低温截(jie)止阀故障介(jie)绍(shao)及(ji)处理

航(hang)天(tian)用低(di)温气(qi)氢(qing)、液(ye)氢用截止阀介绍

低(di)温(wen)截止(zhi)阀(fa)是一(yi)种(zhong)工(gong)作(zuo)在低温液(ye)氮(dan)、液(ye)氧、低(di)温气氢或液(ye)氢介(jie)质(zhi)中(zhong),用(yong)来(lai)接(jie)通或(huo)切(qie)断管(guan)路介(jie)质(zhi)的(de)装置。该文(wen)中(zhong)介(jie)绍一(yi)种(zhong)用(yong)于氢氧发(fa)动机试验(yan)台(tai)上(shang)的低(di)温(wen)截(jie)止阀,针(zhen)对(dui)在(zai)使用(yong)过程(cheng)中出现阀门无(wu)法(fa)动作(zuo)的问(wen)题,进(jin)行了故障分(fen)析,通过改(gai)进(jin)结构,使(shi)阀(fa)门(men)正(zheng)常(chang)运行(xing)于(yu)试(shi)验系(xi)统(tong)中(zhong)。

结构特点

1、技(ji)术参数(shu)

低温截止阀(fa)的(de)技(ji)术参(can)数：

工(gong)作(zuo)介质：低温气氢(qing)、液(ye)氢

公称通径(jing)：10～65mm

高(gao)使用压(ya)力：25MPa

最(zui)低使用(yong)温度(du)：-253℃

驱动方式：气(qi)动(dong)(气(qi)缸(gang)双向通气)

操作气(qi)源：氮(dan)气,5±0.12MPa

连接方式(shi)：法(fa)兰(lan)式(shi)、焊(han)接(jie)式(shi)

2、结构

低温截(jie)止(zhi)阀(fa)由阀体、阀(fa)瓣(ban)、阀(fa)杆和汽(qi)缸(gang)等组成。阀(fa)体、阀(fa)盖和阀杆等(deng)均(jun)采(cai)用(yong)不锈(xiu)钢,阀瓣采(cai)用(yong)铜(tong)。上(shang)下两(liang)段阀(fa)杆(gan)中(zhong)间(jian)用(yong)环氧(yang)酚(fen)醛层(ceng)压(ya)玻(bo)璃(li)钢(gang)布板实(shi)现绝热,法(fa)兰密封面(mian)采(cai)用(yong)铝垫(dian)片(pian),填(tian)料使(shi)用(yong)聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi),汽(qi)缸(gang)使用双特(te)密封,以减(jian)小摩(mo)擦力,阀(fa)门(men)整(zheng)体采(cai)用(yong)聚(ju)氨酯(zhi)发(fa)泡保温。

设计

1、材料(liao)选(xuan)用(yong)

航(hang)天火箭(jian)用(yong)低温推(tui)进(jin)剂一(yi)般(ban)有液氢(qing)、液(ye)氧(yang)和(he)氟等(deng),因(yin)此要(yao)求阀门材(cai)料(liao)能耐低(di)温、耐(nai)腐(fu)蚀(shi)与低(di)温(wen)介(jie)质相(xiang)容(rong)并具(ju)有比较(jiao)低(di)的导(dao)热性。目(mu)前,运(yun)用较多(duo)的金(jin)属材(cai)料(liao)有奥氏(shi)体钢(gang)、铜(tong)或(huo)铝等(deng),非(fei)金属(shu)材(cai)料有玻(bo)璃(li)钢、聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)等。

从金相考(kao)虑(lv),金(jin)属材料(liao)中具(ju)有面(mian)心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)的(de)奥氏体(ti)钢(gang)、铜(tong)和铝在低温(wen)状(zhuang)态下(xia)不(bu)会(hui)出(chu)现(xian)低(di)温(wen)脆性,但因铝及铝合金的硬度(du)不(bu)高(gao),铝(lv)密(mi)封(feng)面(mian)的(de)耐(nai)磨(mo)、耐(nai)擦伤(shang)性能(neng)差,所以(yi)在(zai)低温(wen)阀门中(zhong)的(de)使用(yong)有一(yi)定(ding)的(de)限(xian)制,仅用于低压和(he)小(xiao)口径(jing)阀(fa)门(men)中(zhong)。

低温(wen)阀门(men)用垫(dian)片(pian)必须(xu)在常(chang)温(wen)、低(di)温及温度(du)变(bian)化下(xia)具(ju)有(you)可靠的密封性和复原性(xing),因此(ci)一般(ban)选(xuan)择性(xing)能变(bian)化(hua)小(xiao)的(de)垫片材(cai)料。如浸(jin)渍(zi)聚(ju)四氟乙(yi)烯的石(shi)棉(mian)填料(liao)或成型塑料件(jian)填(tian)料,而(er)玻(bo)璃(li)钢(gang)由(you)于(yu)导(dao)热系(xi)数很小,大多用(yong)作(zuo)热(re)桥(qiao)元件(jian)。

2、密封结(jie)构(gou)

在关(guan)闭(bi)件设(she)计时(shi),阀(fa)座(zuo)采用较(jiao)硬(ying)的材(cai)料(liao)———不(bu)锈钢,阀(fa)瓣采(cai)用较软(ruan)的(de)材料(liao)———铜(tong),当低(di)温下奥(ao)氏(shi)体(ti)发(fa)生相变时,密(mi)封面(mian)高(gao)低不平,软材(cai)料(liao)在(zai)操(cao)作力的(de)作(zuo)用(yong)下产生(sheng)形(xing)变(bian)而(er)使(shi)其(qi)与(yu)阀(fa)座贴合(he)紧(jin)密(mi),补(bu)偿由(you)于热应力和(he)组(zu)织(zhi)应(ying)力(li)引起的(de)材料(liao)变(bian)形(xing),解决(jue)了(le)高压(ya)低(di)温(wen)工(gong)况(kuang)下的(de)密(mi)封(feng)性(xing)问题。

3、绝热结(jie)构(gou)

为(wei)较好地实现(xian)低温(wen)截(jie)止(zhi)阀(fa)的绝(jue)热,将(jiang)阀(fa)盖设(she)计成细长(zhang)结构(gou),加(jia)长(zhang)热桥,防止因(yin)填料函(han)部(bu)分过(guo)冷而(er)使处在填料(liao)函(han)部位(wei)的(de)阀(fa)杆(gan)以及(ji)阀(fa)盖上(shang)部的(de)零件(jian)结霜(shuang),影(ying)响使用。采用隔热(re)垫(dian)(材料(liao)为环氧酚(fen)醛层压(ya)玻璃(li)钢布)将阀(fa)杆分(fen)为(wei)上、下两部分(fen),减小热(re)流,实(shi)现(xian)绝(jue)热。阀门整(zheng)体(ti)采用外(wai)绝(jue)热(re)形式,使(shi)用(yong)聚(ju)氨(an)脂发泡保温(wen),保(bao)层(ceng)厚200mm。

4、故(gu)障分析

低(di)温截(jie)止(zhi)阀(fa)应用于(yu)试(shi)验(yan)系(xi)统(tong)后(hou),出现了(le)无(wu)法动作(zuo)的(de)故障。在(zai)对该(gai)阀解体(ti)后发现,阀(fa)杆(gan)与(yu)阀(fa)盖出现了咬合,阀(fa)杆(gan)表面的中心线对称位置(zhi)处有(you)两处(chu)较深(shen)的划痕,与(yu)之相(xiang)配的阀盖下法(fa)兰(lan)相(xiang)应(ying)位(wei)置上也(ye)有(you)两处划痕。经过分析,引(yin)起故(gu)障(zhang)的(de)原因(yin)有两(liang)方(fang)面(mian)。

存储期

阀(fa)门(men)存(cun)放(fang)期(qi)间(jian)水(shui)平(ping)放置(zhi)并处于开(kai)启状(zhuang)态(tai),阀杆(gan)与(yu)阀(fa)瓣(ban)形成悬(xuan)臂梁(liang)结构,悬臂长(zhang)147mm,悬(xuan)臂(bi)重418kg。由于(yu)重(zhong)力(li)作用引起(qi)下(xia)阀杆弯(wan)曲,使得下(xia)阀(fa)杆(gan)和阀(fa)盖(gai)法(fa)兰孔(kong)同轴(zhou)度(du)偏(pian)差(cha)增(zeng)大(da)。原设(she)计中同轴(zhou)度最大(da)偏(pian)差为(wei)0.1mm,拆(chai)除后实测同轴(zhou)度偏差约为(wei)0.4mm。由于两(liang)零(ling)件(jian)材料均为(wei)OCr18Ni9不(bu)锈钢(gang),低(di)温下(xia)无法进(jin)行润滑,动作(zuo)时(shi)由(you)于(yu)同(tong)轴度偏(pian)差(cha)大产(chan)生咬合现象。

加(jia)工期

经检查(cha),阀盖上(shang)的(de)销(xiao)钉槽(cao)没(mei)有按(an)图纸(zhi)加(jia)工(gong)(图1)。将图(tu)纸中(zhong)的方(fang)形(xing)槽加工(gong)成圆弧形槽,影(ying)响(xiang)了销(xiao)钉(ding)和(he)销(xiao)钉(ding)槽的正(zheng)常(chang)配合(he),下阀(fa)杆(gan)承受侧(ce)向力,从而(er)导(dao)致下阀(fa)杆和阀盖产(chan)生(sheng)干(gan)涉。

改(gai)进(jin)

针对分(fen)析中存在的问题(ti),对低温(wen)截(jie)止阀(fa)结(jie)构做了(le)改进。

(1)阀杆(gan)与阀盖配合(he)部分在(zai)下(xia)阀(fa)杆<51mm处压(ya)入一(yi)个(ge)H62铜套(tao)(图(tu)2),不(bu)锈(xiu)钢OCr18Ni9硬度(du)160HB,黄(huang)铜H62硬(ying)度(du)56HB,采用(yong)这(zhe)种(zhong)方(fang)式可(ke)避(bi)免(mian)同种(zhong)材(cai)料直接(jie)接触(chu)而产生咬合现(xian)象(xiang)。将阀盖(gai)下(xia)法兰(lan)孔<51mm加(jia)工至<57mm,与下阀(fa)杆相应(ying)处(chu)采用间(jian)隙(xi)配合(H8/f7),既(ji)保(bao)证(zheng)了配(pei)合(he)件(jian)具有较小的(de)动摩(mo)擦力,又(you)起到(dao)了导向作(zuo)用。

(2)阀(fa)杆(gan)防转(zhuan)装(zhuang)置(zhi)销(xiao)钉和销钉槽配合的(de)作用(yong)是避免(mian)阀杆旋转(zhuan)。由于(yu)该(gai)阀的阀瓣(ban)、阀杆(gan)、汽(qi)缸(gang)和(he)活(huo)塞等为回(hui)转(zhuan)体(ti),其阀杆是(shi)否旋(xuan)转(zhuan)对(dui)其密封(feng)和(he)启闭性能不(bu)会产生影(ying)响。为(wei)了避免由(you)于(yu)销钉(ding)和销钉(ding)槽(cao)配合不(bu)当而使(shi)下阀(fa)杆(gan)承(cheng)受(shou)侧向力(li),取(qu)消了(le)销(xiao)钉(ding)。

改进(jin)后(hou)的截止阀(fa)在实际(ji)使(shi)用(yong)中动作(zuo)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)。一般情况下,低(di)温(wen)阀门(men)运(yun)动(dong)副在(zai)间(jian)隙(xi)适(shi)当时(shi),可以采(cai)用(yong)不锈(xiu)钢(gang),但(dan)是长期使(shi)用(yong)在(zai)有侧(ce)向力(li)或者轴(zhou)变(bian)形工(gong)况时(shi)易(yi)产生咬合,因(yin)此尽量不(bu)用(yong)。另(ling)外,阀门(men)要(yao)竖(shu)直放(fang)置(zhi)和(he)使用,长(zhang)期(qi)不(bu)用(yong)时,应使阀门处(chu)于关(guan)闭状态。