雙金屬片蒸汽疏水閥的熱雙金屬片材料的選擇

熱雙金屬元件作為雙金屬片蒸汽疏水閥的主要控制元件，其材料的性能優(yōu)劣，各項(xiàng)參數(shù)的選擇是否合理，直接決定了該疏水閥的使用性能。

熱雙金屬材料的主要性能參數(shù)有：熱敏感性、電阻率、彈性模量、使用溫度范圍等。對于該產(chǎn)品來說，除電阻率以外其余各項(xiàng)性能都很重要。

1、熱敏感性

所謂熱敏感性是指熱雙金屬因溫度變化而彎曲的特性，它是衡量熱雙金屬對溫度敏感程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是熱雙金屬最主要的性能之一。熱敏感性通常用比彎曲K來表示，也可用溫曲率F和敏感系數(shù)M來表示。目前在我國現(xiàn)行的雙金屬標(biāo)準(zhǔn)中采用比彎曲K來表示熱敏感性。國外有些先進(jìn)國家現(xiàn)已逐步采用溫曲率F來考核熱敏感性，如美國、德國。根據(jù)有關(guān)理論推導(dǎo)可知三者有以下關(guān)系：F=2K=1.5M，此處不再詳細(xì)論述。

2、彈性模量

彈性模量是表示熱雙金屬力學(xué)性能的個(gè)重要參數(shù)，是計(jì)算熱敏雙金屬元件推力力矩和內(nèi)應(yīng)力時(shí)不可缺少的參數(shù)。

3、使用溫度范圍

使用溫度范圍是選擇熱雙金屬時(shí)首先要考慮的問題，它可劃分為線性溫度范圍和允許使用溫度范圍。

線性溫度范圍是熱雙金屬的位移量與溫度變化基本上呈線性關(guān)系的溫度范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)比彎曲值將不超過其標(biāo)稱值的±5%。

允許使用溫度范圍是指在此溫度范圍內(nèi)熱雙金屬不發(fā)生殘余變形，其上限指熱應(yīng)力達(dá)到熱雙金屬彈性極限時(shí)的溫度，下限由材料的相變點(diǎn)決定。

允許使用溫度范圍大于線性溫度范圍，在線性溫度范圍以外，允許使用溫度范圍以內(nèi)，材料的熱敏感性已有所降低。

以上幾個(gè)指標(biāo)是該設(shè)計(jì)選材時(shí)的主要依據(jù)，但在選材時(shí)可能找不到同時(shí)滿足全部使用條件的材料牌號，此時(shí)只能根據(jù)主要的使用條件選材，其他不能滿足的則可通過元件的形狀和尺寸以及工藝措施來彌補(bǔ)。

針對該疏水閥的性能要求來考慮，首先要考慮選擇適當(dāng)?shù)摹霸试S使用溫度范圍”，這是一項(xiàng)最重要的指標(biāo)。被選用的熱雙金屬的允許使用溫度范圍的上、下限必須超過該閥的最高允許溫度和最低允許溫度。

除了允許使用溫度范圍外，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮材料的線性溫度范圍，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)熱雙金屬具有最商的熱敏感性，其比彎曲值與溫度之間的關(guān)系基本上呈直線關(guān)系。因此設(shè)計(jì)中所選用的材料的線性溫度范圍必須超過產(chǎn)品的最高和最低工作溫度。

對于該閥，其允許使用溫度范圍定為500℃線性溫度范圍定為425℃。

以上兩項(xiàng)參數(shù)確定之后，進(jìn)一步考慮材料的熱敏感性和力學(xué)性能,即比彎曲K和彈性模量E，這兩項(xiàng)參數(shù)直接影響到產(chǎn)品的工作性能。根據(jù)材料力學(xué)原理可知熱雙金屬元件在工作過程中所產(chǎn)生的熱推力Ft與其比彎曲K和彈性模量E成正比，見下式：

Ft=K·E·△t·α

式中：Ft——熱雙金屬元件產(chǎn)生的熱推力(N)；

            K——比彎曲(℃-1)；

            E——彈性模量(MPa)；

            △t——溫度差(℃)；

            α——元件的體積系數(shù)( mm2)。

由此可見，比彎曲K值和彈性模量E值越大則元件的熱推力Ft越大。因此可根據(jù)產(chǎn)品的需要選擇適當(dāng)?shù)腒值和E值。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明對該產(chǎn)品來說，比彎曲K應(yīng)選擇10×105℃-1左右，彈性模量E應(yīng)選在15000~20000MPa左右。

根據(jù)該蒸汽疏水閥的特殊工作條件還有一項(xiàng)不容忽視的性能，也就是材料的耐腐蝕性，它直接決定了產(chǎn)品的使用壽命。因此在該設(shè)計(jì)中選用耐蝕型雙金屬材料。

綜合以上分析，對于該高溫高壓雙金屬片式蒸汽疏水閥其關(guān)鍵元件熱雙金屬應(yīng)具有以下特性：

①使用溫度范圍：500℃；

②線性溫度范圍：425℃；

③比彎曲K：10×106℃-1左右；

④彈性模量E：15000~2000MPa左右；

⑤熱雙金屬元件材料耐腐蝕，因此應(yīng)采用不銹熱雙金屬。