上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)（集團）有限公司
摘要：蠟式熱動(dòng)力元件是以石蠟作為熱敏材料，它具有結構簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、溫度控制精度較高、無(wú)需外部能源等優(yōu)點(diǎn)，在溫度控制閥（thermostatic valve）中得到廣泛的應用。該文闡述了關(guān)健元件——蠟式熱動(dòng)力元件的熱力學(xué)模型，探討了在蒸汽疏水閥中應用的可能性，并進(jìn)行了實(shí)驗驗證與分析。實(shí)驗表明：蠟式熱動(dòng)力元件在蒸汽疏水閥的使用條件下，運行穩定、可靠，但是不適合于高溫場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞：熱動(dòng)力元件；數學(xué)模型；感溫蠟；蒸汽疏水閥
1 前言
在能源日趨緊張的形勢下，節能已成為我國發(fā)展國民經(jīng)濟的一條重要方針。蒸汽作為重要的二次能源，被廣泛地應用在各種行業(yè)中，蒸汽疏水閥是保障蒸汽系統（加熱設備或蒸汽管網(wǎng)）正常工作、凝結水回收利用、節約能源的重要自力式控制類(lèi)閥門(mén)。在石油化工、能源動(dòng)力（熱電、核電）、印染紡織、造紙、船舶、制藥、冶金、食品、供熱等行業(yè)得到廣泛應用。蒸汽疏水閥中，屬于自力式溫度控制閥的熱靜力式蒸汽疏水閥由于其可以有一定過(guò)冷度，節能效果好而得到重視。
蠟式熱動(dòng)力元件是新興起的一種高效自力式溫度控制閥的核心部件，它可以同時(shí)滿(mǎn)足微位移與大驅動(dòng)力的要求，且具有結構簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、溫度控制精度較高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。它根據固體和液體不可壓縮和利用密封容器內工作介質(zhì)（感溫蠟與金屬銅粉的混合物）的體積隨溫度變化而變化的物理性質(zhì)而工作，提供蠟式熱動(dòng)力元件在膨脹方向上的驅動(dòng)力。過(guò)去蠟式熱動(dòng)力元件主要用于 20℃~90℃ 的恒溫閥、節溫器等產(chǎn)品，由于內充介質(zhì)感溫蠟相變溫度以及氟橡膠囊橡（或橫隔膜）耐溫，都可在 100℃~180℃，所以蠟式熱動(dòng)力元件有可能應用于熱靜力式蒸汽疏水閥一般高于 100℃ 的場(chǎng)合。
本文對蠟式熱動(dòng)力元件的原理、性能進(jìn)行討論，對在蒸汽疏水閥中的應用可能進(jìn)行了探討，并通過(guò)數學(xué)模型及實(shí)驗加以論證。
1 蠟式熱動(dòng)力元件工作原理、性能特點(diǎn)
蠟式熱動(dòng)力元件是一種自力式溫度調節裝置，其基本結構如圖 l 所示。
圖 1 蠟式熱動(dòng)力元件
主要由活塞、膠囊橡膠體（或橫隔膜）、密封容器、感溫蠟組成。感溫蠟被密封在銅罩和橡膠套之間，當流體或蒸汽通過(guò)蠟式熱動(dòng)力元件時(shí)，蠟式熱動(dòng)力元件受熱（遇冷）→熱量通過(guò)剛性紫銅密封容器外壁使杯內石蠟受熱熔化（冷凝）體積膨脹（收縮）→推動(dòng)膠囊橡膠體（或橫隔膜）→推動(dòng)活塞→帶動(dòng)調節套筒的運動(dòng)，從而完成裝置所要求的目的。推桿行程的大小是蠟式熱動(dòng)力元件的主要性能指標。同一溫度下，載荷越大，行程越小。對于已確定的蠟元件和外載荷，蠟式熱動(dòng)力元件的特性是固定不變的。為了制造的標準化和系列化，可將蠟式熱動(dòng)力元件設計為標準型式，在需要的力量和行程較大時(shí)，可選用密封容器容積較大的，反之可選用容積較小的。這樣可使蠟式熱動(dòng)力元件適用于不同的條件下和裝置中，也對蠟式熱動(dòng)力元件的推廣起到了很大的促進(jìn)作用。在蠟式熱動(dòng)力元件中，推桿與彈性套筒之間的摩擦對蠟元件的工作壽命起著(zhù)決定性的作用，因此在設計制造蠟式熱動(dòng)力元件時(shí)應盡可能的降低推桿和彈性套筒摩擦副表面的粗糙度，減小摩擦力。
蠟式熱動(dòng)力元件是一種溫度敏感性元件，不同的設計額定溫度就要使用相應膨脹性能的感溫蠟，蠟的熱膨脹性直接影響熱動(dòng)力元件的控溫性能，因此對感溫蠟的研究就顯得非常重要。感溫元件的關(guān)鍵部件是石蠟材料和橡膠套，為了使石蠟在各點(diǎn)能最大限度地均勻膨脹，在石蠟中摻有金屬粉末，往石蠟里添加金屬粉末來(lái)提高其導熱性，而金屬粉末的添加方式對石蠟復合材料的膨脹率也有一定影響，但不會(huì )改變石蠟復合材料的膨脹特性。
3 蒸汽疏水閥蠟式熱動(dòng)力元件實(shí)驗研究
實(shí)驗裝置及實(shí)驗原理
為了更好的說(shuō)明蠟式熱動(dòng)力元件的特性，和在蒸汽疏水閥中應用的可能性，現對定制樣件進(jìn)行實(shí)驗研究。簡(jiǎn)易的實(shí)驗裝置如圖 2 所示。
圖 2 簡(jiǎn)易實(shí)驗裝置簡(jiǎn)圖（1.千分尺 2.彈簧 3.導桿 4.蠟式熱動(dòng)力元件 5.恒溫油（水）�。�
主要由以下幾部分組成：專(zhuān)用夾具、千分尺、壓縮彈簧、導向套筒、恒溫油浴，其中：采用恒溫油浴控制溫度模擬蒸汽疏水閥中一般高于 100℃ 的介質(zhì)溫度。壓縮彈簧用來(lái)模擬疏水閥中作用于熱動(dòng)力元件的凝結水（蒸汽）的介質(zhì)壓力和復位彈簧力，調節彈簧壓縮量或更換不同剛度的彈簧可以模擬不同的公稱(chēng)通徑疏水閥的介質(zhì)壓力，夾具模擬疏水閥閥體來(lái)固定熱動(dòng)力元件。蠟式熱動(dòng)力元件的伸長(cháng)量反映在實(shí)驗夾具的千分尺上。
4 結論
（l）蠟式熱動(dòng)力元件的熱力數學(xué)模型的建立與實(shí)驗顯示：精餾石蠟體積隨溫度的變化在相變區呈線(xiàn)形關(guān)系，且線(xiàn)性斜率較大，有利于實(shí)現溫度的調節；
（2）感溫蠟相變時(shí)具有很大的膨脹量和驅動(dòng)力，以及不可壓縮性，在剛性殼體內作為感溫材料制作蠟式熱動(dòng)力疏水閥顯示出很高的應用價(jià)值；
（3）由于蠟式熱動(dòng)力元件內件的限制，作為蒸汽疏水閥的感溫元件，其適用溫度范圍有限，適合用于有一定過(guò)冷度的場(chǎng)合，不能用于高溫環(huán)境。