靳海斌，鐘天煒

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司，湖南湘潭 411100）

1 傳統(tǒng)管道冷凝水疏水閥

1.1 熱動(dòng)力圓盤(pán)式疏水閥

它是根據(jù)利用蒸汽和冷凝水的不同熱力學(xué)特性，使疏水閥內(nèi)部的閥片根據(jù)壓差實(shí)現(xiàn)閥片的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到排水阻氣的功能。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 熱動(dòng)力圓盤(pán)式疏水閥內(nèi)部圖

疏水閥的閥片，不僅是起到熱傳感作用，同時(shí)又起到排水開(kāi)關(guān)的作用。當(dāng)管道內(nèi)出現(xiàn)冷凝水時(shí)，管道內(nèi)工作壓力上升，閥片迅速打開(kāi)，從而將冷凝水排出管道。當(dāng)冷凝水排放后，蒸汽進(jìn)入閥內(nèi)，其體積迅速膨脹，由于流速比冷凝水快，使閥片上下產(chǎn)生壓差，在蒸汽流速的帶動(dòng)下迅速關(guān)閉。當(dāng)閥片關(guān)閉后，閥片受到雙側(cè)擠壓，因閥內(nèi)的壓力等于蒸汽壓力，所以閥片上面受力大于下面，從而實(shí)現(xiàn)可靠關(guān)閉。

該疏水閥由于是熱傳感元件動(dòng)作，只適用于蒸汽管道，不適用壓縮空氣管道排水。

1.2 傳統(tǒng)浮球式疏水器

此種疏水閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，見(jiàn)圖2，只有一個(gè)可以活動(dòng)的不銹鋼空心浮球，不僅是浮子又是閥板。

圖2 傳統(tǒng)式浮球疏水閥結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)阿基米德原理，不銹鋼浮球根據(jù)內(nèi)部積存的液體實(shí)現(xiàn)升降，從而起到排水和阻氣的作用。首先要先將疏水閥內(nèi)的余氣排出，利用疏水閥頂部的放氣閥打開(kāi)放氣，此時(shí)內(nèi)部的不銹鋼浮球則根據(jù)重力落至底部，實(shí)現(xiàn)疏水閥關(guān)閉。將放氣閥關(guān)閉，隨著流入閥內(nèi)的冷凝水增加，浮球的浮力大于自身重力及閥口作用力，此時(shí)球體浮起，慢慢打開(kāi)閥口，冷凝水快速排出。隨著冷凝水排出后，液面下降，浮球根據(jù)閥口泄壓的情況，自動(dòng)漂浮至閥口位置，直至到封閉閥口，此時(shí)浮球落至底部從而排水關(guān)閉。因浮球底部支點(diǎn)與閥口有一定空間，故形成一個(gè)水封，保證蒸汽或壓縮空氣無(wú)法泄漏。

傳統(tǒng)浮球式蒸汽、壓縮空氣疏水閥由于沒(méi)有設(shè)計(jì)定位和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，密封鋼球和壓盤(pán)的每一次落點(diǎn)都具有隨意性，密封鋼球或密封壓盤(pán)不能精準(zhǔn)重復(fù)地落在同一位置。因此，當(dāng)疏水閥運(yùn)行一段時(shí)間以后，浮球和壓盤(pán)與排水口嘴都會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損和變形，排水口嘴的軸線沒(méi)有通過(guò)浮球中心，排水口嘴與浮球不是全向接觸。故一般此類(lèi)浮球閥的使用壽命較短。

自由浮球式疏水閥沒(méi)有力的放大機(jī)構(gòu)，且排水口嘴與球的重力方向存在一個(gè)夾角，如圖3所示，實(shí)際獲得的密封力小于球體重量。因此，自由浮球式疏水閥無(wú)法在高壓蒸汽或大流量的蒸汽和壓縮空氣管道上使用。

圖3 傳統(tǒng)浮球疏水閥關(guān)閉的簡(jiǎn)圖

自由浮球式疏水閥雖然設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，但是閥體容積太小，沒(méi)有足夠的空間儲(chǔ)存水垢和細(xì)微鐵銹顆粒，排水口嘴極易受水垢和細(xì)微鐵銹顆粒的影響而失效。

2 新型浮球式疏水閥

在大多數(shù)情況下，蒸汽管道排水閥與壓縮空氣排水閥是不能共用的。但是，蒸汽、壓縮空氣的冷凝水在物理和化學(xué)性質(zhì)上具有許多似的地方，它們都比較干凈，一般情況下不具有腐蝕性，對(duì)制作疏水閥的零部件材料的抗腐蝕性要求都不高。常規(guī)的蒸汽冷凝水的溫度一般≤300 ℃，壓力≤2 MPa，高于這個(gè)溫度和壓力屬于過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽的冷凝水一般都會(huì)作為余熱利用。壓縮空氣的冷凝水的溫度≤80 ℃，壓力≤0.8 MPa。因此，雖然蒸汽和壓縮空氣在溫度和壓力上存在差異，但這點(diǎn)差異對(duì)于鋼材的物理和化學(xué)性能影響不大。

2.1 外形結(jié)構(gòu)及工作原理

新型疏水閥為二力桿平移式蒸汽、壓縮空氣疏水閥。由浮球、二力桿、鉸鏈、排水口的導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套、密封鋼球、密封圈等組成一套運(yùn)動(dòng)和密封系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。

圖4 新型疏水閥器剖面圖

浮球的浮力是密封口開(kāi)啟的原動(dòng)力，浮球的重量是密封口關(guān)閉的原動(dòng)力。二力桿具有傳遞浮球運(yùn)動(dòng)和放大浮球重量作用，有了二力桿的放大作用，浮球就不需要做得很大，也不需要做得很重。浮球重力的放大倍數(shù)取決于二力桿力的方向與水平坐標(biāo)的夾角，見(jiàn)圖5。

圖5 二力桿結(jié)構(gòu)力學(xué)簡(jiǎn)圖

根據(jù)平面匯交力系計(jì)算：

式中：P ——浮筒的重量；

P1——固定鉸鏈支座水平分力；

P2——活動(dòng)鉸鏈支座水平分力；

α ——支座分力與x軸的夾角。

2.2 密封及排水設(shè)計(jì)

新型疏水閥的機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖6。在疏水閥閥體內(nèi)無(wú)冷凝水的情況下，由于浮球重量P的向下作用，二力桿的夾角β 和跨度L 呈增大趨勢(shì)，這個(gè)增大的趨勢(shì)使得密封鋼球緊緊貼住排水口，這個(gè)貼緊的力P2=，當(dāng)α 的值足夠小時(shí)，P1=P2足夠大。鋼球運(yùn)動(dòng)靈活，密封可靠。

圖6 新型疏水閥二力桿機(jī)構(gòu)

在二力桿平移式蒸汽、壓縮空氣疏水閥閥體內(nèi)的冷凝水逐漸增多，浮球的排水量等于其重量時(shí)，密封鋼球處于開(kāi)與關(guān)的臨界狀態(tài)，大于這個(gè)狀態(tài)以后浮球上升力P 增大，二力桿的夾角β 和跨度L 減小，密封鋼球在的力的作用下逐漸離開(kāi)排水口，冷凝水越多，浮球的位置就越高，二力桿的夾角β 和跨度L 越小，密封鋼球逐漸離開(kāi)排水口越遠(yuǎn)，排水的流量也就越大。

2.3 疏水閥密封鋼球精準(zhǔn)定位設(shè)計(jì)

疏水閥的使用壽命取決于零部件的材料性能、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性、加工制作的精度等。在其它條件相同的情況下，密封鋼球與排水口的精準(zhǔn)定位是提高密封可靠性和延長(zhǎng)使用壽命最關(guān)鍵的技術(shù)內(nèi)容。傳統(tǒng)的浮球式蒸汽管道疏水閥（無(wú)論自由浮球式還是杠桿浮球式），密封鋼球的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和鋼球與排水口的精準(zhǔn)定位的設(shè)計(jì)上都不完美，所以產(chǎn)品使用壽命都不長(zhǎng)。二力桿平移式蒸汽、壓縮空氣疏水閥在上述方面做了改進(jìn)。

圖7 是空氣疏水閥的開(kāi)、關(guān)位置密封結(jié)構(gòu)圖。無(wú)論密封鋼球在什么位置，它的軸線與排水口嘴的軸線都是重合的，任何時(shí)候都能重復(fù)精準(zhǔn)對(duì)位。因此，密封可靠，使用壽命大大延長(zhǎng)。由于密封鋼球始終與三根均勻分布的軸向?qū)к壘€接觸，不會(huì)被水垢等雜質(zhì)所卡阻，動(dòng)作靈活。

圖7 新型疏水閥密封結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，浮球隨著疏水閥容室的液位變化做自由上升和下降運(yùn)動(dòng)，無(wú)需導(dǎo)向，它僅僅是開(kāi)、關(guān)疏水閥的動(dòng)力源，通過(guò)二力桿帶動(dòng)密封鋼球作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了確保密封鋼球與密封口精準(zhǔn)定位，把排水口設(shè)計(jì)成帶有導(dǎo)軌的定位套，定位套同時(shí)也是冷凝水的過(guò)水通道。密封鋼球在定位套內(nèi)作受控水平運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)都能確保密封鋼球的中心與排水口的軸線上重合，即便鋼球有磨損也是均勻磨損，大大提升了密封可靠性，延長(zhǎng)了疏水閥的使用壽命。

3 應(yīng)用及效益

根據(jù)目前實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看， 聯(lián)合空壓站壓縮空氣損耗在4%左右，改造以后，壓縮空氣損耗可降低到2%。目前壓縮空氣月輸送總量為5×107m3，則全年可節(jié)約壓縮空氣：

目前輸送單位壓縮空氣耗電為0.1475 kWh/m3，則全年可節(jié)降動(dòng)力電：

全年可節(jié)降生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用：

4 結(jié)論

新型疏水閥已應(yīng)用于湘鋼的蒸汽管道、空壓機(jī)冷卻器疏水、冷干機(jī)疏水及風(fēng)包疏水，不僅降低了人員定期排水的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了能源浪費(fèi)，同時(shí)有效地降低了空壓機(jī)廠房的噪聲，實(shí)現(xiàn)了氣體零泄漏疏水，效果顯著。