本发明属于阀门技术，具体涉及一种用于蒸汽系统凝结水排放的蒸汽疏水阀。
背景技术：
蒸汽疏水阀是保障蒸汽系统(加热设备或蒸汽管网)正常工作、凝结水回收利用、节约能源的重要控制类阀门。一方面能够阻止蒸汽泄漏，避免蒸汽过多消耗造成能源浪费，另一方面能够及时排出冷凝水，避免腐蚀、水锤等现象对管路的危害。
蒸汽供热系统所耗的能源在我国能源消耗中占有重要地位，蒸汽疏水阀对系统热能的节约，不仅节约了煤，还相应的降低了燃烧这部分煤所产生的co2、so2及粉尘的排放量，同时也意味着节约了生产这部分蒸汽所消耗的辅助原料、材料、电力、水、人力和设备折旧等，因此，蒸汽疏水阀是一种节能环保产品。
目前市场上，常用疏水阀类型为倒吊桶式、浮球式、圆盘热动力式等。由于蒸汽疏水阀在线开关动作频繁，阀芯部位极易磨损，导致传统类型蒸汽疏水阀蒸汽泄漏率高，能源浪费严重。同时，在线使用寿命短，国产蒸汽疏水阀通常1年左右就需要更换。因此需要研制一种蒸汽泄漏少、能源消耗率低、能够稳定可靠排出冷凝水、使用寿命长的新型蒸汽疏水阀。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种文丘里式蒸汽疏水阀，其能够及时有效地排出凝结水，同时出口处形成闪蒸可以阻止蒸汽消耗，并且结构简单、性能稳定。
本发明的技术方案如下：
一种文丘里式蒸汽疏水阀，包括阀体和阀芯，所述的阀体的两侧分别设有法兰，所述的阀芯包括入口压缩段、喉部直线段和出口扩张段；出口扩张段设在阀体的阀腔内，入口压缩段和喉部直线段位于阀体的阀腔外；所述的阀芯的入口压缩段外壁为圆台，喉部直线段外壁设有锁紧垫圈，圆台压紧锁紧垫圈，使得阀芯和阀体密封安装。
在上述的一种文丘里式蒸汽疏水阀中：所述的阀芯的喉部直线段的面积利用下式确定：
其中，g为质量通量，η为临界压力比，p为入口压力，ν为入口两相流介质的比容，θ为饱和系数，a为所需喉部面积，q为所需体积流量，ρ为两相流介质密度，k为出口压力修正系数。
在上述的一种文丘里式蒸汽疏水阀中：所述的阀芯的出口扩张段通过螺纹固定于阀体的阀腔内。
在上述的一种文丘里式蒸汽疏水阀中：所述的入口压缩段的角度为30°～70°，轴向长度为喉部直径的2～4倍。
在上述的一种文丘里式蒸汽疏水阀中：所述的出口扩张段的角度为4°～10°，轴向长度为喉部直径的5～10倍。
本发明的显著效果在于：本发明所述的文丘里式蒸汽疏水阀通过文丘里结构的流道设计，包含入口收缩段和出口扩张段流道，能够及时有效地排出凝结水，同时出口处形成闪蒸可以阻止蒸汽消耗；由于没有运动部件，极大减少了阀芯的磨损情况，使用寿命可达数十年，与国产疏水阀一年左右的寿命相比，具有非常大的优势。该蒸汽疏水阀还具有多组可更换阀芯结构设计，同一阀体 可设计搭配单组或多组阀芯，可以实现一台阀多种排量的功能，可以满足大排量工况需求。该文丘里式蒸汽疏水阀可广泛应用于石化、电力等行业的蒸汽管路和用气设备，性能稳定可靠，使用寿命长，对于企业节能减排和精细化管理具有重要的意义。
附图说明
图1为文丘里式蒸汽疏水阀示意图；
图2为流道结构局部放大图；
图3为多阀芯结构示意图；
图中：1.法兰；2.阀体；3.阀芯；4.锁紧垫圈；5.入口收缩段；6.喉部直线段；7.出口扩张段。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，阀体2的阀腔内通过螺纹安装阀芯3，阀体2的两侧各焊接安装一个法兰1。在阀体2和阀芯3之间的锁紧垫圈4能够保证连接的可靠性。
文丘里式蒸汽疏水阀主要原理是利用蒸汽和凝结水不同比容所造成的流阻，实现阻汽排水的效果。介质通过流道的能力与比容成反比，凝结水与蒸汽的比容在相同的压力下要相差约两个数量级，这使得同样的孔径、压力下，凝结水的排量要几十倍与蒸汽的排量。根据凝结水流量的大小和压差，来选取适当的孔径，从而把系统内产生的凝结水顺利地排放掉，使蒸汽的泄漏减少到最低程度，达到节能的目的。
为了进一步降低蒸汽的泄漏量，对阀芯3的流道结构进行了设计，阀芯3的具体结构如图2所示。
流道包括三部分：入口压缩段5、喉部直线段6和出口扩张段7。
对喉部直线段的结构进行了专门的设计，喉部直线段的截面面积利用下式确定：
其中，g为质量通量，η为临界压力比，p为入口压力，ν为入口两相流介质的比容，θ为饱和系数，a为所需喉部面积，q为所需体积流量，ρ为两相流介质密度，k为出口压力修正系数。
入口压缩段5的角度为30°～70°，轴向长度为喉部直径的2～4倍；出口扩张段7的角度为4°～10°，轴向长度为喉部直径的5～10倍。
当蒸汽和凝结水同时经过阀芯3前端的入口压缩段5时，由于流道截面积缩小，造成流速增加压力降低；当凝结水经过出口扩张段7时，流速进一步增加，导致压力降低，发生闪蒸，对蒸汽产生阻碍作用，降低蒸汽的泄漏。阀芯3中间的喉部直线段6可以使蒸汽疏水阀的排量更加稳定。根据不同的工况参数，选取适当的喉部直径，确定入口压缩段5和出口扩张段7的长度以及与喉部直线段6的角度等几何参数。
文丘里式蒸汽疏水阀结构紧凑，仅由法兰1、阀体2、阀芯3以及锁紧垫圈4四部分构成。正是由于采用了文丘里流道结构，喉部面积或者直径、入口收缩段以及出口扩张段等经流道几何参数过精确计算，文丘里式蒸汽疏水阀可以实现快速排放凝结水，同时凝结水在出口发生闪蒸，将蒸汽泄漏量控制在极低的范围，实现了传统蒸汽疏水阀排水阻汽的功能。同时，与传统蒸汽疏水阀几十个零件相比，大大减少了零件数量，提高了蒸汽疏水阀的稳定性，降低了产生故障的几率，获得更长的寿命。
当然，阀芯3的安装不仅限于上述安装结构，可以在阀体2上设计多个阀 腔，每个阀腔内安装阀芯3，阀芯3数量增多，以此来获得凝结水排量的增加。
如图3所示，阀芯3为多组，沿阀体2的圆周方向均匀分布，从而增加排量。
通过上述方式，本发明所述的文丘里式蒸汽疏水阀通过文丘里结构的流道设计，包含入口收缩段和出口扩张段流道，能够及时有效地排出凝结水，同时出口处形成闪蒸可以阻止蒸汽消耗；由于没有运动部件，极大减少了阀芯的磨损情况，使用寿命可达数十年，与国产疏水阀一年左右的寿命相比，具有非常大的优势。该蒸汽疏水阀还具有多组可更换阀芯结构设计，同一阀体可设计搭配单组或多组阀芯，可以实现一台蒸汽疏水阀多种排量的功能，可以满足大排量工况的需求。该文丘里式蒸汽疏水阀可广泛应用于石化、电力等行业的蒸汽管路和用气设备，性能稳定可靠，使用寿命长，对于企业节能减排和精细化管理具有重要的意义。