核电站常用的蒸汽疏水阀简介

1.机械型蒸汽疏水阀

（1）浮桶式蒸汽疏水阀 如图10-31所示，桶状浮子的开口朝上配置。开始通气时，产生的凝结水被蒸汽压力推动，流入疏水阀内部吊桶的四周，随着凝结水量的增加又逐渐流入桶内。当浮桶内贮存的凝结水达到所规定的数量时，浮桶失去了浮力，便下沉，从而打开了连接在浮桶上的阀瓣，浮桶内的水通过集水管，由疏水阀的出口排除。当浮桶内的凝结水大部分被排除之后，浮桶又恢复了浮力，向上浮起，关闭蒸汽疏水阀。

这样，根据凝结水的流入量，及时地使浮桶下沉（开阀排放凝结水）或上浮（关阀停止排放凝结水），实现离合动作，间断地排除凝结水。

（2）差压式双阀瓣浮桶式蒸汽疏水阀 如图10-32a所示，变压室是由活塞和圆筒围成的空间所构成。活塞上面是主阀瓣。主阀瓣空心口的下端成为与浮桶直接相连并同时动作的先导阀的导向座。当浮桶上浮时，先导阀瓣与导向阀座密合，并把活塞往上推，同时使主阀瓣与主阀座密合，先导阀和主阀都关闭。此时，疏水阀内压力p₁和变压室内的压力p₂相等。另外，在浮桶下沉时，先导阀阀瓣离开导向座，止回阀阀瓣落在止回阀座上。这时，变压室内的压力p₂与疏水阀的出口压力p₃相等，与活塞上部的压力p₁产生压差，所以活塞被推下，从而打开主阀瓣。因此，差压式双阀瓣疏水阀依靠先导阀的作用就能打开较大的主阀。与直动式相比，使用同一尺寸、同一重量的浮桶，便可产生非常大的排水能力，见图10-32b、c。

图10-31 浮桶式蒸汽疏水阀

1—浮桶 2—阀瓣 3—阀座 4—止回阀 5—集水管

图10-32 差压双阀瓣蒸汽疏水阀（活塞）的动作原理

a）差压双阀瓣蒸汽疏水阀的动作原理 b）关闭时的状态 c）开启排水时的状态

（3）倒吊桶式蒸汽疏水阀 如图10-33～图10-35所示。这种结构的浮桶，开口朝下设置，所以称为倒吊桶式或反浮桶式。倒吊桶的形状正好呈吊钟形，所以也称为钟形浮子式。

倒吊桶有单阀瓣（单阀瓣直动式及单阀瓣杠杆增幅式）和差压双阀瓣结构，如图10-35所示。单纯说倒吊桶式是指单阀瓣杠杆增幅式，如图10-33、图10-34所示。

以下用单阀瓣杠杆增幅式来说明倒吊桶式蒸汽疏水阀的结构原理。

如图10-33所示，在倒吊桶上设有通气口。开始通汽时，吊桶下沉，打开与吊桶、杠杆连接在一起的阀瓣密封处，使之全开；开始通入蒸汽后，蒸汽使用设备内的空气进入疏水阀，经排气孔由排水阀排出；接着就有凝结水流入，先在吊桶内蓄满，然后通过吊桶下缘流到外部，由排水阀排出。这样，当空气排出之后其空间由凝结水所替代，使疏水阀内部充满了凝结水，凝结水排除后，蒸汽进入，蒸汽充满了吊桶后，使吊桶恢复了浮力，开始上浮，于是关闭了疏水阀。另外，在吊桶上浮时，其吊桶内的下部还残留有凝结水，在设计上保留有水封，所以蒸汽不会泄漏。

图10-33 杠杆倒吊桶式蒸汽疏水阀（一）

1—阀座 2—阀瓣 3—倒吊桶 4—排气孔

图10-34 杠杆倒吊桶式蒸汽疏水阀（二）

1—倒吊桶 2—阀瓣 3—阀座 4—排气孔

图10-35 活塞杠杆倒吊桶式蒸汽疏水阀

1—主阀座 2—主阀瓣 3—倒阀瓣 4—杠杆 5—倒吊桶 6—过滤网 7—排气孔

此后，吊桶内的蒸汽从吊桶上部的排气口徐徐外溢，成为凝结水，所以进入吊桶内的蒸汽并不妨碍凝结水的流入，即使有空气进入，这些空气也要通过排气口汇集到疏水阀顶部，待再次动作时和凝结水一起由排水阀排出。

（4）自由浮球式蒸汽疏水阀 这类蒸汽疏水阀也称自由浮子式或无杠杆浮球式。因为是将圆形浮子无约束地放置在疏水阀的阀体内部，所以设计时将浮球本身作为完成启闭动作的阀瓣。如图10-36～图10-38所示，球形浮子可以自由上升或下降，从而起到阀瓣的作用，实现开、闭阀动作。在阀盖上部设置了空气排放阀。

最初，空气排放阀的双金属片因为温度低而呈凹状，空气排放口是开着的。开始通汽时，进入疏水阀的空气由空气排放阀排出，随后流入的低温凝结水使浮球上浮，离开阀座的排水口，随之由此排放凝结水。凝结水的温度逐渐升高，空气排放阀的双金属片反弯，从而关闭空气排放阀，于是浮球就随着凝结水的流入量而上下动作，并随着凝结水负荷实现自动调节排放。一旦凝结水停止流入，浮球就下降，并和阀座排水口相接触，从而关闭疏水阀。这时，阀座排水口低于阀体内凝结水的水面，所以蒸汽不会从阀座排水口泄漏。

图10-36 手动放气自由浮球式蒸汽疏水阀

1—浮球 2—手动放气阀

图10-37 自动放气自由浮球式蒸汽疏水阀

1—阀座 2—浮球 3—自动放气阀 4—阀盖 5—过滤网 6—焊接法兰 7—阀体 8—调整螺塞 9—螺塞堵

图10-38 小型自由浮球式蒸汽疏水阀

当再一次有凝结水流入时，疏水阀内部的水位上升，浮球离开阀座而上升，疏水阀打开，排放凝结水。随着凝结水流入量的多少，使浮球上下动作，实现按比例连续排水，并反复循环这一动作。

自由浮球式蒸汽疏水阀排水量的多少与浮球的大小和阀座孔直径有关，而阀座孔直径又与疏水阀的工作压力有关。如果适用于低压的阀座孔直径使用到工作压力较高的疏水阀上，则蒸汽疏水阀则不能动作。疏水阀排水量与工作压力和浮球直径及阀座孔径的关系见表10-9。

表10-9 疏水阀排水量与工作压力和浮球直径及阀座孔径的关系

（5）杠杆浮球式蒸汽疏水阀 这类蒸汽疏水阀有单阀座式和双阀座式两种。在此用双阀座来说明其动作原理，并附带说明与单阀座式的区别。

双阀座杠杆浮球式蒸汽疏水阀的结构如图10-39所示。作用在阀瓣上的开阀力F₁及关阀方向的力F₂分别是

F₁=A₁p

F₂=A₂p

设计给定A₁≈A₂，则F₁≈F₂。

因此，F₁和F₂互相抵消了，所以稍有一点外力即可开阀和闭阀。用小型疏水阀即可得到大容量的连续排水。另外在阀体上部设置了自动空气排放阀。

开始通汽时，阀体上部的自动空气排放阀打开，空气迅速排出。低温凝结水流水时，浮球上浮，打开疏水阀排除凝结水，凝结水的温度逐渐上升，当凝结水的温度接近饱和温度时，自动空气排放阀关闭，凝结水流入疏水阀，使浮球保持上升的位置，并继续保持开阀状态。如果凝结水停止流入，则浮球下降，并关闭蒸汽疏水阀。

图10-39 双阀座杠杆浮球式蒸汽疏水阀

1—焊接法兰 2—阀盖 3—阀瓣 4—阀座 5—阀体 6—浮球 7—杠杆 8—自动空气排放阀

单阀座式杠杆浮球式蒸汽疏水阀如图10-40～图10-42所示。它与双阀座相比，只有一个阀座，随着疏水阀内凝结水量的变化，浮球有时上升，有时下降。依靠浮球杠杆的增幅装置，开关排水阀瓣，且能控制其开度。为了要加大排放凝结水的能力，必须增大阀座面积，因此开阀所需的力也要增加，所以必须加大浮球，这就使蒸汽疏水阀的体积增加了。因此，双阀座式是对单阀座式的改进。

图10-40 单阀座式杠杆浮球式蒸汽疏水阀

1—浮球 2—阀瓣 3—阀座 4—手动空气排放阀

图10-41 波纹管杠杆浮球式蒸气疏水阀

1—波纹管 2—浮球 3—阀瓣 4—阀座 5—阀体 6—密封垫片 7—阀盖 8—杠杆 9—螺塞

杠杆浮球式蒸汽疏水阀的特点如下：作为一种大排量的疏水阀，其体积比较小；和自由浮球式相比，其浮球是固定在杠杆上的，因此浮球和阀座的耐用性好；内装空气排放阀，不会产生空气气堵；双阀座式的疏水阀，当凝结水量减少至极少时，往往会泄漏蒸汽。

2.热静力型蒸汽疏水阀

是由凝结水的温度变化驱动的蒸汽疏水阀。

双金属式蒸汽疏水阀，其感温元件是双金属片。双金属是由受热后膨胀程度差异较大的两种金属（特殊合金）薄板焊接或轧制在一起制成的，所以温度一旦发生变化，热膨胀系数大的金属比热膨胀系数小的金属伸长较大，使这种焊接或轧制的金属薄板产生较大的弯曲。双金属能将温度变化转换成弯曲形状的变化，它不是像波纹管那样的密封形容器，而是板状，从而具有足够的机械强度，且耐冲击力较强。所以不仅用于蒸汽疏水阀，在其他领域里也得到广泛的应用。

图10-42 双金属杠杆浮球式蒸汽疏水阀

1—阀瓣 2—阀座 3—双金属片 4—浮球 5—阀体 6—过滤网 7—密封垫片 8—阀盖

在用于蒸汽疏水阀的场合，有四种不同的双金属片组合在一起。一种是把数枚长方形的双金属片组合在一起，成为悬臂梁式的矩形双金属式，如图10-43所示；第二种是以一片C形的双金属作为热敏元件的单片双金属式，如图10-44所示；第三种是把数个圆形的双金属片组合在一起，形成圆板双金属片式的温调疏水阀，如图10-45所示；第四种是由一组棱形的双金属片组合在一起的简支梁式的双金属片式疏水阀，该种双金属片的变形曲线和饱和蒸汽曲线相似，是比较理想的，该种形式的疏水阀如图10-46所示。

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图10-43 悬臂梁双金属片式蒸汽疏水阀

1—矩形双金属片 2—阀座 3—阀瓣 4—阀体 5—螺塞 6—过滤网 7—密封垫片 8—螺栓 9—阀盖

图10-44 C形单片双金属片式蒸汽疏水阀

1—阀座 2—阀瓣 3—C形双金属片 4—阀盖 5—过滤网 6—密封垫片 7—焊接法兰 8—阀体

图10-45 圆板形双金属片式蒸汽疏水阀

1—阀体 2—弹簧 3—过滤网 4—阀座 5—阀瓣组件（阀瓣、密封钢球） 6—双金属片 7—阀盖 8—密封垫片 9—阀罩 10—调节螺栓 11—锁紧螺母 12—心杆

图10-46 棱形双金属片式蒸汽疏水阀

1—阀体组合件 2—过滤网 3—阀座 4—阀瓣 5—棱形双金属片 6—阀盖 7—导向杆 8—密封垫片

3.热动力型圆盘式蒸汽疏水阀

由蒸汽和凝结水的热力学性质不同而驱动的蒸汽疏水阀。

圆盘式蒸汽疏水阀借助圆盘来启闭疏水阀，以排除凝结水。其动作原理有以下三要素：凝结水和蒸汽的密度差——形成开阀时向上推圆盘阀片的力量；凝结水和蒸汽的运动粘性系数差——转变闭阀状态时对圆盘阀片正反两面产生动力作用，是闭阀的最主要的因素；温度降低使蒸汽凝结，造成压力降——使变压室内的压力降低。

如图10-47所示，它的活动零件只有一个圆盘阀片，所以结构简单。设有圆盘阀片的中间室称为变压室，借助于变压室内的压力降进行开阀。使变压室压力下降有不同的方法，例如大气冷却式（自然冷却式）和蒸汽加热凝结水保温式（蒸汽夹套型）或空气保温式（空气夹套型）（见图10-48），但其动作原理则区别不大，所以按大气冷却式的动作原理加以说明。

4.大气冷却圆盘式蒸汽疏水阀

图10-47 圆盘式蒸汽疏水阀结构简图

如图10-49所示，开始通汽时，空气和凝结水流入疏水阀内，通过进口喷嘴将圆盘阀片往上推，从出口喷嘴排除凝结水，然后蒸汽进入疏水阀。由于蒸汽从圆盘阀片下面流过的速度比凝结水流过的速度大得多，根据伯努利定理，圆盘阀片下面的压力降低，在圆盘阀片上面的关闭力作用下，使疏水阀关闭。

图10-48 圆盘式蒸汽疏水阀的不同冷却保温形式

a）大气冷却式 b）蒸汽加凝结水保温式 c）空气保温式

在闭阀的一瞬间，变压室内的压力几乎与入口压力相等。由于圆盘阀片上方的全面积承受了该压力，而圆盘阀片下方只承受进口压力的面积不会超过入口喷嘴的面积，所以将阀片向下压的力大，因此关闭疏水阀。

闭阀时，进入变压室的蒸汽向接触阀盖外侧的空气散热，随着阀盖散热，变压室内的蒸汽渐渐凝结成凝结水，因此压力逐渐降低。当变压室内的压力降至某一程度之后，尽管圆盘阀片承受向下压力的受压面积大，也不能阻止推动圆盘阀片向上的力，于是阀片抬起，继而开阀，将关阀后积聚在疏水阀入口处的凝结水从出口排出。当凝结水流动的时候，凝结水的冲击力将阀片冲开。

图10-49 大气冷却圆盘式蒸汽疏水阀动作原理

1—阀盖 2—变压室 3—圆盘阀片 4—阀座 5—出口喷嘴 6—进口喷嘴

当滞留的凝结水全部排除后，流入蒸汽。蒸汽对阀片的冲击力比凝结水小得多，且如前所述，由于蒸汽的流速高，使阀片下方的压力降低，从而闭阀。可是，实际上凝结水在原生蒸汽到来之前已成为接近饱和温度的凝结水，当流经阀片下方时，形成了二次蒸汽，从而关闭阀门，所以蒸汽损失较小。在重复这一过程的同时，仅把产生出来的凝结水排除出去，从而发挥了蒸汽疏水阀的作用。

以上所述的圆盘式疏水阀，由于变压室冷却使室内的压力下降，从而开阀。变压室内压力下降，并不是因为气体本身的压力降低，而是由于变压室内的蒸汽凝结使压力下降。一般在疏水阀的压力范围内，蒸汽的蒸发潜热并没有多大差别，所以即使入口压力发生变化，几乎不会引起动作温度的下降，一般温度差仅在3～5℃之间，因而可以说这种疏水阀是十分灵敏的。可是，就大气冷却式圆盘式蒸汽疏水阀来说，由于变压室是靠大气（自然）冷却，而不是靠凝结水冷却，因此，冷却速度太快，动作过于灵敏，这就不是优点反而是缺点了。

这就是说，由于变压室靠外界空气冷却快，所以开阀的频率太高，特别是雨天和寒冷季节，在疏水阀的入口处，凝结水还未产生积蓄或未完全形成滞留时就会产生开阀动作，使许多蒸汽也被排放掉。这就是所谓的阀片空打现象，造成蒸汽的浪费较大。由于阀片经常做不必要的空打动作，加速了阀片和阀座的磨损，缩短了疏水阀的寿命。反之，当夏季高温时，在烈日下，由于散热少，变压室内的压力不下降，即使滞留有凝结水，也不会开阀。上述两种情况都说明外界的自然条件是影响阀片开闭动作的主要因素之一。所以，在开闭动作方面存在着很大程度的不稳定性，这是它的缺点之一。

如前所述，阀片的开启动作力是由于变压室内的蒸汽凝结而压力下降所产生的。若蒸汽中混入空气，空气是不可凝气体，即使变压室靠外界大气冷却下来，其压力也不会下降，为此会导致疏水阀不动作，这就是空气气堵现象，也是这种疏水阀的缺点之一。

然而，圆盘式蒸汽疏水阀的动作原理与重力毫无关系，因此其安装位置不限。也可以说，除圆盘式以外的蒸汽疏水阀，其动作都与重力有关，所以应限定在水平位置上安装。而圆盘式却可以安装成垂直或倾斜的位置，所以它有不限定安装位置这一突出优点。

5.空气保温圆盘式蒸汽疏水阀

这种疏水阀也称为空气夹套型圆盘式蒸汽疏水阀。上述外界冷却式的变压室，其压力降低是依靠外界空气，即依靠自然界，因此会有空打或不动作的缺点。为了克服这些缺点，在变压室内盖的外面再设一个外盖，成为双盖结构，其间密封了空气，即设置空气夹套，使变压室因有空气夹套而隔热，这样就不会产生寒冷时的空打或夏季高温时动作不良的状况，见图10-48c。

6.蒸汽保温凝结水冷却的圆盘式蒸汽疏水阀

这种疏水阀也称为蒸汽夹套型圆盘式蒸汽疏水阀。如图10-48b、图10-50所示，设计为双阀盖结构，两盖之间靠循环孔与疏水阀入口相通，因此在没有凝结水时，在两盖之间，即套盖里充满了蒸汽，所以变压室可由外面的蒸汽加热，其压力不会下降，也不会开阀。当疏水阀入口滞留了凝结水时，套盖之间也充满了凝结水，变压室由于凝结水的冷却而引起压力下降，从而开阀。

图10-50 蒸汽加热凝结水冷却圆盘式蒸汽疏水阀

1—循环孔 2—圆盘阀片 3—外盖 4—内盖

上述凝结水的滞留和变压室压力的下降是完全一致的，排除凝结水后（充满蒸汽时）与变压室压力的上升也保持一致，因此也可以说蒸汽保温凝结水冷却式圆盘式蒸汽疏水阀应用了蒸汽疏水阀的原理。蒸汽保温凝结水冷却的动作原理如下：

闭阀：①阀片下的蒸汽流速增大→静压降低→产生闭阀力；②变压室的蒸汽保温→变压室压力上升。

开阀：①变压室的凝结水冷却→变压室的压力降低→产生开阀力；②回水（凝结水）的冲击力。

当然，空气保温式和蒸汽保温凝结水冷却式都与重力毫无关系，可是都有容易产生空气气堵这一不可克服的缺点。这种疏水阀的特征如下：其活动部件仅有一个阀片，因此结构简单，外形小，而且成本低，维修简单，温度及压力的使用范围广，不必按使用要求进行调整，可以适应任意的安装方向，管道安装简便，在垂直配上若出口向下安装时，一般情况下不必担心发生冻裂，背压限制在50%以下，动作压差限制在0.03MPa以上，常发生空打和不动作的现象（在大气冷却式的场合），有时产生空气气堵，没有蒸汽泄漏就不会关阀，所以有一定的蒸汽损失，疏水阀阀体内分离为蒸汽层和液体层，由于蒸汽层会放热，所以也会有蒸汽损失，排放凝结水时，噪声大。

7.带排除冷空气装置的蒸汽保温凝结水冷却的圆盘式蒸汽疏水阀

如上所述，在圆盘式蒸汽疏水阀的变压室里，由于蒸汽的凝结引起压力下降，从而产生开阀动作，所以当变压室里混入空气后，由于空气是非凝结性气体，因此即使温度降低了，压力也不会降低，因而就产生了不开阀的空气气堵现象。这种缺点特别是在蒸汽使用设备刚开始启动时最突出，因此为了防止空气气堵这一弊病，经进一步研究，制造出了带防止空气气堵装置的蒸汽保温凝结水冷却式圆盘式蒸汽疏水阀。

这种疏水阀如图10-51所示，在阀座的周围设置了双金属环。关于双金属，以上已进行了说明。双金属环的圆周方向留有间隙，可随温度变化而张开和收缩。图10-53所示就是使用了双金属环的实例。双金属环可沿圆锥面上下移动，因此蒸汽使用设备在开始启动时，低温的凝结水和空气的混合流体大量流入疏水阀，起动时双金属环因冷却而收缩，并沿斜面向上推挤，因此阀片被抬起，靠双金属环收缩的力开阀，使大量的低温凝结水和空气被强制性排放，如图10-51a所示。

图10-51 蒸汽加热凝结水冷却式圆盘式蒸汽疏水阀的空气气堵防止装置

a）低温时（开始起动时或发生空气气堵时） b）正常运转时 1—圆盘阀片 2—双金属环

另外，当凝结水完全排除干净后，高温的蒸汽流入，使双金属环加热膨胀而胀开并沿斜面下滑，不再妨碍阀片落在阀座上。此时其动作与普通的圆盘式蒸汽疏水阀一样，阀片落在阀座上而关闭阀门，如图10-51b所示。然后，疏水阀内流入了凝结水，使变压室的压力下降，从而打开疏水阀，排除凝结水。凝结水排除后，流入蒸汽，使变压室的压力上升，再次闭阀，这就是这种疏水阀的动作过程。

若万一发生空气气堵，待温度充分下降后，双金属环因冷却收缩，而沿斜面上推，抬起阀片，强制开阀（见图10-51a），迅速将空气排除，疏水阀就可以重新正常工作。

上述四种圆盘式蒸汽疏水阀中，圆盘式与孔板式相比有结构简单、故障少等优点。所以，在热动力型疏水阀中，圆盘式蒸汽疏水阀使用最广。

各种圆盘式蒸汽疏水阀的典型结构如图10-52～图10-54所示。

图10-52 活阀座圆盘式蒸汽疏水阀

1—阀座 2—阀片

图10-53 固定阀座带双金属环放气装置的圆盘式蒸汽疏水阀

1—阀座 2—保温罩 3—阀片 4—双金属环

图10-54 高压圆盘式蒸汽疏水阀

1—阀座 2—阀片 3—双金属环 4—阀盖 5—过滤网 6—密封垫片 7—阀体 8—阀座拉紧螺栓 9—螺栓