介紹了單閥座、雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥的工作原理、結構特點及其工況系統的綜合性能。分析了閥門關鍵結構的改進設計和重要參數的優化過程。提出了一種完全平衡式雙閥座杠桿浮球式疏水閥的結構，給出了提高整機性能指標、使用壽命及擴展閥門應用領域的試驗結果。

1、概述

　　蒸汽疏水閥是一種自動閥門，起到自動阻汽排水的作用，是蒸汽加熱系統和蒸汽管路的主要附件之一。在工業裝置中，有很多設備需要用蒸汽作為熱能，隨著石油化工行業的飛速發展，需要大量的大排量和特大排量的蒸汽疏水閥，特別是高溫、高壓下需要大量排除凝結水工況的高性能、高參數蒸汽疏水閥。如何確保該閥工作時的可靠性和有效提高使用壽命均是蒸汽疏水閥設計、制造的技術難點和熱點問題。目前，國內、外現有的平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥，其特點是上下兩閥開閥力和關閥力近似相等而不完全平衡，特別是閥座孔磨損后密封面變大更加重了不平衡，因而在雙閥座蒸汽疏水閥系列產品中，較高壓力和較大排量的蒸汽疏水閥必須配備較大的浮球，才能克服流體壓力不平衡而引起的較大開閥力。限制了該閥種參數的提高和在工程中的應用。完全平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥解決了高溫高壓下的開閥與關閥力平衡問題，能以較小的閥體設計達到高溫、高壓和超大排量的高性能參數要求，提高使用壽命。

2、工作原理

　　杠桿浮球式蒸汽疏水閥是一種利用液位差和溫度變化( 自動排空氣裝置) 而進行動作的機械型蒸汽疏水閥，其工作原理是在剛啟動時，自動排空氣裝置處于開啟狀態，迅速排除系統中的不凝結氣體。當蒸汽和熱凝結水進入時，閥腔內溫度隨之升高，自動排空氣裝置內壓室的感溫液體隨之汽化膨脹，內壓室裝置的壓力產生變化而驅使高合金膜片帶動閥瓣關閉排空氣裝置。此時閥腔內的浮球隨水位的變化而自動升降，帶動杠桿調節閥座孔的開度，連續排放凝結水。當凝結水停止進入閥腔時，浮球靠自重隨水位下降，驅使杠桿帶動閥瓣關閉閥座孔。由于閥座孔設在凝結水水位以下，形成水封，保證該閥在工作時，可達到無新鮮蒸汽泄漏。

3、結構特點

　　3.1、典型結構

　　通常的杠桿浮球式蒸汽疏水閥采用圓錐面密封，一般有單閥座和雙閥座兩種結構方式。采用單閥座結構的截止型杠桿浮球式蒸汽疏水閥其結構簡單，但是工作時單方向受壓，開啟時其受壓面積大，因而開啟阻力大，只適用于較小排量和蒸汽壓力較低的工況。如果采用雙閥座結構，由于設有2 個排水閥座孔，可增大排水的流通面積，因而增大了蒸汽疏水閥的排量，而且，當處在關閉狀態時，位于同軸線上的上、下兩個閥瓣所承受介質的壓力正好相反，可以抵消部分軸向壓力，因此可以大大降低開啟力。己有的雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥，其閥座結構如圖1 所示。通常雙閥座的上下閥座孔采用同一尺寸D1，由于錐面密封寬度b 的影響，由此上下閥瓣受壓面積不同。即使使用新的閥門，如果閥座密封面寬度很窄，只是一圈線狀圓錐面，這時上下閥瓣的壓差也不一樣。隨著使用時間的增長，密封寬度b隨著磨損的增加而逐漸增大，因而開啟力也隨之增加，而且會越來越大。上、下閥瓣產生的壓差越來越大，造成疏水閥的性能不穩定。其要點是上下兩閥的開啟力和關閉力近似相等而不完全平衡，特別是閥座磨損后密封面變大更加加重了不平衡，造成該閥工作可靠性差。

　　3.2、完全平衡式雙閥座結構

　　完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥設有浮球、杠桿、銷軸、銷、連桿、閥桿、上閥瓣、上閥瓣定位塊、上閥座、墊片、下閥瓣、下閥瓣定位塊、下閥座、螺母、連接頭、連接銷和杠桿支架等( 圖2) 。杠桿的一端與浮球連接，杠桿的另一端用銷與連桿的上端連接。杠桿與銷軸相配接并支承于杠桿支架上。杠桿支架設于上閥座上方。連桿的下端通過連接銷與連接頭相配接。墊片、上閥瓣和上閥瓣定位塊套入閥桿上部，上閥瓣設于上閥座內并與上閥座的下錐面相配接，連接頭接閥桿頂部，能調整的閥桿的下部插入下閥瓣和下閥瓣定位塊。下閥瓣設于下閥座內并由螺母與下閥座的下錐面相配接，其特征是上閥座孔徑與下閥瓣外徑相等。即上閥座的孔徑d 與下閥瓣的外徑d3相等，下閥座的孔徑dl與上閥座的孔徑d 不相等。由于上下閥座孔啟閉時產生的力大小相等，方向相反，互相抵消，壓差為零。所以稍微有一點浮力變化即可開閉閥門，動作靈敏度高。

　　3.3、完全平衡式雙閥座結構性能

　　當新閥門使用時，閥門上下閥瓣的作用直徑均為d，實際受壓面積相等，保證了上下閥瓣所承受的壓力相等，但方向相反，壓差為零。當閥門隨使用時間的增長而逐漸磨損時，上下閥座密封錐面投影寬度C 也隨著增大，但上閥座孔徑d 不變，而下閥座密封錐面投影寬度由于閥瓣外徑的限制而保持不變。這樣做到了上下閥座磨損時上下閥瓣的作用直徑不會產生影響，上下閥瓣所承受壓力相等，方向相反，壓差為零。因此可設計較小的閥體達到特大排量的排水功能，并可設計適用于高溫、高壓工況的特大排量蒸汽疏水閥。

　　由此可知，完全平衡式杠桿浮球式蒸汽疏水閥無論是剛使用的新疏水閥，還是使用過一段時間的舊疏水閥，在其使用周期內，上下閥座的上下閥瓣所承受的介質壓力完全相等。在圖2 中，d 為上閥座的孔徑，其大小等于下閥瓣的外徑d3。C 為下閥座密封錐面的垂直投影寬度，下閥座的孔徑dl( dl = d- 2C) 與上閥座的孔徑d 不相等，即通過上下閥座的孔徑不相等來使閥瓣承受的開啟力和關閉力達到完全或近似完全平衡。由于上下閥瓣在介質壓力的作用下，其承壓圓有效直徑相等均為d，承壓直徑不受密封錐面寬度改變的影響，因此上下閥瓣的壓力差在磨損前后均為零值，即能達到完全平衡。因而這種完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥不管新舊，其所需的開啟力和關閉力恒定不變，壓力平衡。其靈敏度高，壓差使用范圍廣，穩定性和可靠性好，使用壽命長。

圖1 雙閥座疏水閥結構

4、應用分析

　　據文獻〔1〕，普通的雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥最大允許壓力為3. 1 ～ 3. 2MPa，溫度338 ～400℃，最大排量為20 ～ 127t /h。由于平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥近似相等而不完全平衡的因素，制約了高溫、高壓、超大排量蒸汽疏水閥的研制，要克服流體壓力不平衡而引起的較大開閥力，只有加大浮球來增加開閥力，在蒸汽疏水閥的設計時，如加大浮球直徑就需加大閥體，加大閥體就需加厚閥體壁厚，這樣就增加了制造費用和加大閥體體積，限制了該類疏水閥的參數提高。

1. 浮球2. 杠桿3. 上閥瓣定位塊4. 杠桿支架5. 連接銷6. 銷軸7. 銷8. 連桿9. 連接頭10. 閥桿11. 上閥瓣12. 上閥座13. 墊片14. 下閥瓣定位塊15. 下閥座16. 下閥瓣17. 螺母

圖2 閥座結構

　　完全平衡雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥采用完全平衡的雙閥座新結構，解決了高溫高壓下的開閥與關閥力，能用較小的閥體達到高溫、高壓和超大排量的高性能參數要求，提高了閥門的使用壽命。其部分性能參數采用Φ110mm 的304 不銹鋼浮球，公稱壓力為10. 0MPa，最高允許溫度可達到482℃，最大排量60t /h。采用Φ190mm 的304 不銹鋼浮球，設計公稱壓力為6. 3MPa，最高允許溫度425℃，可用2 個Φ80mm 的排水閥座孔，最大排量150t /h。如果采用并聯雙閥體的先進結構，用Φ190mm 的304 不銹鋼浮球，可實現4 個Φ80mm 口徑的排水閥座孔，其排水能力可達到約300t /h，實現超大排量〔2〕。

5、結語

　　在凝結水回收工程中，蒸汽疏水閥的性能對整個凝結水回收系統的正常運行起著關鍵作用。疏水閥排出的凝結水可進一步回收利用，變廢為寶，同時改善環境。完全平衡式雙閥座杠桿浮球式蒸汽疏水閥的研制成功，解決了高溫、高壓及大排量凝結水工況的難題，特別是在大排量飽和凝結水工況和凝結水回收系統上優勢明顯。該閥門結構已獲國家發明專利( 專利號: ZL2005 1 0081595. 9) ，產品已在多項國家重點工程上得到應用，并隨主機配套出口歐美和東南亞地區，運行效果良好。