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減壓閥的結構與冷凝水積滯的可能性
應該講,減壓閥是一種較為復雜的閥門,結構繁雜,閥內套閥(一只閥中有二只功能截然不同的導閥和主閥)必須詳細地來了解一下他們的結構和相關作用。以目前zui常用的國產y43h系列活塞式減壓閥和進口的導閥型減壓閥為例,進行對比介紹。
1.1主要結構及相關區別
從圖中可以看出,無論國產還是進口,結構雖然有所不同,但都是由調節彈簧組件、導閥組件、主閥組件及調節通道四大部分組成的。
1.1.1調節彈簧組件和導閥組件:除了導閥的閥芯形狀的區別外(一個是錐臺,一個是球體)相差無幾。
1.1.2主閥組件:結構上*相反
國產主閥的閥芯布置在閥座的下面,進氣方向為低進高出,呈橫s形;
進口主閥的閥芯布置在閥座的上面,進氣方向為高進低出,呈反橫s形。
1.1.3壓力調節通道(圖1中的α、β、γ,圖2中的a、b、c)布置形式不同
國產閥壓力調節通道都預置在閥體內部(內置式),進口閥壓力調節通道都是用銅管連接在閥體外面(外置式)。
1.1.4β通道和b通道的功能區別
國產β通道是從導閥的環形汽腔直接通向下面的活塞氣缸上腔,只有連接的功能。
進口b通道是從主供汽通道分流連接到下游出口的閥體上(一個很細的孔),這個通道作用很特殊,它不僅僅與主隔膜下腔形成壓差,有助于主閥膜片的運動,同時也能排走一部分余壓蒸汽及冷凝水到下游出口管段,更有利于主閥的迅速關閉。
v國產閥,只要當導閥被開啟后,冷凝水就會很快從α通道進入導閥上部的環形汽腔,β通道及活塞汽缸上腔,隨著活塞的下行,冷凝水越積越多,直至活塞行程到達下死點時至,在此過程中汽缸變成了“水缸”了。國產閥,由于結構特點盛水容積相對較小,所以只要小量的凝水就能充盈這些部位。
進口閥,當導閥開啟后,冷凝水一般都沉積在汽缸、活塞汽缸上腔及主隔膜片下腔這些主閥運動的原動機構,及β、a、b通道這些壓力傳輸系統。由此可見由于減壓閥自身結構的特點,閥內冷凝水的積滯是必然的,而且都是閥門工作核心部位。
從減壓閥的工作原理來分析冷凝水對穩壓調節功能的破壞性
要深入探討冷凝水對減壓閥穩壓調節功能的影響,首先,必須了解減壓閥的工作原理及相互關系。
2.1國產減壓閥的工作原理
導閥的開啟都是利用頂部的調節螺栓順時針方向擰動,使彈簧縮產生的彈力,使導閥膜片向下凹陷,作用在導閥連桿上的力,使之向下位移打開導閥。當導閥開啟后,上游進汽管段a腔的蒸汽通過α通道(供汽調節通道),經過導閥進入導閥環形汽腔,由β通道直接送到下面的活塞汽缸上腔。在a腔蒸汽不斷的供給下,壓力持續升高,推動活塞下行打開主閥,這時蒸汽*從a腔流至b腔。當下游出口管段b腔負荷滿足的情況下,余多的蒸汽又使b腔內的壓力不斷升高。不斷升高的壓力通過γ通道(壓力感應通道)反饋到導閥膜片下腔,使導閥膜片向上突起,克服了上部調節彈簧的壓力,導閥被關小或關閉。從而,關小或關閉來自上游α通道的蒸汽源。當活塞汽缸上腔壓力下降時,在下面復位彈簧的作用下,主閥被關小或關閉,這時b腔內的壓力開始下降,這樣周而復始達到調壓的目的。
2.2進口減壓閥的工作原理
當導閥打開以后,從圖2中可以看出,上游管段a腔的蒸汽迅速進入內部過濾罩,通過導閥到達a通道(供汽調節通道),當a通道充滿蒸汽后直接被送至主閥膜片下腔,同時一部分蒸汽通過b通道(壓力控制通道)被分流進入b腔。主閥膜片下腔在a通道蒸汽不斷地供給下,主伐膜片受壓后向上突起,所產生的推力推動主閥桿向上運動,打開主閥,同樣蒸汽*地從a腔流向b腔。當下游出口管段負荷滿足的情況下,余多的蒸汽同樣也使b腔內的壓力不斷升高,不斷升高的壓力通過c通道(壓力感應通道)傳輸到導閥膜片下汽腔,此時導閥膜片向上突起,克服上部調節彈簧的壓力,導閥被關小或關閉,減小和切斷來自a腔的蒸汽。當主閥膜片下腔壓力逐步減小后,上部主閥彈簧發生作用,使主伐閥芯下行回座,主閥被關小或關閉(多余的蒸汽同時通過b通道釋放進入b腔,主閥被迅速關閉),使得b腔的壓力不斷下降,這樣來實現調節的。(導閥打開的原理,進口閥和國產閥相同,略)
2.3冷凝水破壞穩壓調節功能機理的分析
當下游壓力升高(b腔內)需要壓力下調時。正常情況下b腔超高的壓力,通過壓力感應通道(γ)傳至導閥,使導閥關小或關閉,從而關小和切斷來自a腔的汽源。當冷凝水侵入到汽缸、環形汽腔時,由于水不可壓縮的特性,此時,主閥復位彈簧*失去了作用,活塞不能上行,主閥無法關閉,入口(a腔)的蒸汽仍*,通過常開狀態的主閥流入b腔。使之壓力超高而失控。同例,看進口閥(見圖2)當系統冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時。來自a腔蒸汽的推力下,主閥膜片處于向上鼓起狀態。同樣,是水不可壓縮特性,使上部復位彈簧無法下行回座,主閥也同樣處于常開狀態,穩調節功能遭到破壞。
這里,要強調一點的是,雖然,減壓閥屬于比例調節閥,但是,當冷凝水充滿了閥內這些核心工作部位時,比例調節性質*改變了,其關鍵的問題,在于運動部件的摩擦阻力的作用及動作順序先后的時間差,決定了主閥運動具有滯后性。(導閥動作在先,主閥尾隨在后)當接受來自γ及c通道超壓訊息后,首先,關小或關閉導閥。這樣,切斷了閥內冷凝水的退路,顯然,活塞和主閥膜片就無法運動。
綜合上述的分析和探討,很明確,系統冷凝水對供熱工程百害而無一利。由此結論,系統冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩壓調節功能的zui基本的原因。
系統冷凝水是*的來源
在寫這篇文章過程中有同行提出,減壓閥在其自身工作過程的熱交是否會產生冷凝水?這個問題的提出,使我們要考慮減壓閥內部是否也會析出冷凝水的問題?所以有必要來了解一下減壓閥工作過程的熱工狀態。為了更形象直觀地說明問題,擬借lgp-i圖來分析一下,看看在壓力降低的情況下,它們各相關狀態參數的變化情況,會有一個答案。
假設上游進口壓力為(閥前)p1,下游出口壓力為p2,p1與干飽和蒸汽線相交于o1沿等焓線下行。下游出口壓力p2與等焓線相交于o2,當壓力從p1下降到p2時,其它相關參數也發生相應的變化。
從圖3中可以看出,壓力從p1降至p2沿等焓線進行,所以焓沒有改變,但是熵從s1增加到s2,比容也從v1增加到v2,但溫度從t1下降到t2。
由此看來,蒸汽經過減壓閥的流動過程,應該認為是絕熱節流過程。這種絕熱節流過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動過程。蒸汽節流后焓值不變,比容和熵都有所增加,溫度略有下降。蒸汽經過減壓閥后,非但不會產生冷凝水,而且蒸汽干度也得到了提高,可以說冷凝水的產生來自系統,而且是*的。這樣,對于防止和減少冷凝水進入減壓閥的措施方法也變得簡單了。
措施和方法
4.1管道中冷凝水排除一種好的做法
蒸汽熱源到各用汽終端,沿程少則幾十米,多則幾百米或更長,加上有的設備用汽的間斷性,蒸汽管路不斷與環境進行熱交換,這部分冷凝水的排除通常的做法采用分段疏水來解決的。那么效果如何?從圖4中我們可以看出,由于我們選用的疏水管口徑都比較細,可以想象,當管內蒸汽流速在十幾到幾十米/秒?時,實際情況是冷凝水在沒排掉多少時,它已經被沖過疏水管口了。這種傳統做法排水效率低,效果不理想。
在輸汽總管與疏水管之間加裝了一段凝水匯集短管,管徑粗,集水能力強,疏水管從凝水短管的腰部引出,形成水封蒸汽不易逃逸。凝水短管的口徑與蒸汽輸送管的比,推薦為1/2~2/3。如dn100口徑的供汽管,凝水匯集短管的口徑可選擇50~80的口徑。這種方法排量大,效果好,目前國外普遍采用的辦法,值得借鑒。
4.2減壓裝置汽水分離器的設置至關重要加設汽水分離器能zui大程度保證干燥蒸汽的供給,對減壓裝置的穩定工作,使用壽命是一個重要的保障措施。筆者根據重力分離與阻疑相結合原理設計出的一種汽水分離器,實際使用效果不差,僅供參考。
綜觀國外汽水分離器產品,從原理上分有重力式、阻凝式、離心式。從形式上看有臥式、立式,品種多樣,規格齊全。但目前國內市場卻無產品可選。現在大多使用的是國外產品。(價格昂貴,望而卻步)
凝水滯留對一個蒸汽供熱系統來講是有百害而無一利的。因此,汽水分離器的研制開發有很多事情可做,望同行們共同關注。
4.3減壓裝置設計中的幾個問題:
(1)在汽水分離器凝水排放口下端必須設置一個獨立排放口,用于設備啟動時排水。
(2)旁通的設置,在減壓閥的上方,或者平行設置。
(3)蒸汽過濾器緊貼減壓閥安裝。
(4)選用減壓閥流量要合適,設備的耗汽量要準確計算。筆者的體會,減壓閥的流量應該比設備耗汽量大10~20%為宜,千萬不要出現“大馬拉小車的情況”,否則,對減壓工況的穩定也有影響。
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