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信息概况
1 弁言
跟着新型氢氧研制的深切,对火箭策念头氢氧温区用的高温阀门也提出了 多请求,特别是对阀门口径的请求愈来愈大,此中液氢温区用的高温停止阀已到达DN250,液氧温区已达DN200 (以上口径是针对停止阀,球阀口径已到达DN300)。在航天作为流体保送及堵截用处而遍及利用的阀门首要有停止阀和球阀。以下针对高真空多层高温停止阀设想时应斟酌的题目停止会商与阐发。
2 高温阀门的界说及布局
高温阀是一种在温度即是或低于120 K的介质中任务的阀门。高温阀除应知足普通阀门所具有机能以外, 首要的是在高温状况下密封面的封机能,举措矫捷,漏热高等特色,而其关头手艺对漏热的请求。因此按照绝热体例的差别,其布局要有聚积绝热式、高真空绝热、真空粉末绝热和地面多层绝热等多种情势。
3 高温停止阀的资料
因为高温阀任务介质的高温性子,使高温阀门对资料有良多请求。
3. 1 资料耐高温机能
高温阀不只请求在高温下普通任务,同时要其常温的任务机器机能,也要知足高温下所需的机器机能,特别是打击功和绝对延长率的请求。针对以上请求,为了避免资料在高温下的低应力脆断,普通多接纳奥氏体构造的资料,如:奥氏体不锈钢铸件、铜、铜合金、铝及铝合金等。这是因为颠末对低应力脆性断裂特色 ,对金属断裂机理停止阐发发明,金属的高温韧性即缺口 处的金属微观塑性变形才能是决议装备抵当应力脆断粉碎的关头。测验考试标明,具有面心立方布局的金属,如铜、铝、镍和奥氏体类钢根基上不这类温度效应,即不低应力脆断。这是因为当温度下降时,面心立方金属的屈就强度不明显变更,并且不易产生形变孪晶,位错轻易活动,局部应力易于败坏,裂纹不易传布,普通不脆性改变温度。
3. 2 与高温介质的相容性
资料与高温介质的相容性便是请求资料自身不能与高温介质产生任何物理化学变更,不能引发侵蚀及爆炸。如在氧介质中任务的资料,不许可利用玻璃钢作为绝热资料,也不许可利用活性碳作为吸气剂,因为它们均能与氧产生熄灭爆炸。
3. 3 具有绝对低的导热性,即热导率绝对低
高温停止阀保送的介质温度低,介质本钱高,并且介质的俄然汽化也会给装备的 运转带来 大风险。以是高温停止阀对漏热的请求较高。为了下降传热,在公道挑选绝热的条件下,应尽量接纳热导率绝对低的资料,以下降高温介质的蒸发量。
3. 4 在高温无油光滑的环境下,具有 的硬度和
阀门依托阀杆的活动开启和封闭,阀杆通报的感化力又使密封面到达 的密封力。这就请求建造停止阀零部件的资料 有 的硬度和耐摩性。铝和铝合金在高温停止阀中的利用有 的限定,首要是因为硬度不够,会致使密封外表比钢和黄铜生效得 快[1]。 今朝利用较多的金属资料有:不锈钢、铜合金、铝合金、镍合金等;非金属资料有:玻璃钢、聚四氟乙烯、加强聚四氟乙烯、聚酰亚胺、石棉绳、橡胶等,此中玻璃钢大多作为热桥整机,而聚四氟乙烯、加强聚四氟乙烯、聚酰亚胺多作为密封面资料,石棉绳、橡胶、填料等多作为阀杆密封资料。
4 高温停止阀的密封
高温介质的本钱和风险性等特色,使高温阀门的密封设想在全部设想进程中据有相称首要的地位请求在 任务条件下不能泄露,高温停止阀的密封要包含阀杆密封和密封面密封。
4. 1 阀杆密封
今朝高温停止阀的阀杆密封有填料函和涟漪管两种此中在成批出产的氛围分手装配上的阀门,其阀杆多接纳填料函密封布局。在有毒易燃易爆气体介质中任务的阀门,阀杆能够接纳波管密封,但在大于即是80MPa的高压气体中,由涟漪管不能蒙受如斯高的外压,只能接纳填料函密封填料函密封因为建造加工简略、维修 换便利在现实出产中利用相称遍及。可是为填料的密机能,其任务温度普通不能低于-40℃,这就请求高温阀门上任务的填料函装配应尽量在靠近环境温下任务。凡是环境下,填料不结霜即以为其处于正的任务状况,但若是因为填料自身或任务寿命的原使填料不密封,则高温气体经由进程填料就会形成泄露并使填料函冷冻结霜,又会形成填料的进一步泄露生效。在航天利用的良多高温阀门系列中,因为成缘由大多接纳了填料函密封布局,而为了阀杆填料函的温度,均接纳了加长阀杆长度的体例,所形成这些高温阀的尺寸均比拟大。
涟漪管密封停止阀多用于介质不许可微量泄露和不适填料的场所。在涟漪管的设想中,其寿命是关头,涟漪管的寿命与其路程巨细和初始装配状况有关。涟漪管停止阀的利用寿命,在路程 的环境下,装配涟漪时要其不蒙受附加外力的感化;在任务状况下因为涟漪管蒙受的是外压,其任务状况较好,但由高温阀门的封闭或管道中能够存在的气穴都能够引水击。因此在涟漪管蒙受的计较压力时,要加上定的 系数,并尽能够使涟漪管避免间接蒙受水击。
4. 2 密封面密封
高温阀门密封面的布局大致上分为立体、锥面球面、刀形等密封情势。此中立体密封因为加工造简略利用较为遍及,特别合适利用在大口径阀门中但因为其立体布局的特色使其密封力比拟大,须要操纵力也较大。锥面和球面密封副在小口径阀门顶用较为遍及,有很好的利用实例。因为是锥面情势,所需密封力和操纵力比拟小,但在大口径阀门中很少用,不只因为其加工建造坚苦,并且在高温状况下由资料缩短、资料金相构造变更和加工偏差等多种身分感化,使密封面在高温下轻易落空密封机能而形成阀泄露。
对建造密封面(阀头-阀座)的资料,不只请求其有 的机器强度, 首要的是要较高的外表硬度。密封面的资料普通不接纳铝和铝合金,因为其硬度太差,凡是均接纳不锈钢、铜合金、聚四氟乙烯、加强聚四氟乙烯、聚酰亚胺等资料(聚碳酸脂也可用做密封面资料,但不成熟的利用数据)。跟着成长,起头测验考试利用加强聚四氟乙烯取代聚四氟乙烯利用于高温停止阀的密封面,且结果也不错。对以上阀头-阀座的配对资料中,为了密封机能, 要注重外表粗拙度的挑选。
5 磨擦副的设想
高温阀门常常利用的壳体和阀杆资料首要是0Cr18Ni9不锈钢资料。不锈钢资料在高温下的整体机器机能 了进步,只是δ5、AKV值有所下降,且在常温状况下磨擦局部 易呈现咬死景象。高温阀中磨擦副将严峻影响全部阀门任务的性,且为了避免净化高温介质,不许可利用避免整机磨损和咬死的光滑剂。高温阀门在常温状况任务时,为不呈现咬死景象,应选用差别资料或把磨擦副资料的硬度错开。
在现实设想中,凡是接纳0Cr18Ni9-黄铜,但0Cr18Ni9-2Cr13磨擦副 好不要相配合。
6 阀门的漏热
在高温阀门中,因为介质本钱较高,阀门漏热是关头题目。经由进程阀门的漏热首要有2局部:经由进程阀门壳体的漏热和机器构件的漏热。
6. 1 经由进程阀门壳体的漏热
为了下降经由进程阀门壳体的漏热,普通接纳外聚积绝热和真空(多层)绝热体例。外聚积绝热普通利用在小口径或很少维修的场所(因为外聚积绝热的维修本钱高),真空多层普通利用在大口径和液氢、液氦的高温停止阀门中。在真空型的绝热体中,热量经由进程绝热体因此辐射、固体传导和蔼体传导等几种体例停止通报的。要 地计较这局部热量很坚苦,工程上用总的表观导热系数来处置。
6. 2 机器构件漏热
机器构件漏热分为两种环境:不寒气冷却的构件和有寒气冷却的构件。 在设想中为了下降这类构件的漏热在知足构件强度和刚度请求的同时能够接纳加长构件长度、减小构件截面积的体例来下降漏热量;或许可的条件下将构件分段,一端以球头打仗来增大触热阻(同时段与段之间也能够加放隔热垫),该法凡是用于下降阀杆漏热;别的还能够经由进程接纳导系数较小的资料来下降漏热量,该体例凡是用于降阀门支持件的漏热,支持件资料普通接纳导热系数为0·25W / (m·K) ~0. 45 W / (m·K)的玻钢。支持情势在工程上常有三角形、正方形、球环等布局情势。有寒气冷却的构件,其颈管的传热环境比拟庞杂包含冷、热两头之间的热传导,冷蒸气与颈内壁的传播热,颈管外壁与绝热层之间的传热和经由进程颈管对液体的辐射传热等, 计较其传热是很庞杂的。为了削减颈管局部的传热量,除接纳低导热系数资料,减薄管壁,增添管长等办法外,增添颈管内壁粗拙度和停止涂黑处置,和对颈管外壁停止抛光,均能够削减其传热量。
7 真空腔及多层绝热资料
在高温阀设想中,为了下降阀门夹层中气体的对传播热,阀门的夹层要抽成真空,真空度普通到达10-3Pa以上。而为了取得和坚持如许的真空度,在真空度到达请求后经常利用吸气剂来坚持。凡是用于高温装配的吸气剂有活性炭(液氧阀门中除外)和份子筛。
为了下降辐射传热,要在真空中装配屏。高真空多层绝热资料由高反射性、低辐射率的屏资料和导热系数低的距离资料构成,经常利用的有:铝箔、喷铝涤纶薄膜、铝箔纸、玻璃纤维布(纸)、尼龙网及丝绸等。影响多层绝热的身分有:资料及其组合体例、真空度、层密度、总厚度、温度、机器负荷及杂质等。
8 阀门零部件的深冷处置
高温阀门中普通接纳不锈钢资料作壳体,而奥氏体不锈钢在高温状况下存在奥氏体构造向马氏体构造转化的偏向。当奥氏体向马氏体转化时就会形成体积的变更,从而使得阀门密封面能够落空密封机能而生效。为了下降这类转化量,零部件在精加工前要停止深冷处置,凡是接纳的体例是在液氮中浸泡1 h~2h,偏重复2~3次就可以知足利用请求。
9 阀门的实验
为了高温阀 地运转,高温停止阀在组装毕后应停止压力和密封实验,以查验包含阀体与阀联络处在内的全部阀门的耐压及密封机能。
壳体停止强度实验时,其实验进程和法式应符 相干规范。因为高温阀多接纳不锈钢,水压试用水的氯化物含量不应跨越25 mg/L。阀门组装前水压实验竣事后,应答每一个零部件 洗净并 渍,此中油污含量应合适JB/T 6896-93《氛围分手备外表洁净度》的请求。实验压力为设想压力的1.5倍,及格规范为:在增压进程中无非常响声,无泄露微观上不许可有可见的非常变形。
压力实验及格后停止密封实验,实验压力为设压力。实验前对阀体,阀盖的毗连和填料函、阀密封面等处停止查抄。为了查抄高温阀门在利用温度下密封及操纵机能,常温密封实验及格后要停止高温查验,为 性,下降实验本钱,高温阀门实验普通用液氮实验。当阀门出产企业不具有高温实验才能时也可在常温密封实验及格后在利用单元做。实验一接纳浸泡体例,即把全部高温阀门浸入液氮停止冷却,液体的水立体最少袒护住阀体与阀盖的毗连部位,在阀门温度不变后向阀门通入氦气查抄其密封机能。
10 装配调试
高温停止阀门的各类实验及格后运输到现场,由利用单担任装配并停止全部高温体系的查验和试运转。
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