CN102003618B - 一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽疏水阀，更具体地说涉及一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀。本发明包括阀体、阀座，主阀体（15）上分别设有导阀体（6）、上法兰（21），主阀体下端设有下法兰（18），主阀体（15）的内腔设有主阀座（13），导阀体（6）腔内装有倒吊桶组件（23）。主阀体（15）上腔依次设有消声套筒组件(35)、活塞套筒（12），主阀体（15）下腔设有节流套筒（16），主阀芯（14）分别穿过节流套筒（16）、消声套筒组件(35)、活塞（28）的中心孔。本发明由于采用了新型的节流套筒结构，实现了介质流量特性的调节，采用了新型的消声套筒组件，通过合理的小孔布局和开窗，提高压降比，从而起到了消声降噪的作用，因此具有工作压力高，排量大，性能稳定、寿命长、漏汽率低、节能效率高的优点。

Description

一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀

技术领域

本发明涉及一种蒸汽疏水阀，更具体地说涉及一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀。

背景技术

蒸汽作为重要的二次能源，已被广泛地应用在各行各业中，如石油、化工、纺织、医药、食品等行业。在整个蒸汽系统中，为了提高蒸汽使用的热效率，蒸汽疏水阀被大量使用。蒸汽疏水阀的作用是在蒸汽管网或蒸汽加热设备上，自动排除凝结水、空气和不可凝气体,防止蒸汽泄漏,提高热效率。蒸汽疏水阀的种类多，主要是依靠吸收介质的热量（温度）、液位、流速来作为动力实现疏水阀的功能。随着科技的发展、工业规模的扩大，工业生产呈现大排量、高参数的趋势，单凭吸收介质能量的元件（如双金属片、阀片）的无限增大，不仅无法满足工业的需求，还会增大整阀体积、增加制造难度与成本，而且元件增大也引发自身的缺陷——力的自身抵消、低压下无法工作等问题，因而在超大排量的要求下很少被采用。常用的机械型浮球式疏水阀在可能发生水击现象的系统中，会因球体的强度不足，发生塌陷，一般只适合在无水击和水击低的工作压力下使用。目前国际著名公司在大排量、超大排量要求下，一般采用先导阀的思想：应用导阀带动主阀、主阀则利用介质力来工作，从而实现大的排量。

目前使用的蒸汽疏水阀在使用过程中发现存在着一些不足之处，蒸汽疏水阀在工作过程中需要快开快关以实现排水阻汽，而介质的流量特性无法控制和调节，当介质流过阀体时，引起气蚀，并伴随着巨大的噪声，因此带来了巨大的经济损失和严重的环境噪声污染。众所周知，由于噪声对人体的健康有害，因此，需要设法限制工业装置所产生的噪声的强度。1970年，美国《职业保护和健康条例》规定了工作场所的最大允许声级：每天工作八小时的地方，声级不允许超过90dB(A)；每天工作六小时的地方，声级不允许超过92dB(A)，因此人们在进行设计时，常采用增添各式各样的套筒，调节介质的流量特性，通过提高压降比，达到消除或降低气蚀和噪声、起到消声降噪的作用，减少经济损失和严重的环境噪声污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的缺陷提供一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀，采用倒吊桶组件作为先导结构实现超大排量，结构紧凑，耐压和耐水击能力都有很大提高。通过增设节流套筒和消声套筒组件，调节介质的流量特性，起到消声降噪的作用，从而有效解决了背景技术中所述的一系列问题。

为了解决上述技术问题，本发明一种新型倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀包括阀体、阀座，在主阀体上端设有导阀体，其下端设有下法兰，在导阀体上端设有上法兰。在主阀体的内腔设有主阀座，主阀座与主阀体之间设有密封垫片，主阀体与主阀座采用螺纹连接。在主阀体的上腔依次设有消声套筒组件、活塞套筒，在活塞套筒内设有活塞,活塞槽中分别装有弹簧圈、活塞环。在主阀体的下腔设有节流套筒，主阀芯分别穿过节流套筒、消声套筒组件、活塞的中心孔,由弹簧垫圈、六角螺母紧固。在导阀体腔内装有倒吊桶组件，倒吊桶组件通过活动支点杠杆上的吊钩与吊桶组件焊接连接，其特点在于：

a、消声套筒组件设在主阀体的上腔内，其上端嵌入活塞套筒底部的凹槽内，其下端设在主阀体的凹槽内，主阀体凹槽内设有调整垫片Ⅱ；

b、节流套筒上端镶嵌在主阀体与主阀座之间形成的凹槽内，其内孔套在主阀座下端台阶外径上，节流套筒下端设有调整垫片Ⅰ与下法兰连接；

c、在导阀体内腔底部台阶孔上设有导管，在导阀体孔Ⅰ进口处装有接头Ⅰ，接头Ⅰ的另一端设有接管Ⅰ，由螺母Ⅰ连接固定，接管Ⅰ的另一端焊有引压管Ⅰ，引压管Ⅰ的另一端与主阀体孔进口处采用焊接连接；

d、上法兰上设有流孔，流孔的下端设有导阀嘴与上法兰螺纹连接，流孔的上端设有接头，接头的另一端设有接管，由螺母连接固定，接管的另一端焊有引压管，引压管的另一端焊有接管Ⅱ，接管Ⅱ的另一端与导阀体孔Ⅱ进口处设有的接头Ⅱ连接，由螺母Ⅱ连接固定，引压管与活塞腔体相通。

活塞套筒底部两侧对称设有流孔,活塞下端设有小孔，小孔内设有泄流螺栓，泄流螺栓中间为通孔。消声套筒组件由内层节流板、外层小孔喷注板组成，在内层节流板和外层小孔喷注板之间分别设有上隔板、下隔板。所述内层节流板上设有呈正三角形排列圆孔，所述外层小孔喷注板上设有呈三角形排列小孔。所述节流套筒上部均设有开窗，其下部均设有圆孔。所述弹簧座底端均设有通流孔。

消声套筒组件（35）的通流截面积可按以下公式计算：

                                                 

式中：S ₁ —节流降压第一级通流面积，cm²；

      C—不同介质的修正系数, 过热蒸汽，C为13.4；对饱和蒸汽，C为14；

  μ—保证气流流量的截面修正系数，通常取1.2～2；

   G—蒸汽流量，t/h；

   V ₁ —节流前蒸汽比容，m³/㎏；

   P ₁ —节流前蒸汽压力，㎏/㎝²

第一级通流面积确定后，其余各级通流面积可按与比容成正比的关系确定，简化计算式为：

                 

所述节流套筒（16），安装流量特性为等百分比, 节流套筒（16）的开窗面积随主阀芯（14）行程的分布规律按下式确定：

式中：S _总 –开窗总面积，mm²；

     α– 对应阀的行程，mm；

      L - 对应阀的行程的总行程，mm；

       △P _R -阀上压降，Mpa

其中:

式中：G—流过阀的流体重量流量，kg/s； 

γ—流过阀的介质重度，kg/m

本发明的有益效果是：通过采用倒吊桶作为先导结构，能够承受较大压力，不仅实现超大排量，结构紧凑，而且由于不依靠吸收介质的热量作为动力源，受外界环境因素较小，阀的工作性能稳定，安全因素得到很大的提高，耐压和耐水击能力也都有很大提高。因此，倒吊桶可调先导超大排量疏水阀具有工作压力高，排量大，性能稳定、寿命长、漏汽率低、节能效率高等优点。采用了新型的节流套筒结构，实现了介质流量特性的调节，使得蒸汽疏水阀的工作性能稳定。采用了新型的消声套筒组件，通过合理的小孔布局和开孔大小，提高压降比 ，从而起到了消声降噪的作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明一种新型倒吊筒可调先导超大排量蒸汽疏水阀的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1中Ａ处放大图；

图5为图1中节流套筒16的结构示意图；

图6为图5的展开图；

图7为图4中内层节流板43的展开图；

图8为图4中外层小孔喷注板44的展开图。

具体实施方式

在图1、2、3、4、5、6、7、8中：主阀体15为水平直通式，主阀体15上端设有导阀体6，其下端设有下法兰18，下法兰18与主阀体15下端之间装有密封垫33，采用弹簧垫圈19、六角螺栓20连接紧固。主阀体15上端与导阀体6下端之间装有密封垫25，采用弹簧垫圈7、双头螺栓8连接，六角螺母9紧固。导阀体6上端设有上法兰21，上法兰21与导阀体6的上端之间装有密封垫4，采用弹簧垫圈2、六角螺栓3连接紧固。导阀体6内腔底部台阶孔内设有导管5，导管5在倒吊桶组件23内。上法兰21上设有通孔，通孔的下端设有导阀嘴22与上法兰21采用螺纹连接，固定架由开槽沉头螺钉固定连接在上法兰21上，固定架上对称焊有挂钩，活动支点杠杆一端对称的挂钩孔中分别挂有挂钩，活动支点杠杆中部的阀芯与导阀嘴22吻合，在导阀体6腔内装有倒吊桶组件23，倒吊桶组件23通过活动支点杠杆61另一端孔中的吊钩与倒吊桶组件23焊接连接，其作用是：控制导阀座22的启闭。在导阀体孔Ⅰ 46进口处设有接头Ⅰ 36，接头Ⅰ 36的另一端设有接管Ⅰ 38，由螺母Ⅰ 37连接固定，接管Ⅰ 38的另一端焊有引压管Ⅰ 47，引压管Ⅰ 47的另一端与主阀体孔48进口处采用焊接连接。通孔上端设有接头1，接头1的另一端设有接管39，由螺母40连接固定，接管39的另一端焊有引压管51，引压管51的另一端设有接管Ⅱ 62，接管Ⅱ 62的另一端与导阀体孔Ⅱ 52进口处设有的接头Ⅱ 53连接，由螺母Ⅱ 54连接固定。引压管51与活塞28腔体相通。主阀体15的内腔设有主阀座13，主阀座13与主阀体15之间设有密封垫30，主阀座13与主阀体15之间采用螺纹连接。在主阀座13的上腔依次设有消声套筒组件35、活塞套筒12, 活塞套筒12内设有活塞28,活塞槽中分别装有弹簧圈11、活塞环10，在主阀座13的下腔设有节流套筒16，主阀芯14分别穿过节流套筒16、消声套筒组件35、活塞28的中心孔, 活塞28与主阀芯14上部的凸台之间设有调整垫片29，主阀芯14由弹簧垫圈26、六角螺母27紧固，并在主阀芯14上端开有销孔，销孔中装有开口销24固定六角螺母27，防止六角螺母27松动，造成活塞28摆动，影响活塞28与活塞套筒12之间的密封。活塞28上设有小孔56，小孔56上端装有密封垫片41，小孔56孔内装有泄流螺栓42，泄流螺栓42中间为通孔，将活塞28的内腔与活塞套筒12下腔连通，其作用是：用于排冷空气、蒸汽、冷凝水。活塞套筒12底部两侧对称设有流孔55，其作用是：可以避免与来流介质相冲突。主阀体15的下腔设有节流套筒16，节流套筒16上端镶嵌在主阀体15与主阀座13之间形成的凹槽内，其内孔套在主阀座13下端台阶外径上，在主阀座13和主阀体15之间被压紧。在节流套筒16内孔的主阀芯14下端装有回复弹簧31，回复弹簧31内径装有弹簧座17，弹簧座17底端均布四个通流孔60，其作用是：将介质压力引入到主阀芯14阀杆下端。节流套筒16下端设有调整垫片Ⅰ 32与下法兰18连接，节流套筒16的作用是：防止流速过快，调整压力降过大。

节流套筒16，安装流量特性为等百分比, 这样可以使得流量对于行程的变化在主阀芯14接近主阀座13时相对较小，而主阀芯14几乎全开时相对较大。因此在主阀芯14的行程范围下限部分会提供精确的调节式控制，而随着主阀芯14渐渐接近全开位置，就会快速增加流通能力，节流套筒16上开窗59的面积随主阀芯14行程的分布规律按下式确定：

式中：S _总 —开窗总面积，mm²；

       α—对应阀的行程，mm；

       L—对应阀的行程的总行程，mm；

       △P _R —阀上压降，Mpa；

其中:

式中：G—流过阀的流体重量流量，kg/s； 

γ—流过阀的介质重度，kg/m

节流套筒16的开窗数通常取偶数，以利于流体的静压压力在节流套筒中相互冲击而抵消，减小噪音及振动，本发明中的节流套筒16上部均设有8个开窗59，开窗59下部均设有圆孔58，圆孔58可采用钻孔的方式实施，按三角形均匀排列，其作用是：通过圆孔58将介质压力引入主阀芯14的下端，平衡主阀芯14上部分介质压力。

消声套筒组件35设在主阀体15的上阀腔内，其上端嵌入活塞套筒12底部的凹槽内，其下端设在主阀体15的凹槽内，主阀体15凹槽内设有调整垫片Ⅱ 34。消声套筒组件35由内层节流板43、外层小孔喷注板44组成，在内层节流板43上呈三角形分布12个圆孔49，其直径为8mm，分布在两条平行直线和六条间距相同的平行斜线的交点处。外层小孔喷注板44上均布小孔50，其直径为2mm，同样分布在间距相同的平行直线和间距相同的平行斜线的交点处。在内层节流板43和外层小孔喷注板44之间分别焊有上隔板57、下隔板45。消声套筒组件35的通流截面积可按以下公式计算：

                             

式中：  P ₁ —节流前蒸汽压力，㎏/㎝²；

             q—压强比，各级压强比取值要相等且不大于1，对于过热蒸汽取值为0.546；对于饱和蒸汽则为0.577；

        n—节流降压级数。

在通常情况，各级节流层的压强选择为等比级数下降，上式可变形得：

         

由汽流流量G，节流前蒸汽压力P₁、比容V，计算消声套筒组件35的第一级通流截面积，关系式如下：

         

 

式中：S₁—节流降压第一级通流面积，cm²；

           C—不同介质的修正系数, 过热蒸汽，C为13.4：对饱和蒸汽，C为14；

      μ—保证气流流量的截面修正系数，通常取1.2～2；

       G—蒸汽流量，t/h；

      V₁—节流前蒸汽比容，m³/㎏；

       P₁—节流前蒸汽压力，㎏/cm²。

第一级通流面积为：内层节流板43上呈正三角形分布12个圆孔49的总面积。

第一级通流面积确定后，其余各级通流面积可按与比容成正比的关系确定，简化计算式为：

       

综上所述，由于蒸汽疏水阀的介质不完全是饱和蒸汽和过热蒸汽，同时为了不使主阀体15的体积过大，则将计算所得的通流面积作为参考，具体可通过实际情况将每一级的通流面积取为上一级通流面积的1.2-1.5倍左右。对于消声套筒组件35，孔径以不超过10毫米为宜，其次根据节流孔径应逐级减小的原则，孔间距取孔径的5倍左右，以避免蒸汽扩散后再汇合成大的喷注而产生混合喷注噪声。为了使各级之间达到最大的压降，同时为避免上一级汽流中产生二次噪声通过下一级小孔传播出去，因此每级节流孔后要有一个足够大的扩容腔，相邻两层节流孔板的间距根据阀体尽可能取最大，以保证消声节流件的安全。由通流截面和孔径的大小可以确定孔数，再由孔数、孔间距、孔的分布情况（本发明中孔的分布按三角形排列）以及主阀体15的结构、大小尺寸等设计套筒式节流降压消声器的结构。

节流降压消声量可由下式计算：

                        

式中：P₁—节流件入口压力,Pa；

P₀—环境压力,Pa；

n—节流降压级数；

a—修正系数，其试验值为0.9±0.2；压力较高时，a取偏低数值， 压力较低时，a取偏高数值。

其上述技术方案，采用了以倒吊桶为先导，通过活塞28带动主阀芯14，实现了耐高压、大排量； 采用了新型的节流套筒16，实现了安装流量特性为等百分比型；采用了新型的消声套筒组件35，通过合理的小孔布局和开孔直径，提高压降比 ，从而起到了消声降噪的作用。 

本发明的工作原理是这样的：

当主阀体15腔体内充满蒸汽时，蒸汽通过主阀体孔48，经引压管Ⅰ 47、导管5，进入倒吊桶组件23腔内，倒吊桶组件23受蒸汽的作用力向上运动并逐渐关闭导阀嘴22，这时流经引压管51进入到活塞28空腔内的蒸汽减少，同时活塞28腔内的蒸汽也通过活塞28上的泄流螺栓42中间的通孔排出，使得活塞28腔内的压力逐步降低，此时活塞28在回复弹簧31的弹簧力以及主阀芯14下端介质力的双重作用力向上运动，并带动主阀芯14关闭主阀座13，从而起到了阻止蒸汽排出的作用。当主阀体15腔体内充满冷空气时，冷空气经过引压管47进入导阀体6腔内，此时倒吊桶组件23向下运动，导阀嘴22处于打开状态，冷空气经过引压管51、导阀体孔Ⅱ 52，进入到活塞腔后，再经活塞28上泄流螺栓42中间的通孔排出，从而起到排冷空气的作用。当管路中的冷凝水流入蒸汽疏水阀时，冷凝水通过引压管Ⅰ 47进入导阀体6腔内，此时导阀嘴22在倒吊桶组件23的作用下处于打开状态，冷凝水流经引压管51流入活塞28上腔，由于活塞28的横截面积大于主阀芯14的横截面积，因此在相同的介质压力下，活塞28腔内产生的向下介质力大于主阀芯14产生的向上介质力以及回复弹簧31被压缩的力的合力，这时主阀芯14向下移动，离开主阀座13，流道开启，冷凝水排出。冷凝水即将排完时，主阀体15腔内又重新充满蒸汽，使得倒吊桶组件23充满蒸汽从而关闭导阀嘴22，由于活塞28上泄流螺栓42的存在，活塞28上腔的水不会马上排净，即主阀芯14不会迅速关闭，从而避免了主阀芯14与主阀座13的猛烈撞击，这不仅实现了排冷凝水的功能而且可以保护主阀芯14的密封面。

Claims (8)

1.一种倒吊桶可调先导超大排量蒸汽疏水阀，包括阀体、阀座，在主阀体（15）上端设有导阀体（6），其下端设有下法兰（18），在导阀体（6）上端设有上法兰（21）；在主阀体（15）的内腔设有主阀座（13），主阀座（13）与主阀体（15）之间设有密封垫片（30），主阀体（15）与主阀座（13）采用螺纹连接；主阀体（15）的上腔依次设有消声套筒组件(35)、活塞套筒（12），活塞套筒（12）内设有活塞（28）,活塞槽中分别装有弹簧圈（11）、活塞环（10）；主阀体（15）的下腔设有节流套筒（16），主阀芯（14）分别穿过节流套筒（16）、消声套筒组件(35)、活塞（28）的中心孔,由弹簧垫圈（26）、六角螺母（27）紧固；在导阀体（6）腔内装有倒吊桶组件（23），活动支点杠杆（61）上的吊钩与倒吊桶组件（23）焊接连接，在其特征在于：

a、消声套筒组件(35)设在主阀体(15)的上腔内，其上端嵌入活塞套筒(12)底部的凹槽内，其下端设在主阀体(15)的凹槽内，主阀体(15)凹槽内设有调整垫片Ⅱ(34)；

b、节流套筒（16）上端镶嵌在主阀体(15)与主阀座（13）之间形成的凹槽内，其内孔套在主阀座（13）下端台阶外径上，节流套筒（16）下端设有调整垫片Ⅰ（32）与下法兰（18）连接；

c、在导阀体（6）内腔底部台阶孔上设有导管（5），在导阀体孔Ⅰ（46）进口处设有接头Ⅰ（36），接头Ⅰ（36）的另一端设有接管Ⅰ（38），由螺母Ⅰ（37）连接固定，接管Ⅰ（38）的另一端焊有引压管Ⅰ（47），引压管Ⅰ（47）的另一端与主阀体孔（48）进口处采用焊接连接；

d、上法兰（21）上设有流孔，流孔的下端设有导阀嘴（22）与上法兰（21）螺纹连接，流孔的上端设有接头（1），接头（1）的另一端设有接管（39），由螺母（40）连接固定，接管（39）的另一端焊有引压管（51），引压管（51）的另一端焊有接管Ⅱ（62），接管Ⅱ（62）的另一端与导阀体孔Ⅱ（52）进口处设有的接头Ⅱ（53）连接，由螺母Ⅱ（54）连接固定，引压管（51）与活塞（28）腔体相通。

2.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：活塞套筒（12）底部两侧对称设有流孔（55）。

3.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：活塞（28）下端设有小孔（56），小孔（56）内设有泄流螺栓（42），泄流螺栓中间（42）为通孔。

4.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：消声套筒组件(35)由内层节流板（43）、外层小孔喷注板（44）组成，在内层节流板（43）和外层小孔喷注板（44）之间分别设有上隔板（57）、下隔板（45）。

5.根据权利要求4所述的蒸汽疏水阀，其特征在于:所述内层节流板（43）上设有呈正三角形排列圆孔（49），所述外层小孔喷注板（44）上设有呈三角形排列小孔（50）。

6.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：所述节流套筒（16）上部均设有开窗（59），其下部均设有圆孔（58）。

7.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：消声套筒组件（35）的通流截面积可按以下公式计算：

$S_1=\mathrm{C\μG}\sqrt{\frac{V_1}{P_1}}$

式中：S₁—节流降压第一级通流面积，cm²；

C—不同介质的修正系数,过热蒸汽，C为13.4；对饱和蒸汽，C为14；

μ—保证气流流量的截面修正系数，通常取1.2～2；

G—蒸汽流量，t/h；

V₁—节流前蒸汽比容，m³/kg；

P₁—节流前蒸汽压力，kg/cm²

第一级通流面积确定后，其余各级通流面积可按与比容成正比的关系确定，简化计算式为：

$S_n=\frac{S_1}{q^{n-1}}$

式中：ｑ—压强比，各级压强比取值要相等且不大于1，对于过热蒸汽取值为0.546；对于饱和蒸汽则为0.577；

n—节流降压级数。

8.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀，其特征在于：所述节流套筒（16），安装流量特性为等百分比,节流套筒（16）的开窗面积随主阀芯（14）行程的分布规律按下式确定：

式中：S_总-开窗总面积，mm²；

α-对应阀的行程，mm；

L-对应阀的行程的总行程，mm；

ΔP_R-阀上压降，Mpa

其中:

式中：G—流过阀的流体重量流量，kg/s；

γ—流过阀的介质重度，kg/m。

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