双金属组件热动力元件受力分析

建立热推力 F 与挠度 f 的数学模型

首先假设：（1）把双金属片看成一刚性简支梁；（2）忽略变形对其剪力的影响（则用中性层曲率表示的弯曲变形公式也可用于一般非纯弯曲）。

图 2

则如图 2 所示双金属片产生了一定的弯曲变形，设中心处垂直方向上的变形量为 f，任一点 x 处的弯矩与挠度的关系为：

式中：
D——双金属片内径（m）；
E——双金属片弹性模量（Pa）；
l——双金属片截面的极惯性钜（m4）；
F——一片双金属片产生的热推力（N）；
f——双金属片中心处垂直方向上的变形量（m）；
x——双金属片上任一点到其边缘的距离（m）。

由于 df/dx 的值远小于 1，略去后积分并令：

由于本研究的是如图 3 所示的环形双金属片，则：

图 3

2.2 计算热推力

又有关系式：

则：一组金属片的热推力为：

除去凝结水作用在金属片上的压力后的热推力为：

概述

蒸汽作为重要的二次能源，在众多工业领域得到广泛应用。蒸汽系统消耗煤占产量的 1/3，已成为能源消耗的重要领域。蒸汽疏水阀则是保障蒸汽系统正常工作、凝结水回收利用、节约能源的重要自力式控制类阀门。常见的蒸汽疏水阀根据原理可分为机械型、热静力型和热动力型。热静力型疏水阀实质上是一种自力式温度控制阀，可以通过调节排放一定的过冷和过热度的凝结水与蒸汽，节能*，在不同场合得到应用。

双金属型疏水阀是上世纪五十年代中期兴起的，目前仍然是世界范围内热静力型疏水阀的zui主要产品。它是利用两种温度膨胀系数相差很大的双金属组件作为阀门的热动力元件，双金属组件根据蒸汽系统温度和压力的不同，可在不同介质温度中产生不同的变形并产生推力（或拉力），控制阀芯的开、闭，起到阻汽排水作用。利用该基本原理，不同厂家开发了形形色色的双金属片组件，常见的有圆盘型、悬臂梁型、简支梁型、星型等。本文主要探讨了圆盘型双金属片式蒸汽疏水阀双金属片组件针对不同工况的设计问题，以期为双金属片式蒸汽疏水阀的设计与开发提供理论依据和参考。