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一、概述
低溫截止閥(fa)是(shi)一(yi)種工作(zuo)在(zai)低溫氣氫(qing)或液氫(qing)介質中(zhong),用(yong)來接通(tong)或切斷管(guan)路介質的裝置(zhi)。本文(wen)介紹一(yi)種用(yong)于氫(qing)氧發動機試(shi)驗臺上的低溫截止閥(fa),針對(dui)在(zai)使(shi)(shi)用(yong)過(guo)程中(zhong)出現閥(fa)門無法動作(zuo)的問題(ti),進行了(le)故障分析,通(tong)過(guo)改進結構,使(shi)(shi)閥(fa)門正常運行于試(shi)驗系統中(zhong)。
二、結構特點
1、技術參數
低溫(wen)截止閥的技術參數如(ru)下。
工(gong)作(zuo)介質低溫(wen)氣氫、液氫
公稱通徑65mm
zui高使(shi)用壓力25MPa
zui低使(shi)用溫度液氫溫度
驅動方式氣動(氣缸雙向(xiang)通(tong)氣)
操作(zuo)氣(qi)源氮氣(qi),5±012MPa
連接(jie)方式法蘭式
2、結構
低溫截(jie)止閥(fa)(fa)由閥(fa)(fa)體(ti)(ti)(ti)、閥(fa)(fa)瓣、閥(fa)(fa)桿和汽缸(gang)等(deng)組(zu)成。閥(fa)(fa)體(ti)(ti)(ti)、閥(fa)(fa)蓋和閥(fa)(fa)桿等(deng)均采用(yong)(yong)不銹(xiu)鋼(gang),閥(fa)(fa)瓣采用(yong)(yong)銅。上(shang)下兩段閥(fa)(fa)桿中間用(yong)(yong)環(huan)氧酚(fen)醛層(ceng)壓玻璃(li)鋼(gang)布板實現絕熱(re),法蘭密(mi)封(feng)面(mian)采用(yong)(yong)鋁墊片(pian),填料使用(yong)(yong)聚四氟乙烯,汽缸(gang)使用(yong)(yong)雙特(te)密(mi)封(feng),以減小(xiao)摩擦力,閥(fa)(fa)門整(zheng)體(ti)(ti)(ti)采用(yong)(yong)聚氨(an)酯發泡保溫。
三、設計
1、材(cai)料選用
航天火箭用低(di)溫(wen)推(tui)進劑一般有(you)(you)液(ye)氫、液(ye)氧和氟等,因此要(yao)求(qiu)閥門材(cai)料(liao)(liao)能(neng)耐低(di)溫(wen)、耐腐蝕與(yu)低(di)溫(wen)介質相容并具有(you)(you)比較(jiao)低(di)的(de)導熱(re)性。目前,運用較(jiao)多的(de)金屬材(cai)料(liao)(liao)有(you)(you)奧(ao)氏體(ti)鋼、銅或鋁等,非(fei)金屬材(cai)料(liao)(liao)有(you)(you)玻璃鋼、聚四(si)氟乙烯等。
從金相考慮,金屬材(cai)料中(zhong)具有面心立(li)方晶(jing)格的奧氏體鋼、銅和鋁(lv)在低溫(wen)狀態下不會出現低溫(wen)脆性(xing),但因(yin)鋁(lv)及鋁(lv)合(he)金的硬(ying)度不高,鋁(lv)密封面的耐磨、耐擦傷(shang)性(xing)能差,所以在低溫(wen)閥門(men)中(zhong)的使(shi)用(yong)有一定的限制,僅用(yong)于低壓和小口徑閥門(men)中(zhong)。
力士樂REXROTH截止閥低溫閥門用墊片必須在常溫、低溫及溫度變化下具有(you)可靠的(de)密封性(xing)和復(fu)原性(xing),因此一般選擇性(xing)能變化小的(de)墊片材料(liao)(liao)。如浸(jin)漬聚四氟(fu)乙烯(xi)的(de)石棉填料(liao)(liao)或成型塑料(liao)(liao)件(jian)填料(liao)(liao),而玻(bo)璃鋼由(you)于導(dao)熱系數(shu)很(hen)小,大多用作(zuo)熱橋(qiao)元(yuan)件(jian)。
2、密封結構
在關閉件設計時,閥座采用較硬的(de)(de)(de)材料(liao)---不(bu)銹鋼,閥瓣(ban)采用較軟(ruan)的(de)(de)(de)材料(liao)---銅,當(dang)低溫(wen)下(xia)奧氏(shi)體發生相變(bian)(bian)時,密(mi)封(feng)面高(gao)低不(bu)平,軟(ruan)材料(liao)在操作(zuo)力(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用下(xia)產生形(xing)變(bian)(bian)而使其與閥座貼合緊密(mi),補償由(you)于熱應(ying)(ying)力(li)和組(zu)織應(ying)(ying)力(li)引起(qi)的(de)(de)(de)材料(liao)變(bian)(bian)形(xing),解(jie)決了高(gao)壓低溫(wen)工況(kuang)下(xia)的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)性問題。
3、絕(jue)熱結構(gou)
為(wei)較(jiao)好地實現低溫截止閥的(de)絕(jue)熱(re),將閥蓋設(she)計成細(xi)長結構,加長熱(re)橋,防止因填料函(han)部(bu)分(fen)過冷而使處在(zai)填料函(han)部(bu)位的(de)閥桿以(yi)及閥蓋上部(bu)的(de)零件結霜(shuang),影(ying)響使用。采(cai)用隔(ge)熱(re)墊(dian)(材料為(wei)環(huan)氧酚醛層壓(ya)玻璃鋼布)將閥桿分(fen)為(wei)上、下兩部(bu)分(fen),減(jian)小熱(re)流,實現絕(jue)熱(re)。閥門整體采(cai)用外絕(jue)熱(re)形式,使用聚(ju)氨(an)脂發泡保(bao)溫,保(bao)層厚200mm。
四、故障分析(xi)
低溫(wen)截止閥應用于試驗系統后,出(chu)現了(le)(le)無法動作的(de)故(gu)障(zhang)。在對該閥解體(ti)后發現,閥桿(gan)與閥蓋(gai)出(chu)現了(le)(le)咬合,閥桿(gan)表面的(de)中心線對稱位置處(chu)(chu)有(you)兩處(chu)(chu)較深的(de)劃(hua)痕,與之相(xiang)配的(de)閥蓋(gai)下(xia)法蘭(lan)相(xiang)應位置上也有(you)兩處(chu)(chu)劃(hua)痕。經過(guo)分(fen)析,引(yin)起故(gu)障(zhang)的(de)原因有(you)兩方面。
1、存儲期
閥(fa)(fa)(fa)門(men)存(cun)放(fang)期間(jian)水平放(fang)置并(bing)處(chu)于開啟狀態,閥(fa)(fa)(fa)桿與閥(fa)(fa)(fa)瓣形成(cheng)懸臂(bei)梁結構(gou),懸臂(bei)長147mm,懸臂(bei)重418kg。由于重力作(zuo)(zuo)用引起下(xia)(xia)閥(fa)(fa)(fa)桿彎曲,使得(de)下(xia)(xia)閥(fa)(fa)(fa)桿和(he)閥(fa)(fa)(fa)蓋法(fa)蘭孔同(tong)軸度(du)(du)偏差(cha)增大。原設計中同(tong)軸度(du)(du)zui大偏差(cha)為0.1mm,拆(chai)除后(hou)實測同(tong)軸度(du)(du)偏差(cha)約為0.4mm。由于兩零(ling)件材料均為OCr18Ni9不銹(xiu)鋼,低(di)溫下(xia)(xia)無法(fa)進(jin)行潤滑,動作(zuo)(zuo)時由于同(tong)軸度(du)(du)偏差(cha)大產生咬合現象(xiang)。
2、加工期(qi)
經檢(jian)查,閥(fa)蓋(gai)上(shang)的(de)銷釘(ding)(ding)槽沒有(you)按圖紙(zhi)加工。將(jiang)方(fang)形(xing)槽加工成圓弧形(xing)槽,影響(xiang)了銷釘(ding)(ding)和銷釘(ding)(ding)槽的(de)正常配(pei)合(he),下(xia)閥(fa)桿承受側向(xiang)力(li),從而導致下(xia)閥(fa)桿和閥(fa)蓋(gai)產(chan)生(sheng)干涉(she)。
五、改進
針對分析中存在的問題,對低溫截止閥結構做了改進。
1、閥桿與閥蓋配合部分在下閥桿<51mm處壓入一個H62銅套,不銹鋼OCr18Ni9硬度160HB,黃銅H62硬度56HB,采用這種方式可避免同種材料直接接觸而產生咬合現象。將閥蓋下法蘭孔<51mm加工至<57mm,與下閥桿相應處采用間隙配合(H8/f7),既保證了配合件具有較小的動摩擦力,又起到了導向作用。
2、閥桿防轉裝置銷釘和銷釘槽配合的作用是避免閥桿旋轉。由于該閥的閥瓣、閥桿、汽缸和活塞等為回轉體,其閥桿是否旋轉對其密封和啟閉性能不會產生影響。為了避免由于銷釘和銷釘槽配合不當而使下閥桿承受側向力,取消了銷釘。
六、結語
; 改進后的截止閥在實際使用中動作性能良好。一般情況下,低溫閥門運動副在間隙適當時,可以采用不銹鋼,但是長期使用在有側向力或者軸變形工況時易產生咬合,因此盡量不用。另外,閥門要豎直放置和使用,長期不用時,應使閥門處于關閉狀態。
021-53391367
021-52500777
