专利名称：蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸汽疏水阀用热动力元件。
背景技术：
在蒸汽疏水阀中常用到波纹管热动力元件，在实际使用中波纹管热 动力元件可以 直接作为蒸汽疏水阀的启闭件，当高温蒸汽通过阀时，波纹管元件膨胀，阀门关闭，阻止蒸 汽的通过；当低温凝结水通过疏水阀阀体时，波纹管元件收缩，打开阀门，开始排水；也可 以作为疏水阀的单独排气装置，如在浮球式疏水阀内正常排水液位上部较高位置增设一个 专为排气的波纹管排放阀；还可以作为大排量先导式疏水阀的导阀，以波纹管热动力元件 作为导阀。但目前国内生产的波纹管疏水阀主要是纯液体膨胀式波纹管，由于纯液体膨胀 式的波纹管元件轴向位移与温度成线性关系，而波纹管内的感温溶液的温度是随阀内温度 的变化而变化的，因此这种纯液体膨胀式波纹管疏水阀凝结水排量不稳定。波纹管热动力 元件由于蒸汽凝结水对它的长时间不平衡作用力，在靠近入口侧受到流体冲力较大作用， 在使用一段时间后(尤其在工作压力较高时)往往会出现波纹管元件疲劳，轴线产生弯曲， 使得波纹管热动力元件动作时阀门关闭不严，产生漏汽，甚至失效。波纹管热动力元件工作 原理的核心是依靠波纹管内充相变介质的体积随温度的变化而变化，而热量的传递则需要 一定的时间，对于现有产品，温度只能通过一侧(外壁)向波纹管内充相变介质传递，传热 面积小，传递速率慢，导致阀门动作过慢，疏水阀的漏汽率增大，滞后严重可见。
发明内容
本发明的目的是降低了漏汽率，提高阻汽性能。本发明是蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，下端为密闭的、筒状 的刚性支架3与波纹管2同轴，刚性支架3嵌套于波纹管2中，固定板1与刚性支架3的上 端连接，固定板1所在的平面垂直于刚性支架3的轴线00'，波纹管2的下端嵌套于上端为 圆筒状的密封环4中，密封环4的下端为一螺杆，与阀芯5内壁上的螺纹构成一连接副，密 封环4、阀芯5的轴线均与刚性支架3的轴线00'同轴，波纹管2的内壁与刚性支架3的外 壁、密封环4上端圆筒的内壁形成一个密闭的空间，在该密闭空间里填充有低沸点的相变 介质7。本发明的饱和蒸汽压力式波纹管疏水阀克服了液体膨胀式排量小且排量不稳定 的缺点，提高热动元件灵敏度高，降低了漏汽率，提高蒸汽疏水阀节能水平。
图1、图2是本发明两个实施例的结构剖面图，图3是图1、图2中A处局部放大图， 图4是图1、图2中B处局部放大图，图5是图1、图2中C处局部放大图，图6(a)是波纹管 蒸汽疏水阀开阀状态下动作力的分析图，图6(b)是波纹管蒸汽疏水阀闭阀状态下动作力 的分析图，图7是不同相变介质的饱和蒸汽压力式波纹管热动元件伸长量随温度变化的实验曲线，图8是波纹管热动元件优越性比较示意图。
具体实施例方式如图1所示，是本发明第一个实施例，本发明的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波 纹管热动力元件，其中下端为密闭的、筒状的刚性支架3与波纹管2同轴，刚性支架3嵌套 于波纹管2中，固定板1与刚性支架3的上端连接，固定板1所在的平面垂直于刚性支架3 的轴线00'，波纹管2的下端嵌套于上端为圆筒状的密封环4中，密封环4的下端为一螺 杆，与阀芯5内壁上的螺纹构成一连接副，密封环4、阀芯5的轴线均与刚性支架3的轴线 00'同轴，波纹管2的内壁与刚性支架3的外壁、密封环4上端圆筒的内壁形成一个密闭的 空间，在该密闭空间里填充有低沸点的相变介质7。固定板1的边缘上开有螺栓孔，通过螺 栓与蒸汽疏水阀阀体连接固定。如图2所示，本发明第二个实施例，除固定板1其它结构与第一个实施例相同；其 固定板1上有螺纹，通过螺纹连接将饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件固定在蒸汽疏水阀 内。如图1、图2、图3、图4、图5所示，固定板1和刚性支架3，刚性支架3和波纹管2， 波纹管2和密封环4的接触位置均采用焊接方式固定连接在一起。密封环4上端的圆筒壁 上开有填充口，填充口由封口铆钉6密封。如图1、图2所示，密封环4上填充口与封口铆钉6结合处采用焊接方式密封连接。 在位于固定板1与波纹管2上端之间位置处的刚性支架3上，沿刚性支架3的同一圆周上 均勻分布地开设有6 12个小孔3'。相变介质7的沸点比水的沸点低0°C 20°C。相变介质7是水，或者是无水乙醇， 或者是乙醇溶液。如图1、图2所示，工作过程如下在阀刚开始工作时，阀内的温度较低，波纹管2 内的相变介质7处于收缩状态，阀门开启，这时可以排出冷凝水、空气还有其它不凝气体； 当阀内充满高温蒸汽时，波纹管2内的相变介质7在内外面同时受热汽化，体积迅速增大， 使得波纹管2沿着轴向方向伸长，带动阀芯5向阀门关闭的方向移动，由于动作迅速，有效 的阻止蒸汽泄漏；随着阀内的冷凝水增多，阀内的温度降低，相变介质7冷凝收缩，体积减 小，波纹管2恢复原状，阀芯5打开阀孔，排出冷凝水。如图6(a)所示，当阀孔保持开启状态，阀瓣的平衡力F1≥ F2+F3式中=F1为感温溶液的膨胀力，F2为疏水阀中作用在波纹管底面积上的介质力，F3 为波纹管被拉伸的弹力。如图6(b)所示，阀瓣在阀刚关闭临界点的平衡力如下F1 ≥F2+F3+F4其中，F4为排水射流反作用力F4 = 0. 94 (P1-P2) S0(6)PsS ^ ρ^+Κ Δ h+0. 94 (P1-P2) S0 (7)式中Ps为波纹管元件填充相变介质7相变饱和蒸汽压力，P1为阀前压力即工作 压力，P2为阀后压力即背压，K为波纹管元件的刚度，S为波纹管元件底面积，Stl为疏水阀阀座面积，Ah为波纹管元件伸长量。在疏水阀工作压力P1下，当背压P2 —定时，波纹管热动元件伸长量与疏水阀内温 度的变化近似成指数关系。相变介质7的液体膨胀式波纹管疏水阀的开启量与疏水阀中凝结水的温度变化 成近似线性变化。饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件中填充的相变介质可以选择纯净水、无水乙 醇、乙醇溶液，具体可根据所需要的排水过冷度确定，纯净水过冷度为零，无水乙醇过冷度 最大。在实际应用中可以参考以下表格列举的实验数据，选择合适的填充介质，以达到必须 的伸长量，得到性能优良的波纹管热动力元件。实验中，波纹管刚度K为3. 5N · mm S波纹管元件有效面积S为254mm2。不同相变 介质的饱和蒸汽压力式波纹管热动元件伸长量随温度变化的实验数据如表1所示
表1不同相变介质的饱和蒸汽压力式波纹管热动元件伸长量随温度变化的实验 数据
相变介质100%_净水100%，水乙醇50%纯净水-0%无水乙醇
_ 序号温度/°C I伸长量/mm— 温度/°C I伸长量/mm 温度/°C 伸长量/mm
1851.2 ~ 702.505700.95
2__96__1^9__75__2.791 — 751.1
3__108__1.639__802__3J__80 — 1.3
4117 ~ 1.9985 — 3.4851.5
5__126__2A7__90__3.790__1.75
6__137__3.385__97__4.012__100 — 1.95
“ 71475.32102 ~ 4.482107 — 2.1
8__157__8.495__107__5__110__2.18
9___112__5；4__117 ~~ 2.56
10—118__6,5__122 — 3
11“一__122__8__127__3.8
12~___125__9J5__132__5
13丨丨 137 I 6.5如图7所示，根据原始数据拟合出不同相变介质的饱和蒸汽压力式波纹管热动元 件伸长量随温度变化的实验曲线，对不同相变介质，波纹管热动元件位移Ah是相变温度T 的单值函数，且近似成指数函数关系；用调节不同相变介质混合比的方法可以调节疏水阀 动作温度和排水过冷度。如图8所示，根据上述分析建立的饱和蒸汽压力式和液体膨胀式波纹管热动力元 件的热力学模型，波纹管热动元件在相同温差(T2-Ttl)内，液体膨胀式波纹管热动元件的伸 长量为Ah，而饱和蒸汽压力式的在相变区有很大的伸长量，为2 Ah以上；波纹管热动元件 在相同行程Ah内，液体膨胀式所需要的凝结水温差(T2-Ttl)远大于饱和蒸汽压力式所需的 凝结水温差(T2-T1)。因此，饱和蒸汽压力式波纹管热动元件动作灵敏度高于液体膨胀式。 由于波纹管热动元件的行程的大小决定着排量，故本发明的饱和蒸汽压力式波纹管疏水阀 克服了液体膨胀式排量小且排量不稳定的缺点。此外，提高热动元件灵敏度高，可降低漏汽 率，提高蒸汽疏水阀节能水平。
权利要求
蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，有一个波纹管(2)，其特征在于下端为密闭的、筒状的刚性支架(3)与波纹管(2)同轴，刚性支架(3)嵌套于波纹管(2)中，固定板(1)与刚性支架(3)的上端连接，固定板(1)所在的平面垂直于刚性支架(3)的轴线(OO′)，波纹管(2)的下端嵌套于上端为圆筒状的密封环(4)中，密封环(4)的下端为一螺杆，与阀芯(5)内壁上的螺纹构成一连接副，密封环(4)、阀芯(5)的轴线均与刚性支架(3)的轴线(OO′)同轴，波纹管(2)的内壁与刚性支架(3)的外壁、密封环(4)上端圆筒的内壁形成一个密闭的空间，在该密闭空间里填充有低沸点的相变介质(7)。
2.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于固定板⑴和刚性支架(3)，刚性支架(3)和波纹管(2)，波纹管⑵和密封环⑷的接 触位置均采用焊接方式固定连接在一起。
3.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于密封环(4)上端的圆筒壁上开有填充口，填充口由封口铆钉(6)密封。
4 根据权利要求3所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于密封环(4)上填充口与封口铆钉(6)结合处采用焊接方式密封连接。
5.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于在位于固定板(1)与波纹管(2)上端之间位置处的刚性支架(3)上，沿刚性支架(3)的 同一圆周上均勻分布地开设有6 12个小孔(3')。
6.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于固定板(1)的边缘上开有螺栓孔，通过螺栓与蒸汽疏水阀阀体连接固定。
7.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于固定板(1)的外壁上开有螺纹，通过螺纹与蒸汽疏水阀阀体连接固定。
8.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于相变介质(7)的沸点比水的沸点低0°C 20°C。
9.根据权利要求1所述的蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其特征在 于相变介质(7)是水，或者是无水乙醇，或者是乙醇溶液。
全文摘要
蒸汽疏水阀用饱和蒸汽压力式波纹管热动力元件，其目的是降低了漏汽率，提高阻汽性能；其中下端为密闭的、筒状的刚性支架(3)与波纹管(2)同轴，刚性支架(3)嵌套于波纹管(2)中，固定板(1)与刚性支架(3)的上端连接，固定板(1)所在的平面垂直于刚性支架(3)的轴线(OO′)，波纹管(2)的下端嵌套于上端为圆筒状的密封环(4)中，密封环(4)的下端为一螺杆，与阀芯(5)内壁上的螺纹构成一连接副，密封环(4)、阀芯(5)的轴线均与刚性支架(3)的轴线(OO′)同轴，波纹管(2)的内壁与刚性支架(3)的外壁、密封环(4)上端圆筒的内壁形成一个密闭的空间，在该密闭空间里填充有低沸点的相变介质(7)。
文档编号F16T1/02GK101818851SQ200910117558
公开日2010年9月1日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者徐登伟, 李树勋, 王朝富 申请人:兰州理工大学