雙金屬組件熱動力元件受力分析

建立熱推力 F 與撓度 f 的數學模型

首先假設：（1）把雙金屬片看成一剛性簡支梁；（2）忽略變形對其剪力的影響（則用中性層曲率表示的彎曲變形公式也可用于一般非純彎曲）。

圖 2

則如圖 2 所示雙金屬片產生了一定的彎曲變形，設中心處垂直方向上的變形量為 f，任一點 x 處的彎矩與撓度的關系為：

式中：
D——雙金屬片內徑（m）；
E——雙金屬片彈性模量（Pa）；
l——雙金屬片截面的極慣性鉅（m4）；
F——一片雙金屬片產生的熱推力（N）；
f——雙金屬片中心處垂直方向上的變形量（m）；
x——雙金屬片上任一點到其邊緣的距離（m）。

由于 df/dx 的值遠小于 1，略去后積分并令：

由于本研究的是如圖 3 所示的環形雙金屬片，則：

圖 3

2.2 計算熱推力

又有關系式：

則：一組金屬片的熱推力為：

除去凝結水作用在金屬片上的壓力后的熱推力為：

概述

蒸汽作為重要的二次能源，在眾多工業領域得到廣泛應用。蒸汽系統消耗煤占產量的 1/3，已成為能源消耗的重要領域。蒸汽疏水閥則是保障蒸汽系統正常工作、凝結水回收利用、節約能源的重要自力式控制類閥門。常見的蒸汽疏水閥根據原理可分為機械型、熱靜力型和熱動力型。熱靜力型疏水閥實質上是一種自力式溫度控制閥，可以通過調節排放一定的過冷和過熱度的凝結水與蒸汽，節能*，在不同場合得到應用。

雙金屬型疏水閥是上世紀五十年代中期興起的，目前仍然是世界范圍內熱靜力型疏水閥的zui主要產品。它是利用兩種溫度膨脹系數相差很大的雙金屬組件作為閥門的熱動力元件，雙金屬組件根據蒸汽系統溫度和壓力的不同，可在不同介質溫度中產生不同的變形并產生推力（或拉力），控制閥芯的開、閉，起到阻汽排水作用。利用該基本原理，不同廠家開發了形形色色的雙金屬片組件，常見的有圓盤型、懸臂梁型、簡支梁型、星型等。本文主要探討了圓盤型雙金屬片式蒸汽疏水閥雙金屬片組件針對不同工況的設計問題，以期為雙金屬片式蒸汽疏水閥的設計與開發提供理論依據和參考。