低(di)溫(wen)(wen)截止閥是一(yi)種非常常用的進口(kou)截止閥種類之一(yi)，主(zhu)要(yao)工作在低(di)溫(wen)(wen)氣氫或液(ye)氫介(jie)質中,用來接(jie)通或切斷管路介(jie)質的裝(zhuang)置(zhi)。本(ben)文介(jie)紹(shao)一種用于氫(qing)氧發動機試驗臺(tai)上的低溫截(jie)止閥,針對在使用過程(cheng)中出現進口(kou)閥門無法動作的問題(ti),進行了故障(zhang)分(fen)析,通過改進結構,使閥門正常運行(xing)于試驗系統中。

2、結構特點

2.1、技(ji)術參數

進(jin)口低溫截止閥的技(ji)術參(can)數如下。

工作介質低溫氣氫、液氫

公(gong)稱(cheng)通(tong)徑65mm

最高使用壓(ya)力25MPa

最低使用溫度(du)液(ye)氫溫度(du)

驅動方(fang)式氣(qi)動(氣缸(gang)雙向通氣)

操(cao)作氣源氮氣,5±012MPa

連接方式法蘭式

2.2、結構

進口低溫截止閥(fa)(fa)由閥(fa)(fa)體、閥(fa)(fa)瓣(ban)、閥(fa)(fa)桿(gan)和(he)汽缸等組成。閥(fa)(fa)體、閥(fa)(fa)蓋和(he)閥(fa)(fa)桿(gan)等均采用不銹(xiu)鋼,閥瓣采用銅。上下(xia)兩段閥桿中間(jian)用環氧(yang)酚醛層(ceng)壓(ya)玻(bo)璃鋼(gang)布板實現(xian)絕熱,法蘭密封面采用鋁墊片,填料(liao)使用聚四氟乙烯(xi),汽缸使用雙(shuang)特密(mi)封,以減(jian)小摩擦力,閥門整體(ti)采用(yong)聚氨酯發泡保溫(wen)。

3、設計

3.1、材料選用

航(hang)天火箭用低溫(wen)推進(jin)劑一(yi)般有液氫(qing)、液氧和(he)氟等,因此要求閥門材料能耐(nai)低溫(wen)、耐(nai)腐(fu)蝕與(yu)低溫(wen)介(jie)質相容并具有(you)比較(jiao)低的導熱性。目(mu)前,運用較多的金屬(shu)材料有奧氏體鋼(gang)、銅或鋁(lv)等,非金屬材料(liao)有玻璃鋼、聚四氟乙烯等。

從金相考慮,金屬材料中具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅和鋁在低溫狀態下不(bu)會出現低溫脆性(xing),但因(yin)鋁(lv)及(ji)鋁(lv)合金的(de)硬度不高,鋁密封面的(de)耐磨、耐擦(ca)傷性能差,所以在低溫閥門中(zhong)的使用有一定的限制(zhi),僅用于(yu)低壓(ya)和小口徑閥門中。

低溫閥門用墊(dian)片必須在常溫、低溫及溫度變化下具有可靠的(de)密封性(xing)和(he)復原性(xing),因(yin)此一般(ban)選(xuan)擇性能(neng)變化小(xiao)的墊片材料(liao)。如浸(jin)漬(zi)聚(ju)四(si)氟乙烯的石棉填料(liao)或成(cheng)型塑料(liao)件(jian)填料(liao),而玻璃鋼由于導熱系數很(hen)小,大多(duo)用作熱(re)橋元(yuan)件。

3.2、密封結構

在(zai)關(guan)閉件設計時,閥(fa)座采用(yong)較硬(ying)的材料(liao)———不(bu)銹(xiu)鋼,閥(fa)瓣采用較軟的(de)材料———銅,當低溫下奧氏體發生(sheng)相變時,密(mi)封(feng)面高低不平,軟材(cai)料(liao)在操作(zuo)力的作(zuo)用下產生形變而使其與(yu)閥座(zuo)貼合緊密,補償由于(yu)熱應(ying)力和組織應(ying)力引起的材料變(bian)形,解決了高(gao)壓低溫工(gong)況下的密封性問(wen)題(ti)。

3.3、絕熱結構(gou)

為較好地實(shi)現低溫截止閥的(de)絕熱,將閥蓋設計成細長(chang)結構,加長(chang)熱(re)橋(qiao),防止(zhi)因(yin)填料函部分過冷(leng)而使處在填料函部位(wei)的閥(fa)桿以及閥(fa)蓋上部的零(ling)件結霜,影響(xiang)使用。采用隔(ge)熱墊(材(cai)料為環氧酚醛層壓(ya)玻璃鋼布)將閥桿(gan)分為上(shang)、下兩(liang)部分,減小熱流,實現絕熱(re)。閥門(men)整體(ti)采(cai)用外絕熱(re)形式,使用聚氨脂發泡保溫,保層厚200mm。

4、故障分析

進口低溫截止閥應(ying)用(yong)于試驗系(xi)統后,出(chu)現(xian)了無法動作的故障。在(zai)對(dui)該閥解(jie)體(ti)(ti)后發(fa)現(xian),閥(fa)桿與閥(fa)蓋出(chu)現了咬(yao)合,閥桿(gan)表面的中心線對稱位置處有兩處較深(shen)的劃痕,與之相配的(de)閥蓋下法蘭相應位置上(shang)也有兩(liang)劃痕。經(jing)過分析,引起故(gu)障的原因(yin)有兩方面。

(1)存儲期

閥門存(cun)放期間水平放置(zhi)并處(chu)于開啟狀態(tai),閥桿(gan)與閥瓣形(xing)成懸臂梁結(jie)構,懸臂長(chang)147mm,懸臂重418kg。由于(yu)重(zhong)力作用引(yin)起下閥桿(gan)彎曲,使得下(xia)閥桿和閥蓋(gai)法蘭孔同軸度偏差增大(da)。原設計中(zhong)同軸度最大(da)偏差為0.1mm,拆除后實測(ce)同軸度(du)偏差約為0.4mm。由于(yu)兩零(ling)件材料(liao)均為OCr18Ni9不銹鋼,低溫下無法進行潤滑,動作(zuo)時由(you)于同軸度偏差大產生(sheng)咬合現象。

(2)加工期

經檢查,閥蓋上的(de)銷(xiao)釘(ding)槽沒有按(an)圖紙加工(圖1)。將圖紙中的方形槽(cao)加工成圓弧形槽(cao),影(ying)響(xiang)了銷釘(ding)和銷釘(ding)槽(cao)的(de)正常配合(he),下閥桿承受(shou)側向力(li),從而導致(zhi)下閥桿(gan)和閥蓋產生干(gan)涉(she)。

5、改進(jin)

針對分析中存在的問題,對低溫(wen)截止閥結(jie)構做了改進。

(1)閥(fa)桿與閥(fa)蓋(gai)配合部分(fen)在下閥(fa)桿<51mm處壓入一個H62銅套(圖2),不銹鋼OCr18Ni9硬度(du)160HB,黃銅H62硬(ying)度56HB,采用這種方式(shi)可(ke)避免同種材料直接接觸而產生(sheng)咬(yao)合現象(xiang)。將閥(fa)蓋下法(fa)蘭孔<51mm加工至(zhi)<57mm,與下閥桿相應處采用間隙配合(H8/f7),既保證了配合件(jian)具有(you)較小的(de)動摩擦力,又起到了(le)導向作用。

(2)閥桿防(fang)轉(zhuan)(zhuan)裝置銷(xiao)釘(ding)和銷(xiao)釘(ding)槽(cao)配合的作(zuo)用是避免閥桿旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)。由(you)于該(gai)閥的閥瓣、閥桿、汽缸和活塞等為回轉(zhuan)(zhuan)體,其閥(fa)桿(gan)(gan)是(shi)否(fou)旋轉對其密封和(he)啟(qi)閉性能不(bu)(bu)會(hui)產生(sheng)影響。為了避免由于銷釘(ding)和(he)銷釘(ding)槽配合不(bu)(bu)當而(er)使下閥(fa)桿(gan)(gan)承受側向力,取消了銷釘。

6、結語(yu)

改進后的截止閥(fa)在實際使用中動作性能良(liang)好。一(yi)般情況下,進(jin)口低溫閥門運動副(fu)在間(jian)隙適當時(shi),可以采用不(bu)銹鋼,但(dan)是(shi)長期使(shi)用在有側向力或者軸變形工(gong)況時(shi)易產生咬合,因(yin)此盡量不用。另外,閥(fa)門(men)要豎(shu)直放(fang)置(zhi)和使用,長(chang)期不用時,應(ying)使閥門(men)處于關(guan)閉狀態(tai)。