下的阀座3b构成，与阀座3b出口边缘相啮合的阀头3a受一个能对凝结水液面变化作出反应的装置操纵，该装置由一个位于第一杠杆臂5a的浮子5构成，阀头装在第二杠杆臂5b的端头，且第二杠杆臂5b与第一杠杆臂5a相垂直。

在阀3a，3b前面有一个通向排放区的导管，处于蒸汽供应网中的排放区由若干条向蒸汽发生器供凝结水的回流管路构成。

在液室1的上部开有一个排出非可凝物的出口6;该出口6通常装一恒温阀。因为凝结水7上的液室空间充满蒸汽。所以，一方面，蒸汽与凝结水处于平衡状态，另一方面与供应网处于平衡状态，因此蒸汽对供热温度必须是非常灵敏的。但是假如非可凝物如空气渗进凝结水7上面的液室空间中，它们就可能被冷却并与室壁接触。那么，恒温阀就开启，直至非可凝物被排出，以及恒温阀周围充满蒸汽为止。

显然，当液室1中的凝结水7的液面位置达到一定值时，作用在位于杠杆臂5a端的浮子5上的液压力将超过作用在位于第二杠杆臂5b端阀球3a上的力。这时阀件3a和3b开启，凝结水在液室1的压力作用下通过导管4被排出。

可以看出，假如阀件3a自由地退回相当大的距离，那么，阀球3a的前后压差不大，且浮子趋向于从凝结水7中浮起，因为有限的水压与重量互相补偿。在开启和关闭这两位置上凝结水液面的差是相当大的，这可使在一个工作阶段中能排出大量的凝结水。同样地，在阀件3a和3b关闭后一阶段，阀球〈＆＆〉受到其前后部增压差的作用，而不受对压差提供阻力的浮子上的水压的作用。因而，关闭过程是剧烈的。因为阀球3a应与阀座3b的出口同心，所以关闭过程的冲击可以引起出口孔边缘的偏心磨损，而且阀会丧失一定的密封性。

可以看到，阀球对阀座出口的自行定心意味着阀球3a与杠杆臂5b间有间隙，故几乎要求阀球是一个偏心构造的球，以便卧入阀座。

在图2a和2b中表示的本发明的实施例中，阀13作为一个整体由一个阀座13b和一个可作直线位移的阀组件13a构成。阀座13b由一个阀壁24构成，其上加工一个高精度的圆柱形出口21，该出口以一个截头圆锥形的喇叭口23朝着阀组件13a。在出口21的后面，阀座延伸下去形成扩大的供液管22，其外壁是螺纹连接22a，通过螺纹连接22a把阀座固定在分离液室的壁上，图3a中对此作进一步说明。

一个圆筒状的套筒26从阀壁24伸出，阀组件13a可以在套筒26中滑动。该套筒被一个机械切削的槽27沿纵向分开，在槽内卧进第二杠杆臂15b，它可绕横轴15c旋转。与第二杠杆臂15b垂直连接着第一杠杆臂15a，在15a的另一端装有浮子15，见图3a。

阀组件13a由一个阀杆30构成，阀杆30可在套筒26中滑动位移。该阀杆的前端部是一个平板31，从平板面31中心上伸出一个截头圆锥形阀针32，它于阀座出口21的喇叭口23密闭地互相配合。

阀针32涂有钨铬钴硬质合金涂层，喇叭口23与阀针32一起研磨。阀杆30中部有凹槽，形成颈轴33，颈轴33被平板面34和35限位。如图2所示，第二杠杆臂15b的端部呈圆凸头状，该圆凸头靠在平板34和35上，因此，杠杆臂15b，15a绕着轴15c转动，伴随着阀组件13a在套筒内位移。

阀组件13a的行程在后部受到一个开口卡环36的限制，卡环36卡在套筒26上开的槽内。显然，在装配阀时，在将阀组件13a插入套筒26以后，再将卡环36定位。

在图2a和2b中，一个环状空间40由阀座的阀壁24，套筒26的内壁，阀杆30的前板面31，以及阀针32所确定。该环状空间40靠3个通道与分离液室10相通，（如图3a中所示）。第一个通道27b是槽27延伸至阀座的阀壁24所形成的，槽27在阀座的一端切出一个圆弧27a。两个横向通道25′和25″垂直于套筒26的轴。这些通道的轴均共线且水平设置，它们与套筒26的轴相交，且位于阀座的阀壁24的平面内，构成通道25′和25″的孔恰好在套筒26的圆筒形内表面处终止，其终止锥顶位于喇叭口23的大头处外端。

显然，与环状空间40相通的通道27b，25′25″的排泄口使输入液体进入相对其径向倾斜的环状空间，并冲向阀组件13a的平板31。

现在看图3a和3b，由于图尺寸的缘故，无法将阀13的结构详细表示。从图中可看出，分离液室10呈梨形并安装在法兰盘座45上，其上装有横向法兰盘46和47。法兰盘46经通道14与排放区相通，法兰盘47经通道12通到排水瓶中。

除了阀13以及它的操作浮子15以外，还有一个恒温阀16安装在盘座45上。大致如图1所示。分离阀装在液室10的下部，以便通常浸在凝结水中。而恒温阀16安装在液室10的上部，以便通过通道14将非可凝物排放到排放区。

阀13通过浮子15来控制开启，实际上与图1中所示的操纵开启相同。而开启的幅度由于环36的存在（见图2a，2b）而受到限制。使凝结水流量不仅由阀针32和阀座13b之间的节流，而且由通道27b，25′和25″的上游方向的节流来限制。

此外，这些通道由于其呈斜度的原因会产生液流，液流在经过孔21之前，被平板31和阀针32折流回来。由折流产生的作用力与阀杆30的后端面上的油向力方向相反，该轴向力由液室10中压力产生。因此，阀13的关闭过程没有图1中的分离器那样剧烈。

而且，在套筒26中的阀组件13a的位移发生于一个最低限度的横向间隙内，喇叭口23和阀针32的同心度通过研磨来保证，阀门滑移并使阀关闭同时进行。最后来自通道25′和25″的液流在阀组件13a上的径向反作用力消失，而来自通道27b的液流产生的垂直方向的反作用力用于补偿阀组件13a的锤击趋向，这种趋向是因第二杠杆臂15b端对颈轴33上平板35的偏心作用引起的。

可以看出，本发明涉及的阀的所有结构布置将能确保在阀的关闭位置时阀组件与阀座的相对位置的重复还原性。

样机试验也表明，其供热时的损耗，在20巴压力和相应的饱和温度215℃情况下，保持低于0.3公斤/小时的预计限量。

图4和图5所示进一步的改进发明，如后面将进一步论述的那样，第二杠杆臂15b的凸头伸入颈轴33的平板34和35之间，并有相当大的间隙，该间隙大约等于阀组件13a在图中所示的关闭位置和完全打开位置之间行程的一半，该完全开启位置是指阀杆30的后板贴在卡环36上。浮子杠杆的第一杠杆臂15a包括一个向下伸出的凸缘15d，它离阀组件13a有一距离并通过其轴延长线。伸出的凸缘15d包括一个穿过标准螺钉38的内螺孔，并配有锁紧螺帽39。当阀针32闭合阀座时，这个孔与阀组件13a同轴。螺钉38的前部38a加工成圆形，以顶住阀组件阀杆30的后板。

如图5所示，当阀组件13a位于关闭位置时，第二杠杆臂15b的后侧面仍然与颈轴33的后壁35接触，间隙J被限定在螺钉38的端部和阀组件阀杆的后板之间，通过转动螺钉38来调整间隙J。

如果阀组件的整个行程保持在1～2毫米之间，实际的间隙j可以定在大约0.1～0.8毫米的范围内。其间隙应使在关位时，在第二杠杆臂15b与颈轴33的前板端面34相接触之前，螺钉38的前部38a就顶住阀组件阀杆30的后面。然后，通过螺钉38作用于阀组件阀杆的轴向力，使阀组件13a固定在其关闭位置上。

当浮子15在液室10中的凝结水上升的影响下，打开阀13a时实际上不存在间隙j，在准备打开阀组件13a时，颈轴33的后板面35与第二杠杆臂凸头部的后侧面相触而克服了所说的液室中产生的压力，因为此时螺钉38的端头38a显然已经从阀组件阀杆30的后板面离开。当阀13开始打开时，溢出的凝结水沿着图中未画出的通道，经阀组件前板面31和截头圆锥针32折流后进入槽21，这部分溢出的凝结水对前板面31上施加反向渐增的压力，此力部分补偿了凝结水对阀杆30后板面的压力。因此，浮子15浮到凝结水的表面，而浮子的第二杠杆臂15b的减小了的力使阀组件13a移动，于是阀组件13a在位于颈轴33的后板面35上的第二杠杆臂15b的作用下，完全打开。

由于凝结水通过槽14溢出，浮子15在液室10中下降。在阀组件阀杆30的后板面上的凝结水的静压力和喷在前板面31以及截头圆锥形阀针32上的凝结水产生的动压力和第二杠杆臂15b作用在阀件的颈轴33的后板面的约束力的联合影响下，而使阀件回复到关闭位置。在这期间，浮子15在凝结水表面的振动并不干扰阀组件13a顶住阀座13b的轴向力，这是因为颈轴33中的第二在杆臂15b处间隙的存在。而且，当分离器被关闭时，在供热蒸汽网中会产生压力降，在液室10中存有的凝结水就会蒸发，至少是部分蒸发，凝结水的水平面就会降至分离阀以下。众所周知用一个阀或＊头来密封蒸汽或气体要比密封液体困难得多。但是，当凝结水的水平面已下降至阀13以下时，浮子15的重量作用在第一杠杆臂15a的端部，并增加了螺钉38的端部38a对阀组件阀杆30后板面的轴向力，在此大的轴向力作用下，保证了阀座13b中阀针32的密封效果。

本发明不仅限于上述例子，而且还包括权利要求范围内的所有改进设计。

虽然仅就一种封闭式浮子分离器说明了分离阀，但它同样也可用于所谓的开式浮子分离器。这些分离器包括钟形的浮子，在钟形浮子的钟顶部开有一狭窄的排放口。在钟形浮子的下方有通向排水瓶的入口。只要蒸汽到达浮子下方，浮子就浮在凝结水上，并在杠杆的作用下推动阀门关闭。如果凝结水到达浮子，浮子就通过排放口排空蒸汽，并落下，同时打开阀门。当凝结水停止注入时，蒸汽再一次在钟形浮子内上升并关闭阀门。

本发明所涉及的阀也能用作压力空气发生器中水和油的分离器。

在图4和图5的实施例中，螺钉38也可用一个非调整件来代替，纵然这种装置需要高精度的加工。

Claims (10)

1、排放增压双相流体液相的分离阀，由阀座（13b）和一个阀组件（13a）组成，阀座（13b）固定在液室（10）的壁上，液室（10）可以贮存液相（7）并带一个通向排放区（14）的出口，阀组件（13a）沿控制装置所确定的路径在开启和关闭两位置间移动，并能在关闭位置上堵住出口，控制装置（15，15a）根据液室内液相面的变化情况来控制阀组件（13a）打开，控制装置由一个从阀座（13b）的阀壁（24）伸出且与出口（21）同心的管状套筒（26）和阀组件（13a）构成，阀组件（13a）由一个在套筒（26）内，可导向滑动，并对着阀座（13b）的阀壁（24）的阀杆，一个带有从其上伸出的截头圆锥形中心阀针（32）的平板面（31）构成，于是，该阀组件（13a）与套筒（26）和阀座（13b）一起确定了一个环状空间（40），该空间与液室（10）通过多个通道（27b，25′，25″）相连，这些通道与环状空间（40）的周边在阀壁（24）处相贯，其特征在于响应液相表面（7）液位变化的控制装置包括一个封闭的浮子（15），该浮子（15）位于一根杠杆的第一杠杆臂（15a）的一端，杠杆的第二杠杆臂（15b）的壁端是一个凸头，杠杆通过凸头与阀杆（30）的圆颈轴（33）啮合，杠杆通过套筒（26）的纵向槽（27），该槽位于套筒（26）轴线所在的平面内;

浮子（15）的第二杠杆臂（15b）端的凸头与阀组件（13a）阀杆（30）上形成的颈轴（33）相啮合，同时使阀组件沿本身轴线方向留有一自由间隔（j）;

还有调整自由间隙（j）长度的装置（15d，38，39）。

2、根据权利要求1的阀，其特征在于套筒（26）包括一个确定阀组件（13a）开启位置的后座（36）。

3、按权利要求1的阀，其特征在于：多个通道一方面包括纵向槽（27）的延伸部分（27a，27b），另一方面包括两个孔（25′，25″），两孔与和槽（27）的平面相垂直的轴径向对准，且与阀座（13b）的阀壁（24）相切地定位，所说的两个孔贯通套筒（26）的壁，且离出口（21）有一小段距离。

4、按权利要求1的阀，其特征在于自由间隔（j）是在0.1到0.4毫米之间。

5、按权利要求1的阀，其特征在于所说的用来调整自由间隙（j）长度的装置包括一个螺钉（38），该螺钉（38）装在杠杆（15a，15b）的凸缘（15d）上，螺钉沿阀组件（13a）的轴线安装，螺钉带一个螺钉头（38a），它可以顶住阀组件后部（30）的中心。

6、按权利要求1的阀，用于“封闭浮子”型分离器，其特征在于出口（21）的轴线是水平的，阀座（13b）装在液室（10）中，它低于浮子（15）打开阀组件（13a）的水平面。

7、按权利要求1的阀，其特征在于阀针（32）上复盖有钨铬钴硬质合金的涂层。

8、按权利要求1的阀，其特征在于阀针（32）和出口（23）通过研磨配合后装配。

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