高压超低温截止阀研制.pdf

高压超低温截止阀研制李小明陈维宇谢宁张赤民(中国航天科技集团公司六院第十一研究所)摘要本文介绍了几种高压超低温手动截止阀和气动截止阀，其工作压力为35MPa，工作介质为液氧和液氮。为了保证可操作性和密封性能等，设计时从结构、材料的选择等多方面采取了措施。手动截止阀的阀杆采用分体设计，有利于填料密封。气动截止阀采用光电管作为开/关状态的信号输出。试验表明，高压超低温手动截止阀和气动截止阀在常温和超低温下的各种性能良好.结构关qin止阀”动截止吸“军超低I\1前言3结构在某高压试验系统中，需要几种高压超低温高压超低温手动截止阀和气动截止阀均采用手动截止阀和气动截止阀，最高工作压力为直角式截止阀。由于工作温度极低，工作压力高，35MPa，工作介质为液氧和液氮。由于国内目前没因此设计时从结构、材料的选择等多方面采取了有满足要求的高压超低温阀，为此专门为该试验措施。图1和图2分别是DN20手动截止阀和DN30系统研制了各三种规格(DNIO,DN20和DN32)气动截止阀的结构简图。手动截止阀由手柄驱动。的高压超低温手动截止阀和气动截止阀。下面简气动截止阀由双向气动活塞驱动，控制口1供应要这几种高压超低温阀的结构和试验情况。控制压力时阀关闭;控制口2供应控制压力同时2设计要求卸除控制口1的控制压力，阀打开。下面简要介绍高压超低温阀设计考虑和结构特点。2.1功能要求3.1隔热措施高压超低温手动截止阀用于手动控制液氧或为了保证手动截止阀的可操作性和气动截止液氮的供应或切断。在35MPa下从完全截止至全阀的气动活塞处的橡胶O形圈可靠工作，需从结开过程中，应灵活、无卡阻和爬行现象。构上采取隔热措施。设计时在保证足够的连接强高压超低温气动截止阀由控制气压力操纵，即当供应开启控制气压力时阀打开，当供应关闭控制气压力时阀关闭。要求设置指示开启和关闭状态的输出信号机构，便于试验台用指示灯指示其状态。在35MPa下从完全截止至全开过程中，阀杆和活塞不应有卡阻和爬行等异常现象。2.2主要设计参数工作介质:液氧、液氮工作温度:一196'C-50'C介质最大工作压力:35MPa图1DN20高压超低温手动截止阀结构简图通径:DNIO,DN20和DN32I-阀座:2一阀体:3-阀芯:4一阀盖:5一阀杆;气动截止阀操作控制压力:6MPa6-一手柄;7一阀杆螺母:8一连接套;9-阀芯杆2.3密封要求10-填料压盖;11-填料:12-填料垫:用压力为35MPa的空气或氮气和液氮检查，13-阀芯螺母:14-~密封垫填料和密封垫应无可见泄漏;阀芯与阀座间的泄漏量不大于ImL/s,1一阀芯;2一一阀座连接，DN32采用法兰连接。3，5填料密封图2DN32高压超低温气动截止阀结构简图阀芯杆的密封采用填料密封。填料与阀芯杆J一阀座;2一阀体;〕一阀芯:4-阀芯螺母;的摩擦力要尽可能的小，因为摩擦力将使作用在5一填料垫;6-填料;7一填料压套;8一填料压盖;填料上的压力随着与填料压盖的距离的增加而减9-阀杆;1o-一阀盖:11一活塞;12一控制腔壳体;小，若衰减太厉害，密封压力一旦超过填料压力13-遮光片;14-光电管;15一开2关信号输出插座:就会开始渗漏。尤其是在超低温下填料的塑性要16-盖;17一光电管支架;18-密封垫降低，密封更难保证。填料材料选择耐低温性能较好并且摩擦系数度和刚度的前提下，将阀盖的多余部分加工较小的增强聚四氟乙烯FS-35,填料共有三圈，每掉，使阀盖中间段的横截面和与阀体接触部位的两圈填料之间设有金属填料垫。面积尽量小，并适当加长阀盖的长度，这样可使设计时还特别将手动截止阀的阀芯杆与阀杆阀体内的冷量尽可能少往上传导。低温试验表明，采用分体设计。这样在开关阀时，与填料接触的气动活塞附近阀杆的温度不低于一20'C阀芯杆不像一般截止阀的阀杆作螺旋运动，而只3.2材料作上下移动，大大改善了填料的受力状况，有利于填料密封。试验表明这种结构设计方案是可打阀体、阀盖和控制腔壳体等选用ICr18Ni9Ti,的，在超低温下填料密封性能良好。阀座、阀芯、阀杆、阀杆螺母等选用耐低温高强不锈钢S-03和S-07等，活塞选用高强铝合金。3.6阀芯杆与阀杆和阀芯的连接为了保证零件在超低温下尺寸稳定，主要零件在手动截止阀阀芯杆与阀杆采用分体设计。手精加工前均进行冷处理，S-03和S-07按相应的热动阀的阀芯杆与阀杆和阀芯以及气动阀的阀杆与处理规范处理，1Crl8Ni9Ti在液氮中浸泡4h.阀芯的连接均采用活动连接，主要采用了阀芯螺3.3关闭副密封母、T型槽、对开圆环和钢丝连接等多种方式。阀芯与阀杆的钢丝连接见图4所示，这是一阀芯与阀座的关闭副密封均采用金属一金属种非常简单可行的结构。在阀芯和阀杆上均开有密封。DN10的手动截止阀和气动截止阀均采用半圆形槽，为了保证阀芯活动灵活，阀芯上的