1、超低温截止阀密封面改进概述
低温截止阀截止阀是一种工作正在低温气氢或液氢介质中,用去接通或切断管路介质的装置。本文介绍一种用于氢氧发动机试验台上的低温截止阀,针对正在使用过程中出现阀门无法动作的问题,进行了故障合析,通过改进结构,使阀门正常运行于试验系统中。
可通过阀杆既旋转又升降的原理，达到阀门的开启或截断，并确保阀门的密封和上密封功能。由于该结构特殊的运动原理，也造成对阀门上密封副间受力极为不利的后果（形成既有密封副间必须的垂直压力，又有密封副间相对滑移的摩擦）。实践证明，阀门的上密封往往只启闭几次，就因为密封副间的擦伤而引起泄漏。擦伤轻微的需拆开修复，擦伤严重的均因损坏而报废，这样的后果不但增加了企业的制造成本，而且影响阀门的性能。为解决此类问题对阀门上密封的结构和材料做了试验和改进。
将阀杆的上密封部位移动到阀瓣上（目的是在受力过程中，使阀瓣上的上密封面相对阀盖上的上密封面处于静止无滑移状态）。此改进虽然可提高上密封的寿命，但由于要增加一道阀瓣盖与阀瓣间的密封使得结构较复杂，性价比较低。
改变上密封副材料。在阀杆密封锥面上堆焊抗擦伤性能好的司太立硬质合金，此方法虽然取得了较好的效果，但一方面因为司太立合金成本太高，另一方面由于阀杆基本材料为 13Cr 马氏体不锈钢，可焊性差，堆焊时须焊前预热，焊后保温和焊接工艺复杂。另外，为保证阀杆的尺寸精度，还要增加粗加工工序。综合分析，除特殊要求外，此方案其性价比也不好。
实践证明，提高阀杆锥面硬度是提高截止阀上密封寿命的可行办法。 
2、超低温截止阀密封面改进结构特点
低温截止阀和高中压截止阀不同，它是一种工作在低温气氢或液氢介质中,用来接通或切断管路介质的装置。本文介绍一种用于氢氧发动机试验台上的低温截止阀,针对在使用过程中出现阀门无法动作的问题,进行了故障分析,通过改进结构,使阀门正常运行于试验系统中。
1、结构特点
2、技术参数 低温截止阀的技术参数如下。工作介质低温气氢、液氢 公称通径65mm 高使用压力25MPa 低使用温度液氢温度 驱动方式气动(气缸双向通气) 操作气源氮气,5±012MPa 连接方式法兰式。
结构 低温截止阀由阀体、阀瓣、阀杆和汽缸等组成。阀体、阀盖和阀杆等均采用不锈钢,阀瓣采用铜。上下两段阀杆中间用环氧酚醛层压玻璃钢布板实现绝热,法兰密封面采用铝垫片,填料使用聚四氟乙烯,汽缸使用双特密封,以减小摩擦力,阀门整体采用聚氨酯发泡保温。 2.1、技术参数
低温截止阀的技术参数如下。
工作介质低温气氢、液氢
公称通径65mm
高使用压力25MPa
低使用温度液氢温度
驱动方式气动(气缸双背通气)
操作气源氮气,5±012MPa
衔接方式法兰式
2.2、超低温截止阀密封面改进结构
低温截止阀由阀体、阀瓣、阀杆和汽缸等组成。阀体、阀掀和阀杆等均采用不锈钢,阀瓣采用铜。上下两段阀杆中间用环氧酚醛层压玻璃钢布板实现绝热,法兰密封面采用铝垫片,填料使用聚四氟乙烯,汽缸使用双特密封,以减小摩擦力,阀门整体采用聚氨酯发泡保温。 
3、超低温截止阀密封面改进设计
3.1、材料选用
航天火箭用低温推进剂一般有液氢、液氧和氟等,因而要求阀门材料能耐低温、耐腐蚀与低温介质相容并具有比较低的导热性。目前,运用较多的金属材料有奥氏体钢、铜或铝等,非金属材料有玻璃钢、聚四氟乙烯等。
从金相考虑,金属材料中具有面心立方晶格的奥氏体钢、铜和铝正在低温状态下不会出现低温脆性,但因铝及铝合金的软度不高,铝密封面的耐磨、耐擦伤性能差,所以正在低温阀门中的使用有一定的限制,仅用于低压和小口径阀门中。
低温阀门用垫片必须正在常温、低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性,因而一般选择性能变化小的垫片材料。如浸渍聚四氟乙烯的石棉填料或成型塑料件填料,而玻璃钢由于导热系数很小,大多用作热桥元件。
3.2、密封结构
正在关闭件设计时,阀座采用较软的材料———不锈钢,阀瓣采用较软的材料———铜,当低温下奥氏体发生相变时,密封面高低不平,软材料正在操作力的作用下产生形变而使其与阀座贴合紧密,补偿由于热应力和组织应力引起的材料变形,解决了高压低温工况下的密封性问题。
3.3、绝热结构
为较好地实现低温截止阀的绝热,将阀掀设计成细长结构,减长热桥,防止因填料函部合过冷而使处正在填料函部位的阀杆以及阀掀上部的零件结霜,影响使用。采用隔热垫(材料为环氧酚醛层压玻璃钢布)将阀杆合为上、下两部合,减小热流,实现绝热。阀门整体采用外绝热形式,使用聚氨脂发泡保温,保层厚200mm。 
4、超低温截止阀密封面改进故障合析
低温截止阀应用于试验系统后,出现了无法动作的故障。正在对当阀解体后发现,阀杆与阀掀出现了咬合,阀杆表面的核心线对称地位处有两处较深的划痕,与之相配的阀掀下法兰相应地位上也有两处划痕。经过合析,引起故障的原因有两方面。
(1)存储期
阀门存放期间水平放置并处于开启状态,阀杆与阀瓣形成悬臂梁结构,悬臂长147mm,悬臂重418kg。由于重力作用引起下阀杆弯曲,使得下阀杆和阀掀法兰孔异轴度偏差增大。原设计中异轴度大偏差为0.1mm,拆除后实测异轴度偏差约为0.4mm。由于两零件材料均为OCr18Ni9不锈钢,低温下无法进行润涩,动作时由于异轴度偏差大产生咬合现象。
(2)减工期
经检查,阀掀上的销钉槽没有按图纸减工(图1)。将图纸中的方形槽减工成圆弧形槽,影响了销钉和销钉槽的正常配合,下阀杆承受侧背力,从而导致下阀杆和阀掀产生干涉。 
5、超低温截止阀密封面改进改进
针对合析中存正在的问题,对低温截止阀结构做了改进。
(1)阀杆与阀掀配合部合正在下阀杆<51mm处压进一个H62铜套(图2),不锈钢OCr18Ni9软度160HB,黄铜H62软度56HB,采用这种方式可避免异种材料直接接触而产生咬合现象。将阀掀下法兰孔<51mm减工至<57mm,与下阀杆相应处采用间隙配合(H8/f7),既保证了配合件具有较小的动摩擦力,又起到了导背作用。
(2)阀杆防转装置销钉和销钉槽配合的作用是避免阀杆旋转。由于当阀的阀瓣、阀杆、汽缸和活塞等为回转体,其阀杆是否旋转对其密封和启闭性能不会产生影响。为了避免由于销钉和销钉槽配合不当而使下阀杆承受侧背力,撤消了销钉。 
6、超低温截止阀密封面改进结语
改进后的截止阀正在实际使用中动作性能良好。一般情况下,低温阀门运动副正在间隙适当时,可以采用不锈钢,但是长期使用正在有侧背力或者轴变形工况时易产生咬合,因而尽量不用。另外,阀门要竖直放置和使用,长期不用时,应使阀门处于关闭状态。
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