介紹了火箭發動機試驗系統高壓液氫截止閥的結構特點,及其材料選用、密封和絕熱結構等技術問題的處理方法。針對其使用中出現閥桿與閥體之間咬合而無法動作的問題進行了全面的分析,並提出了解決方案。
1、概述
低溫截止閥是一種工作在低溫氣氫或液氫介質中,用來接通或切斷管路介質的裝置。本文介紹一種用於氫氧發動機試驗台上的低溫截止閥,針對在使用過程中出現閥門無法動作的問題,進行了故障分析,通過改進結構,使閥門正常運行於試驗系統中。
2、結構特點
2.1、技術參數
低溫截止閥的技術參數如下。
工作介質低溫氣氫、液氫
公稱通徑65mm
最高使用壓力25MPa
最低使用溫度液氫溫度
驅動方式氣動（氣缸雙向通氣）
操作氣源氮氣,5±012MPa
連接方式法蘭式
2.2、結構
低溫截止閥由閥體、閥瓣、閥桿和汽缸等組成。閥體、閥蓋和閥桿等均採用不鏽鋼,閥瓣採用銅。上下兩段閥桿中間用環氧酚醛層壓玻璃鋼布板實現絕熱,法蘭密封面採用鋁墊片,填料使用聚四氟乙烯,汽缸使用雙特密封,以減小摩擦力,閥門整體採用聚氨酯發泡保溫。
介紹了火箭發動機試驗系統高壓液氫截止閥的結構特點,及其材料選用、密封和絕熱結構等技術問題的處理方法。針對其使用中出現閥桿與閥體之間咬合而無法動作的問題進行了全面的分析,並提出了解決方案。
1、概述
低溫截止閥是一種工作在低溫氣氫或液氫介質中,用來接通或切斷管路介質的裝置。本文介紹一種用於氫氧發動機試驗台上的低溫截止閥,針對在使用過程中出現閥門無法動作的問題,進行了故障分析,通過改進結構,使閥門正常運行於試驗系統中。
2、結構特點
2.1、技術參數
低溫截止閥的技術參數如下。
工作介質低溫氣氫、液氫
公稱通徑65mm
最高使用壓力25MPa
最低使用溫度液氫溫度
驅動方式氣動（氣缸雙向通氣）
操作氣源氮氣,5±012MPa
連接方式法蘭式
2.2、結構
低溫截止閥由閥體、閥瓣、閥桿和汽缸等組成。閥體、閥蓋和閥桿等均採用不鏽鋼,閥瓣採用銅。上下兩段閥桿中間用環氧酚醛層壓玻璃鋼布板實現絕熱,法蘭密封面採用鋁墊片,填料使用聚四氟乙烯,汽缸使用雙特密封,以減小摩擦力,閥門整體採用聚氨酯發泡保溫。
4、故障分析
低溫截止閥應用於試驗系統后,出現了無法動作的故障。在對該閥解體后發現,閥桿與閥蓋出現了咬合,閥桿表面的中心線對稱位置處有兩處較深的划痕,與之相配的閥蓋下法蘭相應位置上也有兩處划痕。經過分析,引起故障的原因有兩方面。
（1）存儲期
閥門存放期間水平放置並處於開啟狀態,閥桿與閥瓣形成懸臂樑結構,懸臂長147mm,懸臂重418kg。由於重力作用引起下閥桿彎曲,使得下閥桿和閥蓋法蘭孔同軸度偏差增大。原設計中同軸度最大偏差為0.1mm,拆除后實測同軸度偏差約為0.4mm。由於兩零件材料均為OCr18Ni9不鏽鋼,低溫下無法進行潤滑,動作時由於同軸度偏差大產生咬合現象。
（2）加工期
經檢查,閥蓋上的銷釘槽沒有按圖紙加工（圖1）。將圖紙中的方形槽加工成圓弧形槽,影響了銷釘和銷釘槽的正常配合,下閥桿承受側向力,從而導致下閥桿和閥蓋產生干涉。
5、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（圖2）,不鏽鋼OCr18Ni9硬度160HB,黃銅H62硬度56HB,採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,與下閥桿相應處採用間隙配合（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。由於該閥的閥瓣、閥桿、汽缸和活塞等為迴轉體,其閥桿是否旋轉對其密封和啟閉性能不會產生影響。為了避免由於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。
6、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,可以採用不鏽鋼,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,應使閥門處於關閉狀態。
