ES822F-45 型疏水阀任务靠得住性研究

ES822F-45 型疏水阀任务靠得住性研究 ES822F-45型蒸汽疏水阀工作可靠性研究 邹清远 一、问 疏水阀ES822F-45型在厂内动作试验时，在低压时动作正常，关闭严密，在高压时能关阀关闭不严密，有明显漏汽(可见喷出汽流长度1尺左右)。ES822F-45型在高压时能否正常运行阻汽排水, 二、解决问题的思路 (一)借鉴ER25-25/45/65型疏水阀的动作可靠性设计计算分析 1. ER25-25/45/65型疏水阀的动作 1) 主、副阀座孔都开启状态 主阀开、副阀开、止回阀闭:凝结水充满阀体内腔(吊桶内外)，主阀、吊桶处 于下沉状态，凝结水(可含空气)通过主阀座孔排出，阀处于大排量排水状态。 2) 由开启趋向关闭状态 杠杆等折合在吊桶轴线上的最大等效浮力大于杠杆等折合在吊桶轴线上的等效 重力。凝结水夾带的少量蒸汽进入吊桶内，浮力远大于重力，吊桶快速上升，通过杠 杆带动主、副阀芯上升。止回阀首先开启，再关闭主阀座孔，后关闭副阀座孔(SCCV 自动定心、自动关闭方式，主阀关闭后副阀芯在高压差射流吸引作用下和惯性向上运 动作用下关闭副阀座孔)。如果高压下吊桶重量占其最大浮力百分数过大的异常情况 是阀体内凝结水完全被蒸汽吹除而失去水封，吊桶失去浮力，阀门不关闭，疏水阀跑 汽运行，漏汽量可达45,～ 有关力平衡方程计算分析见表1。 3) 主、副阀座孔都关闭状态 主阀闭、副阀闭、止回阀开:主阀、吊桶处于高处，凝结水和蒸汽都不通过阀座孔排出，阀处于关闭状态。囯标允许?0.5,的无负荷漏汽率，如果密封副划伤或卡塞固体杂质，无负荷漏汽率会超标，漏汽明显。 4) 由关闭转入副阀小孔开启状态 主阀闭、副阀开、止回阀开:吊桶内蒸汽一方面不断凝结成水，一方面不断从排汽小孔逸出，吊桶浮力减小，吊桶下沉，通过杠杆带动副阀芯下沉打开副阀座孔，阀处于小排量排水状态。有关副阀临界开启力平衡方程计算分析见表2。 5) 副阀打开副阀孔后主阀仍处于关闭状态 保持主阀闭、副阀开、止回阀开:由关闭转入副阀小孔开启状态，至副阀下端设有关闭反密封座孔的止回阀开，主阀仍处于关闭状态。液体压力的关闭主阀孔阀力的合力(?)不小于打开主阀孔的主阀芯部件的有效重力(?)，计算分析见表3，蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26。 6) 由副阀座孔开启趋向主阀孔开启状态 趋向主阀开、副阀开、止回阀闭:吊桶内蒸汽继续一方面不断凝结成水，一方面不断从排汽小孔逸出，吊桶浮力继续减小，吊桶继续下沉，通过杠杆带动副阀芯继续下沉，直至副阀下端关闭反密封座孔。此时主阀下端与内腔经副阀孔通阀后低压区(或大气)，而主阀的上端，处在凝结水压力的作用下，使主阀开始下沉，阀趋向主阀孔开启状态。如果密封副(两处:活塞、反密封)划伤或凝结水污垢多卡塞固体杂质，漏汽水率会过大，主阀下端与内腔低压区不会形成，或凝结水粘性大而活塞被粘附，主阀就不会开始下沉开阀，阀仍处于小排量排水状态，主阀不开启是用户使用中排量不夠的主要原因。有关主阀临界开启力平衡方程计算分析见表4。 2. ER25-25/45/65型疏水阀的工作可靠性深入计算分析 对ER25-25/45/65型疏水阀工作可靠性计算见表1、表2、表3、表4，《实用阀门设计 》图5-206，蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26。 2.1 由开启趋向关闭的受力状态计算分析 2.1.1 计算分析 吊桶部件浮力远大于重力，浮力向上开阀力矩远大于重力关阀力矩，吊桶快速上升，通过杠杆带动主、副阀芯上升，止回阀首先开启，再关闭主阀座孔，后关闭副阀座孔(SCCV自动定心、自动关闭方式，主阀关闭后副阀芯在高压差射流吸引作用和惯性向上运动作用下关闭副阀座孔)，计算忽略滑动磨擦阻力、汽水向上流动推力等。除吊桶外，各零件重量用计算机理论计算数据。 表1 主阀、副阀由开启趋向关闭状态吊桶部件力平衡方程计算表 计算结果 序计算数据名称 符号 公 式 单位 号 ER25-65 ER25-45 ER25-25 1. 工作压差范围 ΔP 设计给定 MPa 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 1 2. 工作压力 PMO 设计给定 MPa?G 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 3. 临界力平衡方程 ?F=0 N W,F=0(匀速上升)，W,Fmax <0(加速上升) Z 杠杆等折合在(W?ΔW)，W，124. 吊桶轴线上的 ,1.2383(10.5745N,12.1436N) W Kgf 1.0783W，W，W 345等效重力 W? 15. 设计吊桶重 力 设计给定 N 理论重量10.3166;10.2185?0.7845(9.731,10.706) ΔW W约F×(90.6%?1 max6. 设计吊桶重 力 计算机理论计算重量1.052;1.042?0.080(0.962,1.122) Kgf ?ΔW 7%) 螺栓29.634gf，锁紧螺母21.098gf，销轴11.664g，开囗销1.684gf， 吊桶连接件 7. W 2等效重力 合计:64.08 gf ? 0.064 Kgf = 0.6276 N 连接片 连接片20.876gf， 8. W 3等效重力 等效重力约等于0.010 Kgf = 0.0981 N 销轴4.507gf，开囗销0.582gf，副阀连接杆21.422gf，导承帽8.676gf，弹性园柱销0.431gf，副阀芯部件 9. W 阀导承3.106gf，副阀芯1.370gf，合计:40.094gf， 4等效重力 等效重力约等于0.040×13.5?39 = 0.0139 Kgf = 0.1361 N 主阀芯套67.932gf，轴用弹性挡圈0.662gf，主阀芯13.113gf，合计:81.707 gf ? 0.082 主阀芯部件 10. W Kgf = 0.8041N， 5等效重力 等效重力约等于0.082×13.5?39 = 0.0284 Kgf = 0.2785 N 11. 单位換算 1 Kgf =1000gf=9.80665N 12. 杠杆比 (a，b)/b 2.89?3 13. 短力臂 b设计给定 ? 13.5 14. 长力臂 设计给定，a，b ? 39 杠杆等折合在15. F F，F，F，F，F N/ Kgf 20?水时，15.8152N/1.6127 Kgf 冷水12345MAX吊桶轴线上的 最大等效浮力 11.3169/1.154 12.1210/1.236 13.0173/1.327 F 热水max15.0228/1.5319 15.0228/1.5319 15.0228/1.5319 ,9 (/4)×10冷水充空气时π16. (忽略空气重力) FKgf 1.59791MAX2吊桶最大浮力 (D)(H) ′′ρ ,9 (π/4)×10高低工作压吊217. (D′)(H′)ΔρFN 11.2124/14.8859 12.0130/14.8859 12.8932/14.8859 1max桶最大浮力 g ,9 (π/4)×10高低工作压吊18. FKgf 1.143/1.5179 1.225/1.5179 1.315/1.5179 1max2桶最大浮力 (D′)(H′)Δρ (W?ΔW)?γ×最高工作压力1119. F Kgf 0.0910,0.1062 0.0959,0.1119 0.1015,0.1184 1min吊桶最小浮力 ρ (W?ΔW)?γ×最低工作压力1120. ,0.1348(对应吊桶重力1.042?0.080) FKgf 0.11561min吊桶最小浮力 ρ 21. 吊桶内径 D 设计给定 ? 130 22. 园周率 π π 3.1415926 223. 重力加速度 g m/s 9.80665 24. 吊桶外径 D′ 设计给定 ? 132 25. 吊桶内高度 H 设计给定 ? 115 26. 吊桶外高度 H′ 设计给定 ? 117 3 27. 冷水密度 ρ 查表，20?水 Kg/m998 998 998 328. 飽和水密度 ρ 查蒸汽性质表 Kg/m 747.60/948.95 787.836/948.95 833.889/948.95 329. 飽和蒸 汽密度 γ 查蒸汽性质表 Kg/m 33.51/0.90 22.758/0.90 12.750/0.90 330. 密度之差 Δρ ρ,γ Kg/m 714.09/948.05 765.08/948.05 821.14/948.05 F 冷水2?水时，0.0081 20吊桶连接件 31. W?γ×ρ Kgf 21等效浮力 F 热水20.0061/0.0077 0.0064/0.0077 0.0068/0.0077 332. 不锈钢密度 γ 查表 Kgf/m 7900 1 F ?水时，0.0013 20连接片 冷水333. W?γ×ρ 31等效浮力 F 0.0009/0.0012 0.0010/0.0012 0.0011/0.0012 热水3 F 20?水时，0.0018 副阀芯部件 冷水434. W?γ×ρ Kgf 41等效浮力 F 0.0013/0.0017 0.0014/0.0017 0.0015/0.0017 热水4 F?水时，0.0036 20主阀芯部件 冷水5 35. W?γ×ρ Kgf 51等效浮力 F 0.0027/0.0034 0.0028/0.0034 0.0030/0.0034 热水5 36. 等效重力 与最K 72.4623?72.46 冷水 大等效浮力比W/ F , max37. K 101.24 94.55 88.06 热水理论值 (W?W)，W，等效重力变化Δ1238. W ,1.2383(10.5745N,12.1436N) Kgf 1.0783范围 W，W，W 345 ? W139. 吊桶重量 范围 设计给定 Kgf 1.042?0.080 ΔW 20?水时，1.6062,1.6228 F冷水MAX (F?ΔF)，F，F最大等效浮力1231,1.1616 1.228,1.244 1.319,1.335 1.14640. Kgf变化范围 ，F，F F 45热水max最低工作压力时，1.5233,1.5415 ?水时，0.0101 Kgf 20吊桶重量误差41. F W?× ΔΔγρ11引起浮力误差 Kgf 0.0076/0.0096 0.0080/0.0096 0.0084/0.0096 42. K 20?水时，67.13,76.31(平均71.72) 冷水等效重力与最,106.6 ,99.5 ,92.8 94.187.8180.7743. 大 等效浮力比W/ F , max(平均100.35) (平均93.66) (平均86.7) K 热水变化值 44. 最低工作压力时，70.79,80.33(平均75.56) 轻吊桶合格， 吊桶快速45. 轻吊桶良好 优秀 上升效果 重吊桶不合格， 等效重力与最大等效浮力比变化值K，随凝结水温度升高而増大;K等于70,,93,，吊桶快速上升效果好。 1) 2) 采用杠杆比2.89，使开关阀的动力(等效重力与最大等效浮力之差的絕对值)扩大2.89倍(约3倍)。 3) ER25-25型，工作压差范围0.05,2.5 MPa?G，最高工作压力3.2 MPa?G时吊桶快速上升效果好，能关阀。 4) ER25-65型，制造方吊桶用钢板减公差为多，吊桶实际重量偏轻，使用方工业运行压力远小于最高工作压力6.5 结MPa?G，吊桶快速上升效果合格; 论 5) ER25-65型，在接近最高工作压力6.5 MPa?G使用，吊桶实际重量偏重时，等效重力大于最大等效浮力，吊 桶不能快速上升运动，不能关阀。 ?,0.0800.0906) 建议ER25型吊桶重量由1.042kgkg(原较重吊桶用于ER25—25型)设计更改为1.050kg(1.050 kg 为宫胁公司样机零件称重，ER25型通用);制造严格控制吊桶重量，不超重～ 2.1.2 借鉴要点 1) 等效重力与最大等效浮力比变化值K，随凝结水温度升高而増大;K等于70,,93,， 吊桶快速上升效果好 2) 采用杠杆比2.89，使开关阀的动力(等效重力与最大等效浮力之差的絕对值)扩大2.89 倍(约3倍)。 3) 制造方吊桶用钢板减公差为多，吊桶实际重量偏轻，使用方工业运行压力远小于最高 工作压力6.5 MPa?G，吊桶快速上升效果合格; 4) 在接近最高工作压力6.5 MPa?G使用，吊桶实际重量偏重时，等效重力大于最大等 效浮力，吊桶不能快速上升运动，不能关阀。制造工艺严格控制吊桶重量，不超重～ 2.2 由关闭转入副阀小孔开启受力状态计算分析 2.2.1 计算分析 吊桶内蒸汽一方面不断凝结成水，一方面不断从排汽小孔逸出，吊桶浮力减小，吊桶下沉，通过杠杆带动副阀芯下沉打开副阀座孔，阀处于小排量排水状态。如果总重力的开阀力矩不大于浮力与液体压力差的关阀力矩的和，疏水阀仍处于关闭状态。副阀临界开启力平衡方程验证计算中吊桶重量按现行产品图规定1.042 kgf?0.080 kgf(0.962 kgf,1.122 kgf)计算。见表2、《实用阀门设计手册》图5-206。 表2 副阀临界开启力平衡方程验证计算表 序计算数据名称 符号 公 式 单位 计算结果 号 ER25-65 ER25-45 ER25-25 1. 工作压差范围 P 设计给定 MPa 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 Δ1 2. 工作压力 PMO 设计给定 MPa?G 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 副阀芯临界力矩平衡方3. ?M=0 N?? (W,F)×(a，b),F×b=0 Oc程 4. 短力臂 b设计给定 ? 13.5 13.5 13.5 5. 长力臂 设计给定，a，b ? 39 39 39 蒸汽压差 26. F(π/4)d ×ΔP N 13.0690/0.1005 15.5862/0.1732 18.8692/0.3774 c 1关阀力 26666227. 单位換算 1MPa=10Pa=10N/?=10 N/(10mm)=1N/?=10.19711 Kgf/cm;1 Kgf =1000gf=9.80665N 8. 园周率 π π 3.1415926 ，，，0.10.10.19. 副阀座孔直径 d 设计给定(取极大值) ? 1.6(1.5) 2.1(2) 3.1(3) 10. 吊桶内径 D 设计给定 ? 130 11. 吊桶外径 D′ 设计给定 ? 132 12. 吊桶内高度 H 设计给定 ? 115 13. 吊桶外高度 H 设计给定 ? 117 ′ 314. 飽和水密度 ρ 查蒸汽性质表 Kg/m 747.60/948.95 787.836/948.95 833.889/948.95 315. 飽和蒸汽密度 γ 查蒸汽性质表 Kg/m 33.51/0.90 22.758/0.90 12.750/0.90 316. 密度之差 Δρ ρ,γ Kg/m 714.09/948.05 765.08/948.05 821.14/948.05 ,,,11.211912.015112.9056杠杆等折合在N (F?F)，F，FΔ123111.3649 12.172 13.0625 吊桶轴线上的 17. ，FF热水4 max最大等效浮力1.1433,,1.2252查表3 kgf ,1.332 1.316变化范围 1.1589 1.2412 杠杆等折合在(W?ΔW)，W，12吊桶轴线上的18. W W，W,11.8651 N 10.29634 等效重力变化查表3 范围 主阀芯部件 主阀芯部件在关闭状态由压差关阀力压贴在阀盖上，它们的重力和浮力不作用在副阀芯19. 等效重力 、浮W/ F5 5部件上，即不计算副阀芯部件受主阀芯部件等效重力W和浮力F～ 55力 等效重力与最20. W/ F % 91.83,104.40 85.69,97.48 79.78,90.83 K热水max大等效浮力比 ,9 (π/4)×10最高工作压时21. F Kgf 1.143 1.2250 1.315 max2吊桶最大浮力 (D′)(H′)Δρ 约F×(90.6%?max22. 设计吊桶重量 W ?0.080(0.962,1.122) Kgf 1.0427%) ,,5.77213.7644,6.4699/ 平衡态等效浮4.901W,,b/(a，b)×7.3412/ 5.3335/ 23. 力(对应 等效F 10.2360,N F,，>0 10.2612,10.1654,c重力变化) 11.8051 11.8303 11.7345 最高工作压力9F×4×10)?((π,79 ,65 ,50 62493524. 平衡态桶充汽 h ? (平均70.5) (平均57) (平均42.5) 2××D×Δρ×g) 高度 最高工作压力,68.7 ,56.5 ,43.5 53.942.630.425. 平衡态桶内充 η (h/ H)×100 , (平均61.3) (平均50) (平均37) 汽高度比例 最低工作压力9F×4×10)?(π83,96 ,96 ,95 (838226. 平衡态桶内充 h ? 2××D×Δρ×g) (平均89.5) (平均89.5) (平均88.5) 汽高度 最低工作压力,83.5 ,83.5 ,82.6 72727127. 平衡态桶内充 η (h/ H)×100 , (平均77.8) (平均77.8) (平均77) 汽高度比例 28. 副阀开启效果 合格 优秀 良好 1) 最高工作压力等于工作压差，ER25—65/45/25都能顺利实现由关闭转入副阀小孔开启状态。 2) 最高工作压力桶内充汽高度比例为50%为优秀。 最高工作压力平衡态桶充汽高度分别为:ER25—65:62,79(平均70.5);ER25—45:49,65(平均57);ER25 —25:35,50(平均42.5)，占吊桶高度的百分数为:30%,69%，平均50%，合理。 结3) 最低工作压力0.05MPa?G时平衡态桶充汽高度为82?,96?，(平均87?)，占吊桶高度的百分数为:71%,论 83.5%，平均77%，合理。 4) 注意:在接近最高工作压力6.5 MPa?G使用，吊桶实际重量偏重，等效重力大于最大等效浮力，吊桶不能快 速上升运动，不能关阀，也就不存在由关闭转入副阀小孔开启状态～ 2.2.2 借鉴要点 65/45/25都能顺利实现由关闭转入副阀小孔开启5) 最高工作压力等于工作压差，ER25— 状态。 6) 最高工作压力桶内充汽高度比例为50%为优秀。最高工作压力平衡态桶充汽高度分别 为:ER25—65:62,79(平均70.5);ER25—45:49,65(平均57);ER25—25:35, 50(平均42.5)，占吊桶高度的百分数为:30%,69%，平均50%，合理。 7) 最低工作压力0.05MPa?G时平衡态桶充汽高度为82?,96?，(平均87?)，占吊 桶高度的百分数为:71%,83.5%，平均77%，合理。 8) 在接近最高工作压力6.5 MPa?G使用，吊桶实际重量偏重，等效重力大于最大等效 浮力，吊桶不能快速上升运动，不能关阀，也就不存在由关闭转入副阀小孔开启状态。 应予以重视。 2.3.1 副阀打开副阀孔后主阀仍处于关闭状态的计算分析 2.3.2 计算分析 由关闭转入副阀小孔开启状态，至副阀下端没有关闭反密封座孔，主阀仍处于关闭状态。液体压力的关闭主阀孔阀力的合力(?)不小于打开主阀孔的主阀芯部件的有效重力(?)，计算分析见表3，蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26。 表3 疏水阀ER25-25/45/65型副阀开启后主阀仍处于关闭状态的力平衡计算表 计算结果 序计算数据名称 符号 公 式 单位 号 ER25-65 ER25-45 ER25-25 工作压差范围 ΔP 设计给定 MPa 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 11. 工作压力 PMO 设计给定 MPa?G 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 2. 3. 主阀芯临界力 (F,F),(WF)?0或(F,F)?(WF) ,,55c1c25c1c25N ?F?0 Z(蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26) 平衡方程 4. 工作压 力关阀(π/4)× 4581.5102/ 3165.2763/ 1748.2767/ N Fc1 22力(?)(D35.2424 35.1697 34.9655 ,d)×P21 5. 园周率 π π 3.1415926 3.1415926 3.1415926 ，0.040,0.092,0.052? 6. 活塞部外径 D 设计给定 φ30(活塞缸φ30，活塞φ30) 2 ，，0.1，0.10.1? 1.6(1.5) 2.1(2.0) 3.1(3.0) 7. 副阀座孔直径 d设计给定(取大值) 1 ?G 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 P MPa 计算工作压力 设计给定 8. 2 P Kgf/cm65/0.5 4.5/0.05 2.5/0.05 29. 工作 压力开阀(π/4)×(D,4487.7266/ 3050.4273/ 1638.6388/ 2N Fc22力(?) d)×P34.5210 33.8936 32.7728 2 10. 主阀座孔直径 设计给定 4.575 6.075 8.090 ? d2 ，0.075，0.075，0.09(取大值) (4.5) (6.0) (8.0) N 0.8016 0.8022 0.8012 11. 主阀芯 部件重1 0.0817 0.0818 0.0817设计给定， W5 kgf 力 N 0.0755 0.0816 0.0843 12. 热水中 主阀芯 W?γ×ρ F551 kgf 0.0077 0.0081 0.0086 部件浮力(?) 3 7900 7900 7900 kg/m13. 不锈钢密度 查表 γ1 3飽和水密度 ρ 查蒸汽性质表 Kg/m 747.60/948.95 787.836/948.95 833.889/948.95 14. MPa 15. 活塞 两端压差 ΔP 活塞两端压力相同 0 2 16. (F,F) 93.0579(?)/ 114.1247/ 108.921/ 主阀芯部件 c1c2N ?F Z旳合力(?) ,(W,F) ,0.0043，(?) 0.5555，(?) 1.4758，(?) 55 N 17. 93.7836/0.7214 114.849/1.2761 109.6379/2.1927 介质作用合力 ?F F,F cc1c2(?) Kgf 9.5633/0.0736 11.7113/0.1301 11.180/0.2236 N 18. 0.7257 0.7206 0.7169 主阀芯部件 W,F G525有效重力(?) kgf 0.0740 0.0735 0.0731 主阀座孔直径19. 0.460;0.464;0.458;0.461;0.464;0.467; 2最小值(P取?,1.27 Gβ?22 cm 0.459;0.463 0.458;0.460 0.464;0.467 d20.5 Kgf/cm) 20.5,(β,1)P,, (最大0.464) (最大0.461) (最大0.467) 20. 主阀孔、副阀 3(4.5?1.5); 3(6?2); 2.7(8?3); 孔直径比 2.8125(4.5?1.6); 2.8571(6.0?2.1); 2.5806(8.0?3.1); βd?d 213.05(4.575?1.5) 3.0375(6.075?2.0) 2.6967(8.09?3.0); 2.8594(4.575?1.6) 2.8929(6.075?2.1) 2.6097(8.09?3.1) 21. 工业运行情況 优秀(最高背压率远大于标准80%) 5) 最高工作压力等于工作压差，液体压力的关闭主阀孔阀力的合力(?)不小于打开主阀孔的主阀芯部件的有效 重力(?)，ER25—65/45/25都能顺利实现由关闭转入副阀小孔开启状态，至副阀下端没有关闭反密封座孔， ,52主阀仍处于关闭状态。其中ER25—65的主阀芯部件的合力(?)在0.5 Kgf/cm压力下为0.0043N=4.2×10，结(?)，约为零，主阀芯部件不会由静止加速运动，主阀仍处于关闭状态。 论 6) 主阀座孔设计给定值不小于最低工作压力P取0.5 Kgf/cm2计算时主阀座孔直径，ER25—65设计主阀座孔4.5 ，，，0.0750.0750.09约等于0.464?;ER25—45设计主阀座孔6.0>0.461?;ER25—65设计主阀座孔8.0>0.467?: 副阀开启后主阀仍处于关闭状态。 注1:主阀芯部件重量:主阀芯套67.932gf，轴用弹性挡圈0.662gf，主阀芯13.148gf(ER25-65);13.205gf(ER25-45); 13.113gf(ER25-25)。 2.3.3 借鉴要点 9) 最高工作压力等于工作压差，液体压力的关闭主阀孔阀的合力(?)不小于打开主阀 孔的主阀芯部件的有效重力(?)。例如，ER25—65/45/25都能顺利实现由关闭转入 副阀小孔开启状态，至副阀下端没有关闭反密封座孔，主阀仍处于关闭状态。其中ER25 —65的主阀芯部件的合力(?)在0.5 Kgf/cm2压力下为0.0043N=4.2×10,5，(?)， 约为零，主阀芯部件不会由静止加速运动，主阀仍处于关闭状态。 10) 主阀座孔设计给定值不小于最低工作压力P取0.5 Kgf/cm2计算时主阀座孔直径。 ，20.075例如，最低工作压力P取0.5 Kgf/cm计算时ER25—65设计主阀座孔φ4.5约等 ，0.075于φ0.464?;ER25—45设计主阀座孔φ6.0>φ0.461?;ER25—25设计主阀座孔φ，0.098.0>φ0.467?:副阀开启后主阀仍处于关闭状态。 2.3 副阀下端关闭反密封座孔趋向主阀孔开启状态的计算分析 2.4.1 计算分析 吊桶内蒸汽继续一方面不断凝结成水，一方面不断从排汽小孔逸出，吊桶浮力继续减 小，吊桶继续下沉，通过杠杆带动副阀芯继续下沉，直至副阀下端关闭反密封座孔。此时主阀下端与内腔经副阀孔通阀后低压区(或大气)而压力降低，而主阀的上端，处在凝结水高压力的作用下，使主阀开始下沉，阀趋向主阀孔开启状态。 有关主阀临界开启力平衡方程计算分析见表4，蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26。 如果密封副(两处:活塞、反密封)划伤或凝结水污垢多卡塞固体杂质，漏汽水率会过大，主阀下端与内腔不会压力降低，或凝结水粘性大而活塞被粘附，主阀就不会开始下沉开阀，阀仍处于小排量排水状态，主阀不开启是用户使用中排量不夠的重要原因。 表4 疏水阀ER25-25/45/65型的主阀临界开启力平衡方程验证计算表 计算结果 序计算数据名称 符号 公 式 单位 号 ER25-65 ER25-45 ER25-25 工作压差范围 ΔP 设计给定 MPa 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 11. 工作压力 PMO 设计给定 MPa?G 6.5/0.05 4.5/0.05 2.5/0.05 2. 3. 主阀芯临界力 ,F,(W,F)= 0F5c1c25 N ?F=0 Z(蒋兴可著《蒸汽疏水阀》图2-26) 平衡方程 24. 工作 压力开阀(π/4)×(D,4487.7266/ 3050.4273/ 1638.6388/ 2N Fc22力(?) d)×P34.5210 33.8936 32.7728 2 5. 园周率 π π 3.1415926 3.1415926 3.1415926 6. 主阀座孔直径 设计给定 4.575 6.075 8.090 ? d2 ，0.075，0.075，0.09(取大值) (4.5) (6.0) (8.0) 7. 主阀芯 对应主 ? 阀座孔排量相S ?d?4 ?1.14 ?1.52 ?2.02 22 等的有效行程 ，，0.1，0.10.1? 1.6(1.5) 2.1(2.0) 3.1(3.0) 8. 副阀座孔直径 d设计给定(取大值) 1 9. 副 阀芯对应副 ? 阀座孔排量相 ?d?4 ?0.4 ?0.525 ?0.62 S11 等的有效行程 10. 副 阀芯自动关? S′ ,d?4 ,0.4 ,0.525 ,0.62 11闭轴向行程 N 0.8016 0.8022 0.8012 11. 主阀芯 部件重W设计给定，见表5 5 0.0817 0.0818 0.0817kgf 力 N 0.0755 0.0816 0.0843 12. 热水中 主阀芯?γ×ρ W51 F5kgf 0.0077 0.0081 0.0086 部件浮力(?) 见表5 N 13. 0.7257 0.7206 0.7169 主阀芯部件 W,F G525有效重力(?) kgf 0.0740 0.0735 0.0731 14. 介质 压力关阀4488.4523/ 3051.1479/ 1639.3557/ N F，(W,F) F5c1c25力(?) 35.2467 34.6142 33.4897 15. 主阀芯下腔压 等于疏水阀最高背 6.3680/ 4.3377/ 2.3442/ MPa 力(压强)(?) PMOB 压:F?,(π/4)1c0.0500006 0.0492 0.0479 22 ×(D,d), 21 16. 最高背压率 RMPB PM0B/PMO , 97.97/1.000012 96.39/98.7 93.77/95.8 17. 最高背压率 RMPB 设计给定值 , ,90, ,90, ,90, 18. 活塞 临界开阀0.1320/ MPa ΔP PMO,PMOB 0.1623/0.0008 0.1949/0.0021 2,7压差 ,6×10 19. 工作 压差与临 b′ ΔP?ΔP 49.24/, 27.7/62.5 12.8/23.8 12界开阀压差比 20. 主阀芯活塞面 222b (D,d)?d 42 23.4 12.75 222积比 21. 高压下关闭压 ΔP?ΔP? 12差与临界开阀″ >42 >23.4 >12.75 b222(D,d)?d 222压差比 22. 主阀孔、副阀 βd?d 3(4.5?1.5) 3(6?2) 2.7(8?3) 21孔直径比 23. 反密封副临界 ?M=0 N?? F×b,(W,F)×(a，b)=0 Oc3 力平衡方程 杠杆等折合在24. (W?ΔW)，W12吊桶轴线上的W ，W，W,11.8651 N 10.29634 等效重力变化查表4 范围 杠杆等折合在25. ,1.1228 1.0268,1.1837 1.0876,1.2533 0.9737，F，F，F231min吊桶轴线上的 F，F N 4 最小等效浮力查表3(F) 最低工作压力时，1.2376,1.4259 热水变化范围 ,1.0415 0.9405,1.0974 0.9954,1.1611 N 0.8924最高工作压时(W?W)?Δγ1126. F1min吊桶最小浮力 ×g ρkgf 0.0910,0.1062 0.0959,0.1119 0.1015,0.1184 1.1336,1.3219 N 最低工作压时(W?ΔW)?γ1127. F1min吊桶最小浮力 ×ρg，查表3 kgf 0.1156,0.1348 N 0.0598/0.0755 0.0628/0.0755 0.0667/0.0755 吊桶连接件 ?γ×ρg， W2128. F2等效浮力 查表3 kgf 0.0061/0.0077 0.0064/0.0077 0.0068/0.0077 N 0.0088/0.0118 0.0098/0.0118 0.0108/0.0118 连接片 ?γ×ρg， W3129. F3等效浮力 查表3 kgf 0.0009/0.0012 0.0010/0.0012 0.0011/0.0012 N 0.0127/0.0167 0.0137/0.0167 0.0147/0.0167 副阀芯部件 ?γ×ρg， W4130. F4等效浮力 查表3 kgf 0.0013/0.0017 0.0014/0.0017 0.0015/0.0017 短力臂 b设计给定 ? 31. 13. 5 长力臂 设计给定，a，b ? 32. 3 9 33. 反密封副 临界26.9310,26.6737,26.6020, (W,F)×(a，b) 开阀力(?) 31.0333 30.8574 30.6563 F N c3?b 最低工作压力时，26.1687,30.1577 34. 反密封 临界压0.3429,0.3951 0.3396,0.3929 0.3387,0.3903 2ΔP F?([π/4)×d] MPa 3c33差 最低工作压力时，0.3332,0.3840 35. 反密封阀座孔 10 设计给定 ? d3直径 36. 活塞 临界开阀0.1892,0.2414 0.1483,0.2016 0.1438,0.1954 ΔP,ΔP32 压差安全裕量 ΔP MPa 4(>0) 最低工作压力时，0.3304,0.3812 37. 工业运行情況 优良 1) 最高工作压力等于工作压差，ER25—65/45/25都能顺利实现由副阀座孔开启趋向主阀孔开启状态。 2) ER25—65/45/25，活塞面积比42;23.4;12.75，最高工作压下主阀芯开阀压力差与关阀压力差的比约1/42, 1/12.75，主阀芯有效重力(W,F)作用微小可忽略不计，利用差压原理打开主阀孔，阀排量大体积小，合格。 55 3) ER25—65/45/25，最低工作压力下主阀芯开阀压力差与关阀压力差的比小于1/23.8，主阀芯有效重力(W,F)55结作用较大。ER25—45/25，主阀芯有效重力(W,F)小于压力差的关阀压力，最低工作设计给定为0.05MPa55 论 计算分析合格;ER25—65，主阀芯有效重力(W,F)约等于压力差的关阀压力，最低工作设计给定应为大55 于0.05MPa。 4) 主阀芯的反密封临界蒸汽压差ΔP约等于0.34MPa,0.39MPa，比主阀芯临界开阀蒸汽压差大(安全裕量)3 0.14MPa,0.24MPa，主阀孔开启动作可靠性高，合格。 5) 最高背压率设计计算值,93,，最高背压率设计给定值,90,，大于标准规定极小值?80,，合格。 2.4.2 借鉴要点 11) 最高工作压力等于工作压差，ER25—65/45/25都能顺利实现由副阀座孔开启趋向主阀 孔开启状态。 12) 活塞面积比42;23.4;12.75，高压下主阀芯开阀压力差是关阀压力差的约1/42, 1/12.75，利用差压原理打开主阀孔，阀排量大体积小，合格。 13) 主阀芯的反密封临界蒸汽压差ΔP3约小于0.4MPa，比主阀芯临界开阀蒸汽压差大(安 全裕量)0.14MPa,0.24MPa，主阀孔开启动作可靠性高，合格。 14) 主阀芯有效重力(W,F)小于压力差的关阀压力，最低工作设计给定为0.05MPa计55 算分析合格。 15) 最高背压率设计计算值,93,，最高背压率设计给定值,90,，远大于标准规定极小 值?80,，合格。 (二)设计验证计算现有零件利用时ES822F-45型疏水阀在进囗最高工作压力4.5MPa，背压为0MPa，压差4.5 MPa下动作可靠，疏水阀在高技术参数要求下满足用户使用要求，针对问题原因提出解决问题的技术。 三、疏水阀ES822F-45型的工作可靠性概略计算分析 (一)疏水阀ES822F-45型现有零件利用时的工作可靠性概略计算分析 1. ES822F-45型疏水阀的动作说明 1) 阀座孔开启状态 凝结水充满阀体内腔(吊桶内外)，吊桶处于下沉状态，凝结水(可含空气)通过阀座孔排出，阀处于连续不断排水状态。 2) 由阀座孔开启趋向关闭状态 吊桶杠杆等折合在吊桶轴线上的最大等效浮力大于吊桶杠杆等折合在吊桶轴线 上的等效重力。凝结水夾带的少量蒸汽进入吊桶内，浮力远大于重力，吊桶快速上升， 通过杠杆带动阀芯上升关闭阀座孔(SCCV自动定心、自动关闭方式:阀芯在高压差 射流吸引作用下和惯性向上运动作用下关闭阀座孔)。如果高压下吊桶重量占其最大 浮力百分数过大的异常情况是阀体内凝结水完全被蒸汽吹除而失去水封，吊桶失去浮 力，阀门不关闭，疏水阀跑汽运行，漏汽量可达45,～ 3) 阀座孔关闭状态 关闭严密:吊桶杠杆等折合在吊桶轴线上的最大等效浮力恒大于吊桶杠杆等折合 在吊桶轴线上的等效重力，介质压差作用力对单阀座密封比压大于密封必须比压，小 于密封许用比压;关闭严密趋向临界开启状态:介质压差作用力对单阀座密封比压小 于密封必须比压，凝结水和蒸汽也都不通过阀座孔排出，阀处于关闭状态，囯标允许 ?0.5,的无负荷漏汽率。如果单阀座密封比压远小于密封必须比压，或密封副划伤或 卡塞固体杂质，无负荷漏汽率会超标，明显漏汽。 4) 由阀座孔关闭转入开启状态 吊桶内蒸汽一方面不断凝结成水，一方面不断从排汽小孔逸出，吊桶浮力减小， 吊桶下沉，通过杠杆带动阀芯下沉打开阀座孔，凝结水充满阀体内腔(吊桶内外)， 吊桶处于下沉状态，凝结水(可含空气)通过阀座孔排出，阀处于连续不断排水状态。 2. 概略计算说明 概略计算时以吊桶重量代替吊桶及杠杆等在吊桶轴线上的等效重力，以吊桶内腔产生浮力代替吊桶及杠杆等在吊桶中心的等效浮力。 疏水阀ES822F-45型现有零件利用时的有关阀临界开启力平衡方程概略计算分析见表5。 表5 疏水阀ES822F-45型利用现有零件工作压差范围计算表 型 号 ES822F-45型 名 称 吊桶 (实用阀门设计手册图 5-206) 材 料 304/316 计算内容 重量、工作压差范围 序号 计算数据名称 符号 公 式 单位 数据或结果 1. 力矩平衡方程 (W,F)×a,F×b=0 Kgf?cm c 2. 短力臂 b设计给定 cm 0.17 3. 长力臂 a，b 设计给定 cm 2.25 24. 蒸汽压差关阀力 F (π/4)d ×ΔP Kgf 2.4363 c 5. 园周率 π π 3.1415926 6. 阀座孔计算直径 d 设计给定(取大值) cm 0.26 ，0.107. 阀座孔直径 d 设计给定 ? 2.5 12 8. 最大工作压差 ΔP 设计给定 Kgf/cm45.8870 0(210?0.010 9. 计算吊桶重量 W 约F×(74.2%?3.5%) Kg max(0.200,0.220) 相应工作温度下 210. ( /4)D ×H×?1000 Kgf 0.2830 Fπγmax吊桶最大浮力 11. 吊桶内径 D 设计给定 cm 6.8 12. 吊桶内腔高度 H 设计给定 cm 9.92 相应工作温度下 查蒸汽性质表 3 13. γ 0.7855 gf/cm凝结水重度 【4.601325(MPaA)】 " 14. 最高工作压力 P 设计给定 MPaA4.601325 " 15. 最高工作压力 P 设计给定 MPaG4.5 2 16. 最高工作压力 P 设计给定(绝压标示A) Kgf/cmA46.9202 2 17. 最高工作压力 P 设计给定(表压标示G) Kgf/cmG45.8870 2 =0.098067 MPa 1 Kgf/cm218. 单位換算 1 MPa =10.19711 Kgf/cm 1标准大气压=0.101325 MPaA 19. 平衡态最大压差下浮力 F W,(b/a×F)，>0 Kgf 0.0159,0.0359 c 平衡态最大压差下浮力与 20. 相应工作温度下吊桶最大K F?F×100 , 5.6,12.69 1max 浮力之比 221. 平衡态吊桶内充汽高度 h 4000× F/(πD ×γ) cm 0.55,1.3 平衡态吊桶内充汽高度与22. H?H×100 , 5.54,13.1 K2吊桶内腔高度之比 23. 平衡态吊桶充汽高裕量 ΔH H,h cm 9.37,8.62 max 1. 最高工作压力(最大压差4.5MPa)下浮力计算值为正数，但太小，不合理，开关阀动作频繁，出现阀出口 明显漏汽现象。 结 2. 说明现有阀座孔太大或吊桶(动力元件)尺寸太小。 论 3. 说明较多减小最大工作压差，在较低工作压差下才能利用现有零件，与在较低工作压差下试验结果一致。 (二)疏水阀ES822F-45型设计改进(减小阀座孔)工作压差范围概略计算分析 1 钟形浮子式疏水阀ES822F-45型设计改进(减小阀座孔)验证工作压差范围计算见表6。 表6 ES822F-45型疏水阀(减小阀座孔)设计验证工作压差范围 计算结果 符 序号 计算数据名称 公 式 单位 号 方案1 方案2. 方案3 1. 临界力矩平衡方程 (W,F)×a,F×b=0 c 2. 短力臂 b设计给定 cm 0.17 3. 长力臂 a，b 设计给定 cm 2.25 24. 蒸汽压差关阀力 F (/4)d ×P Kgf πΔc0.9226 1.5893 2.0759 5. 园周率 π π 3.1415926 3.1415926 3.1415926 6. 阀座孔计算直径 d 设计给定(取大值) cm 0.16 0.21 0.24 ，，，0.100.100.107. 阀座孔直径 d 设计给定 ? 11.5 2.0 2.3 2 8. 最大工作压差 ΔP 设计给定 Kgf/cm45.8870 0(210?0.010 9. 计算吊桶重量 W 约F×(74.2%?3.5%) Kg max(0.200,0.220) 相应工作温度下 210. ( π/4)D ×H×γ?1000 Kgf Fmax0.2830 吊桶最大浮力 11. 吊桶内径 D 设计给定 cm 6.8 12. 吊桶内腔高度 H 设计给定 cm 9.92 相应工作温度下 查蒸汽性质表3 13. γ gf/cm0.7855 凝结水重度 【4.601325(MPaA)】 " 14. 最高工作压力 P 设计给定 MPaA4.601325 " 15. 最高工作压力 P 设计给定 MPaG4.5 216. 最高工作压力 P 设计给定 Kgf/cmA 46.9202 2 17. 最高工作压力 P 设计给定 Kgf/cmG45.8870 2 18. 单位換算 1 Kgf/cm =0.098067 MPa 1 MPa =10.19711 Kgf/cm2 0.1303 0.0799 0.0432 19. 平衡态最大压差下浮力 F W,(b/a×F)，>0 Kgf c ,0.1503 ,0.0999 ,0.0632 平衡态最大压差下浮力 20. 与相应工作温度下吊桶K F?F×100 , 1max46,53 28,35 15,22 最大浮力之比 221. 平衡态吊桶内充汽高度 h 4000× F/(πD ×γ) cm 4.6,5.3 2.8,3.5 1.5,2.2 46.37,28.23, 15.12, 平衡态吊桶内充汽高度22. H?H×100 , K2与吊桶内腔高度之比 53.43 35.28 22.18 23. 平衡态吊桶充汽高裕量 ΔH H,h cm max4.62 6.42 7.72 24. 原设计吊桶重量 W设计给定 Kgf 1 0.210?0.010 25. 现有吊桶增减量 ΔW W,W Kgf 1 ，0.10ES822F-45型(减小阀座孔1.5):最高工作压力平衡态桶充汽高度为:46?,53?(平均49.5?);占吊桶结 论 高度的百分数为:46.37,,53.43,，平均49.9,，优秀，合理，工作可靠性高; 2 工作可靠性计算结果分析 2.1 最高工作压力等于工作压差，疏水阀ES822F-45型设计改进型(减小阀座孔分别为 ，0.10，0.10，0.101.5、2.0、2.3)都能顺利实现由关闭转入阀座孔开启状态。 2.2 最高工作压力桶内充汽高度比例为50%为优秀。 2.2.1 对照ER25—45型:最高工作压力平衡态桶充汽高度为:49?,65?(平均57?);占吊桶高度的百分数为:42.6%,56.5%，平均49.55%(平均约50%)，优秀，合理，工作可靠性高。 ，0.102.2.2 ES822F-45型(阀座孔1.5):最高工作压力平衡态桶充汽高度为:46?,53?(平均49.5?);占吊桶高度的百分数为:46.37,,53.43,，平均49.9,，优秀，合理，工作可靠性高; 2.2.3 最高工作压力平衡态吊桶内充汽高度与吊桶内腔高度之比分别为: ，0.10ES822F-45型(阀座孔1.5):46.37,,53.43,，平均49.9,，为优秀，合理，工作可靠性高; ，0.10ES822F-45型(阀座孔2.0):28.2,,35.3,，平均31.8,，欠合理，舍去; ，0.10ES822F-45型(阀座孔2.3):15.12,,22.18,，平均18.7,，不合理，舍去。 (三)疏水阀ES822F-45型设计改进(增重吊桶、减小阀座孔)工作压差范围概略计算分析 ，0.10阀座孔按阿姆斯壮公司411G型选取5/64〞(2.0)，压差4.5MPa，排量364(kg/h)，最高工作压力平衡态吊桶内充汽高度与吊桶内腔高度之比平均约50%，计算吊桶重量。 1 疏水阀ES822F-45型设计改进(增重吊桶、减小阀座孔)工作压差范围概略计算分析见表7。 表7 ES822F-45型疏水阀(增重吊桶、减小阀座孔)设计验证工作压差范围 计算结果 符 序号 计算数据名称 公 式 单位 号 方案(备用) 26. 临界力矩平衡方程 (W,F)×a,F×b=0 c 27. 短力臂 b设计给定 cm 0.17 28. 长力臂 a，b 设计给定 cm 2.25 229. 蒸汽压差关阀力 F (π/4)d ×ΔP Kgf c1.5893 30. 园周率 π π 3.1415926 31. 阀座孔计算直径 d 设计给定(取大值) cm 0.21 ，0.1032. 阀座孔直径 d 设计给定 ? 12.0 2 33. 最大工作压差 ΔP 设计给定 Kgf/cm45.8870 0(255?0.010 34. 计算吊桶重量 W 约F×(90%?3.5%) Kg max(0.245,0.265) 相应工作温度下 235. ( π/4)D ×H×γ?1000 Kgf Fmax0.2830 吊桶最大浮力 36. 吊桶内径 D 设计给定 cm 6.8 37. 吊桶内腔高度 H 设计给定 cm 9.92 相应工作温度下 查蒸汽性质表3 38. γ gf/cm0.7855 凝结水重度 【4.601325(MPaA)】 " 39. 最高工作压力 P 设计给定 MPaA4.601325 " 40. 最高工作压力 P 设计给定 MPaG4.5 241. 最高工作压力 P 设计给定 Kgf/cmA 46.9202 2 42. 最高工作压力 P 设计给定 Kgf/cmG45.8870 2 43. 单位換算 1 Kgf/cm =0.098067 MPa 1 MPa =10.19711 Kgf/cm2 44. 平衡态最大压差下浮力 F W,(b/a×F)，>0 Kgf c0.1249,0.1449 平衡态最大压差下浮力 45. 与相应工作温度下吊桶K F?F×100 , 1max44.1,51.2 最大浮力之比 246. 平衡态吊桶内充汽高度 h 4000× F/(πD ×γ) cm 4.38,5.08 平衡态吊桶内充汽高度47. h?H×100 , K244.1,51.2 与吊桶内腔高度之比 48. 平衡态吊桶充汽高裕量 ΔH H,h cm max4.8 49. 原设计吊桶重量 W设计给定 Kgf 1 0.210?0.010 50. 现有吊桶增减量 ΔW W,W Kgf 1，0.045 结，00.1ES822F-45型(增重吊桶为255?10克减小阀座孔为2.0?):最高工作压力平衡态桶充汽高度为:44?,51论 ?(平均47.5?);占吊桶高度的百分数为:44.1,,51.2,，平均48,，优秀，合理，工作可靠性高 五、结论