一种形状记忆合金疏水阀及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种疏水阀，特别是涉及一种可以替代传统液体膨胀式疏水阀的形状记忆合金疏水阀，属于国际专利分类表中的F16T1/02技术领域，广泛用于使用蒸汽的各个行业，安装在拌热、采暖、供热系统的管线或密封容器上，以阻汽排水保证汽质量，提高能源利用率。
背景技术
疏水阀是蒸汽、凝结水管道系统的主要附件之一，其作用是自动排除蒸汽管道和设备中不断产生的冷凝水、空气及其它不凝性气体，同时又阻止蒸汽逸出。它是保证各种加热工艺设备及管线所需要温度和热量使之正常工作的一种节能产品，在石油化工生产中应用广泛。石化企业生产装置中，如果疏水阀失灵，大量的蒸汽窜到凝结水管道里，不仅热量损失大，而且会产生“水击”，破坏管网；疏水阀堵塞、凝结水通不过或者流量变小，则造成用热设备达不到预期效果。因此，疏水阀性能的优劣，对于系统的正常运行，设备热效率的提高，能源的充分利用等，都有重要作用。
市场上供给的疏水阀型式很多，一般按动作方式的不同，可分为对液面高度敏感的、对流体性质敏感的、对流体温度敏感的等三类。现有的恒温型疏水阔属于其中的对流体温度敏感一类，其特点是采用双金属片或液体澎胀波纹管，作为启闭疏水阀的热敏元件。由于上两种热敏元件启闭幅度小，不能完全适应蒸汽系统因工作变化引起的疏水量波动。为此，人们正试图利用记忆合金材料对温度的“记忆”特性而开发了新式的恒温型疏水阀属。
记忆合金是一种通过热弹性马氏体逆相变将热能直接转化为机械能的新型功能材料。其基本特征是具有形状记忆效应，即记忆合金在确定温度范围内，形状发生变化，同时产生回复应力。只对高温母相(A)的形状具有记忆的现象称为单程形状记忆效应，同时还能够对低温马氏体相(M)的形状具有记忆的现象称为双程形状记忆效应。利用这种性能，可将形状记忆合金作为热敏元件，实现驱动功能。为代替双金属片等各种热弹性元件提供了可能。记忆合金是一种新型的功能性金属材料，我国在这一领域的研究和技术水平处于世界先进之列，但在开发应用上远落后于先进国家。我国的疏水阀行业技术水平相对落后，每年都要从国外进口相当数量的疏水阀产品。据检索，尽管已有人提出利用记忆合金元件制造疏水阀的设想，例如，公开号为CN2191942的发明专利申请给出的《自动恒温疏水阀》等，但并未透露具体的制造工艺及记忆合金的组成，给出的技术启示有限尚不足以使本行业技术人员轻易完成同类产品的研制开发工作。经检索，至今国内外尚未见到已开发成功的记忆合金疏水阀产品的报道。
由于记忆合金元件具有变形量大、变形恢复力大的特点，因而特别是在当前困扰用户的高压力、大排量等高参数疏水阀上，有良好的开发前景，同时可以有效地减小蒸汽的泄漏量，对节能和提高热效率也有深远的意义。因此，利用记忆合金元件制造出适宜工业用的疏水阀仍是目前本行业技术人员研制开发工作的当务之急。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述技术问题，通过对疏水阀结构及热敏元件材质进行改进，提供了一种形状记忆合金疏水阀及其制备方法。这种新型的疏水阀采用形状记忆合金作为热敏元件，即阀体上安有记忆合金弹簧和偏置弹簧，利用蒸汽和凝结水的温度不同，依靠记忆合金元件的形状对温度的记忆能力，通过记忆合金弹簧和偏置弹簧两者的配合使阀芯在使用温度区间自动动作，完成疏水阀的开启与关闭，有效实现其阻汽排水的功能。
本发明给出的疏水阀可在70～120℃温度范围内使用，灵敏度±5℃。具有结构简单、热响应速度快、性能稳定、使用寿命长和安装维修容易的特点，同目前普遍使用的液体膨胀式疏水阀相比，造价可降低1/2，灵敏度提高一倍。
本发明给出的技术方案是：这种形状记忆合金疏水阀，包括有阀体、阀芯和热敏元件，阀体上设有进气口和出水口，阀体内设有阀芯，所述的热敏元件为采用形状记忆合金制作的记忆合金弹簧，其特点是：阀芯上安装有记忆合金弹簧和普通压缩弹簧组装成的偏压式组合元件。
本发明给出的这种形状记忆合金疏水阀的制备方法，包括有下列步骤：
(1)选择高温稳定性的CAO坩埚，使其在冶炼过程中不能被高还原性地TI所还原成TI的氧化物而影响成分的比例，同时，按Ni为50-51％at余量为Ti的比例，准确加入CAO坩埚内熔炼，熔炼温度为：1300-1400℃；
(2)采用分阶段电量控制、真空熔炼、惰性气体氩气保护下的熔炼工艺，确保外界带来的杂质不被引入，在惰性气体氩气的保护下熔炼及浇注，匹配氩气压力防止喷溅及气体吸入，以保证成分准确；
(3)利用合金化和防热进行下阶段反应，防止过热产生Ti的氧化；
(4)最后得到稳定相变温度的NiTi形状记忆合金，其成分为Ni50-51％at余量为Ti，再将NiTi形状记忆合金制作成记忆合金螺旋压缩弹簧，该记忆合金螺旋压缩弹簧的主要技术指标为：
公称压力：1.6MPa，
公称直径：DN 15mm～DN 25mm，
排水温度：70～120℃。
本发明中未提及的疏水阀的其他结构与现有技术相同；
本发明中未提及的疏水阀的制备方法的其他步骤与现有技术相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.记忆元件反应灵敏，动作快，不易泄漏新鲜蒸汽；
2.变形量大，变形力大，动作可靠，可应用于大排量的装置；
3.阀门零件少，结构简单，不易出故障；
4.阀门几何参数合理，可连续排水，无冲击；
5.由于记忆合金元件疲劳寿命在2×106次以上，而且记忆合金耐腐蚀，所以，本阀门的使用寿命可达2万小时以上，普通阀的使用寿命在0.8万小时左右。
【附图说明】
图1为本发明给出的偏压式组合元件结构示意图；
图2为本发明给出的形状记忆合金疏水阀结构示意图。
【具体实施方式】
如图1～图2所示，这种形状记忆合金疏水阀，包括有阀体6、阀芯4和采用形状记忆合金制作的记忆合金弹簧1，阀体6上设有进气口3和出水口5，阀体6内设有阀芯4，阀芯4上安装有记忆合金弹簧1和普通压缩弹簧2组装成的偏压式组合元件，其中记忆合金弹簧1和普通压缩弹簧2呈对压状态。
采用形状记忆合金制作记忆合金弹簧1的方法有下列步骤：
首先选择高温稳定性的CAO坩埚，使其在冶炼过程中不能被高还原性的TI所还原成TI的氧化物而影响成分的比例，同时，按Ni为50-51％at余量为Ti的比例，准确加入CAO坩埚内熔炼，熔炼温度为：1300-1400℃；
其次采用分阶段电量控制、真空熔炼、惰性气体氩气保护下的熔炼工艺，确保外界带来的杂质不被引入，在惰性气体氩气的保护下熔炼及浇注，匹配氩气压力防止喷溅及气体吸入，以保证成分准确；
再利用合金化和防热进行下阶段反应，防止过热产生Ti的氧化；
最后得到稳定相变温度的NiTi形状记忆合金，其成分为Ni 50-51％at余量为Ti，再将NiTi形状记忆合金制作成记忆合金螺旋压缩弹簧，该记忆合金螺旋压缩弹簧的主要技术指标为：
公称压力：1.6MPa，公称直径：DN 15mm～DN 25mm，
排水温度：70～120℃。
本发明给出的形状记忆合金疏水阀的使用寿命可达2万小时以上。