浮球式疏水阀设计中几个问题的探讨

浮球式疏水阀设计中几个问题的探讨
摘要：本文描述了浮球式疏水阀的特点,对疏水阀开闭状态时浮球的受力情况进行了分析,并对疏水阀设计中的几个问题进行了探讨。

关键词：浮球式疏水阀设计探讨
浮球式疏水阀是国内外近年来最先进的蒸汽疏水阀之一,他能将蒸汽管道内及供热设备中的凝结水及时排出,并阻止蒸汽泄漏,该产品广泛用于石化、轻纺、造纸、医药等工业企业。

下面对浮球式疏水阀关闭状态进行力学分析,并对设计中的几个问题进行探讨。

1、浮球式疏水阀的特点
能连续排水无噪音、性能稳定,动作灵活,能根据流入冷凝水量的大小自动调节排量。

(1)热交换器中冷凝水是连续产生的,为使其正常工作需将冷凝水迅速排出。

浮桶式疏水阀因动作是周期性的,达不到这个目的,而浮球式疏水阀没有周期性动作,能连续排水,所以,排水效果好。

(2)浮球在阀体内冷凝水中处自由漂浮状态,其位置随阀体内冷凝水的升降而变动,没有机械摩擦,因原动件是一中空球,惯性小,所以灵敏度高,能自动调节出水口开度,使冷凝水及时排出。

浮球中心始终在垂线CD上,阀门关闭状态时浮球纵向对称线AB垂直于水平面与CD重合。

当浮球受到某种外力影响改变姿态时,AB不与CD重合,（见图1）,此时作用在G点的重力和作用在F点的浮力形成一力偶,使浮球纵向对称线AB 与垂线CD重合,保持浮球恢复原始状态。

图1
O——浮球形心G——浮球重心
F——浮力中心AB——浮球纵向对称线
2、浮球受力分析
2.1 疏水阀关闭时浮球受力分析
在疏水阀关闭时,浮球受如下各力作用（见图2）:
——冷凝水对浮球的浮力
——浮球自重
——出水口内外压差对浮球形成的压力
——阀座对浮球反作用力
——阀体对浮球支撑力
其关系是:= =＋由于浮球处于静平衡状态。

∑x=0
2.2 疏水阀打开时浮球受力分析
当阀腔的水面上升时,浮力逐渐增大,=时,=0,水面继续升高,浮球未完全侵入冷凝水之前,继续增大,当＞,即－＞0,出水口由关闭状态逐渐转向打开状态。

令Q=－,当Q＞0时,Q会使浮球产生顺时针旋转趋势,逐渐打开阀门。

沿阀座接触面对浮球均匀分布,用阀座中心线上合力表示。

由于Q的作用,作用点逐渐移向点,当浮球完全打开出水口时,作用点移到点,以表示,作用方向指向球心,此时浮球受力状态如下:
×－×－×/2=0
=+×/2
式中——阀座密封面外径
=出水口内外压差×出水口面积
说明:在上述分析中,作用点逐渐移向A点时,出水口已逐渐产生泄露,因此,、数值在随时发生变化,这些未予考虑。

图2
3、对浮球式疏水阀设计中几个问题的探讨
由于浮球式疏水阀的工作原理,主要是通过管道中形成的冷凝水对浮球产生浮力的变化来实现阀门的开启,达到排水的效果。

因此,疏水阀在设计过程中,为满足排水要求,事先考虑的是灵敏度要高,其次是结构要紧凑,加工精度高,使用寿命长。

下面就疏水阀设计中几个问题进行探讨:
3.1 浮球重量的确定
浮球重量不易过大,根据浮球受力分析,浮球重量越大,打开阀门所需浮力越大,阀门的灵敏度越低,在满足其他技术要求的前提下,浮球重量越轻越好。

3.2 出水口位置的确定
根据阀门打开状态时的受力分析:=+×/2。

当浮球重量不变时,值与值成反比,值越大,打开阀门所需的浮力越小,阀门的灵敏度越高。

按图2所示,用角度表示的话,值越大,β值越小,β=时,值最小,β=时,值最大,考虑到浮球的加工因素,β值选左右为宜。

3.3 出水口直径的确定
当阀门打开状态时:=+×/2,由此可知,与成正比,即越大,打开阀门所需的浮力越大,=出水口内外压差×出水口面积,所以,出水口面积即出水口直径越大,越大,在满足排水需求的情况下,出水口直径越小越好。

3.4 浮球尺寸的确定
浮球尺寸由打开出水口浮力大小而定,在全部侵入冷凝水时,浮球所受浮力应大于打开出水口所需浮力。

在满足其他技术要求前提下,浮球尺寸越小越好。

浮球尺寸小,阀门结构紧凑,生产成本低。

4、结语
浮球式疏水阀结构简单,内部只有一个活动部件,经过精细研磨的不锈钢空心浮球既是浮子又是启闭件,工作噪音小,灵敏度高,性能稳定,阻汽、排水、节能效果显著,是石化、轻纺等行业的理想产品,市场发展前景广阔。

参考文献
[1]陆培文.实用阀门设计手册.机械工业出版社,2007,8.。