高壓閥門試驗工裝的結(jié)構(gòu)改進

2016-03-23 宋江濤西安航天動力試驗技術(shù)研究所

　　分析了高壓閥門強度和密封性能試驗用工裝存在的問題，介紹了利用O形圈密封原理設(shè)計的新型試驗工裝的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和使用性能。

1、概述

　　高壓閥門出廠前必須進行強度試驗和密封性能試驗。試驗工裝的頻繁使用和試驗介質(zhì)壓力高，導(dǎo)致工裝連接件容易出現(xiàn)變形和劃傷等損壞情況，造成試驗壓力不穩(wěn)定，產(chǎn)品不能正常保壓，導(dǎo)致試驗失敗，試驗成本上升和人力及物力的浪費。根據(jù)試驗需要，設(shè)計了一種方便拆裝，密封性能穩(wěn)定，維護成本低的工裝。

2、問題分析

　　2.1、結(jié)構(gòu)

　　閥門的進出口端與試壓接頭的密封結(jié)構(gòu)是常用的圓錐面與球面接觸(圖1) 。接頭前端圓弧面與閥體進出口端的圓錐面接觸，形成一條密封線，通過外套螺母和閥門進出口的螺紋連接提供預(yù)緊力，壓緊接頭，起到密封作用。在反復(fù)試驗過程中，接頭不斷的受壓變形，線密封變成面密封，密封預(yù)緊力越來越大，接頭密封部位嚴(yán)重變形，密封形式失效，必須更換。

　　試驗過程中，口徑<10mm 的閥門使用接頭容易形成密封，拆裝使用次數(shù)較多，但是閥門口徑>15mm 時，密封效果較差�？趶�32mm 的閥門，在試驗壓力達到35MPa 時，密封效果最差，新的接頭使用幾次，密封面處就出現(xiàn)泄露，必須更換接頭，重新試驗。如果隨意加大作用在外套螺母上的擰緊力，外套螺母和閥體的螺紋很容易出現(xiàn)變形，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)螺紋卡住現(xiàn)象，使閥體報廢。閥體材料是不銹鋼2Cr13 或1Cr18Ni9Ti，材料和加工成本較高。

高壓閥門試驗工裝的結(jié)構(gòu)改進

圖1 接頭與閥門連接

　　2.2、材料

　　接頭和閥體的接觸面在擰緊力的作用下，都會產(chǎn)生變形，為了減少閥體接觸面的變形，接頭材料的硬度不能超過閥體。接頭材料不一樣，使用的效果也不同。

　　(1) 不銹鋼

　　不銹鋼接頭材料一般為1Cr18Ni9Ti 或0Cr18Ni9，其硬度接近閥體。試驗后，接頭和閥體密封部位同時變形，閥體密封面會產(chǎn)生壓痕，不利于多次密封。在外套螺母旋轉(zhuǎn)擰緊的過程中，如果接頭與外套螺母一起旋轉(zhuǎn)，會損壞產(chǎn)品的閥體密封面。接頭在多次使用后，密封線會變寬，容易出現(xiàn)外泄漏(圖2) 。如果強制增加擰緊力，容易損壞閥體連接螺紋，造成產(chǎn)品返修或報廢。

高壓閥門試驗工裝的結(jié)構(gòu)改進

圖2 損壞的不銹鋼接頭

　　(2) 黃銅

　　黃銅接頭材料一般為H62，其硬度低于閥體。試驗后，接頭變形量較大(圖3) ，一般不會損壞閥體密封面。早期使用密封較容易，多次使用后，接頭密封線容易變寬，形成面密封，需要的擰緊力也會增大。黃銅接頭也不能多次使用。

高壓閥門試驗工裝的結(jié)構(gòu)改進

圖3 損壞的銅接頭

　　(3) 鋁碗或銅碗

　　為了提高接頭使用壽命，減少螺紋擰緊力，在接頭和閥體密封面之間夾入一個薄鋁碗( 或薄銅碗) 。鋁碗材料為純鋁L2，退火處理降低材料硬度。鋁碗一般在管路連接中比較常用，呈圓錐體，外徑同閥體圓錐尺寸一致，厚度1.5mm。試驗時，鋁碗初期密封性能較好，不會破壞密封面，但是多次使用后變形較大，密封性能越來越差，需頻繁更換。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為這種方法不適合口徑較大的閥門使用。