双金属片蒸汽疏水阀的热双金属片材料的选择

热双金属元件作为双金属片蒸汽疏水阀的主要控制元件，其材料的性能优劣，各项参数的选择是否合理，直接决定了该疏水阀的使用性能。

热双金属材料的主要性能参数有：热敏感性、电阻率、弹性模量、使用温度范围等。对于该产品来说，除电阻率以外其余各项性能都很重要。

1、热敏感性

所谓热敏感性是指热双金属因温度变化而弯曲的特性，它是衡量热双金属对温度敏感程度的一项重要指标，也是热双金属最主要的性能之一。热敏感性通常用比弯曲K来表示，也可用温曲率F和敏感系数M来表示。目前在我国现行的双金属标准中采用比弯曲K来表示热敏感性。国外有些先进国家现已逐步采用温曲率F来考核热敏感性，如美国、德国。根据有关理论推导可知三者有以下关系：F=2K=1.5M，此处不再详细论述。

2、弹性模量

弹性模量是表示热双金属力学性能的个重要参数，是计算热敏双金属元件推力力矩和内应力时不可缺少的参数。

3、使用温度范围

使用温度范围是选择热双金属时首先要考虑的问题，它可划分为线性温度范围和允许使用温度范围。

线性温度范围是热双金属的位移量与温度变化基本上呈线性关系的温度范围。在这个范围内比弯曲值将不超过其标称值的±5%。

允许使用温度范围是指在此温度范围内热双金属不发生残余变形，其上限指热应力达到热双金属弹性极限时的温度，下限由材料的相变点决定。

允许使用温度范围大于线性温度范围，在线性温度范围以外，允许使用温度范围以内，材料的热敏感性已有所降低。

以上几个指标是该设计选材时的主要依据，但在选材时可能找不到同时满足全部使用条件的材料牌号，此时只能根据主要的使用条件选材，其他不能满足的则可通过元件的形状和尺寸以及工艺措施来弥补。

针对该疏水阀的性能要求来考虑，首先要考虑选择适当的“允许使用温度范围”，这是一项最重要的指标。被选用的热双金属的允许使用温度范围的上、下限必须超过该阀的最高允许温度和最低允许温度。

除了允许使用温度范围外，与此同时还应当考虑材料的线性温度范围，在这个温度范围内热双金属具有最商的热敏感性，其比弯曲值与温度之间的关系基本上呈直线关系。因此设计中所选用的材料的线性温度范围必须超过产品的最高和最低工作温度。

对于该阀，其允许使用温度范围定为500℃线性温度范围定为425℃。

以上两项参数确定之后，进一步考虑材料的热敏感性和力学性能,即比弯曲K和弹性模量E，这两项参数直接影响到产品的工作性能。根据材料力学原理可知热双金属元件在工作过程中所产生的热推力Ft与其比弯曲K和弹性模量E成正比，见下式：

Ft=K·E·△t·α

式中：Ft——热双金属元件产生的热推力(N)；

            K——比弯曲(℃-1)；

            E——弹性模量(MPa)；

            △t——温度差(℃)；

            α——元件的体积系数( mm2)。

由此可见，比弯曲K值和弹性模量E值越大则元件的热推力Ft越大。因此可根据产品的需要选择适当的K值和E值。经过实验证明对该产品来说，比弯曲K应选择10×105℃-1左右，弹性模量E应选在15000~20000MPa左右。

根据该蒸汽疏水阀的特殊工作条件还有一项不容忽视的性能，也就是材料的耐腐蚀性，它直接决定了产品的使用寿命。因此在该设计中选用耐蚀型双金属材料。

综合以上分析，对于该高温高压双金属片式蒸汽疏水阀其关键元件热双金属应具有以下特性：

①使用温度范围：500℃；

②线性温度范围：425℃；

③比弯曲K：10×106℃-1左右；

④弹性模量E：15000~2000MPa左右；

⑤热双金属元件材料耐腐蚀，因此应采用不锈热双金属。