《减压阀试验特性值的超差处理.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《减压阀试验特性值的超差处理.pdf(3页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、航天制造技术 2 0 0 3 年 2 月第 1 期 43 减压阀试验特性值的超差处理 西安航天发动机厂 王建昌 刘红斌 西北工业大学 何洪庆 文摘 某型减压阀在高温及 1 0 0次动作后的特性试验中,出口压强特性值超下差。通过对减压阀 的结构分析认为,主要原因是膜片刚度减小,其次是主、副弹簧弹性降低,致使阀芯开度减小,因此 减压阀出口压强超下差。采取适当调节主、副弹簧刚性,以求减小常温下出口压强允许公差的措施, 解决了上述问题。 主题词 减压阀 特性 超差处理 1 引 言 在某批量减压阀的特性试验中,发现 14 台 减压阀高温特性试验、高温特性试验后恢复常温 试验,以及常温下动作 100 次后
2、的试验出现出口 压强超下差,其余各项试验特性均合格。在所有 出现超下差的减压阀中,70# 减压阀是性能最低 (出口压强超下差最大)的减压阀。因此,以 70# 减压阀为研究对象,研究其特性超下差的处 理方法最合适,如超差最大的那一个减压阀的问 题得到解决,则超差较小的便迎刃而解了。本文 针对减压阀出口压强超下差的问题进行了分析。 2 减压阀结构和工作原理 减压阀由执行元件阀芯、阀座、顶杆,敏感 元件膜片,弹性元件主弹簧、副弹簧,结构元件 阀体、衬套以及各种密封元件等组成。减压阀的 工作原理为,执行元件根据敏感元件感受的进口 压强变化值,与主、副弹簧力进行比较,自动调 节阀芯开度,减压并保持出口压
3、强恒定。减压阀 结构见图 1。 图 1 减压阀结构示意图 3 影响减压阀特性的机理及超差原因分析 3.1 特性试验的要求 减压阀特性试验要满足设计要求,订有详 细试验规范。其中包括规定对减压阀必须进行高 温 65、常温 825、低温-30、高低温试 验后恢复常温、动作 100 次后恢复常温等典型试 验,要求该型减压阀在限流圈直径 D=1.38mm、 收稿日期:2002-07-31 航天制造技术 2 0 0 3 年 2 月第 1 期 44 1.0mm、0.38mm,入口压强 P1 = 21、 19、 16、14、12、10、8、6、4.5MPa 时,出口压强 P2=1.80.12MPa , 并要
4、求检查出口压强的额 定点 P2=1.80.04MPa 为合格。 3.2 影响特性的机理 在减压阀调试后发现,温度对主、副弹簧力 有影响。由于材料的热胀冷缩,致使低温时弹簧 力增大,高温时弹簧力减小,温度偏离常温越 大,影响越大;且这种影响对主弹簧比对副弹簧 更大。 另外发现,温度对膜片有影响。膜片的结构 为:中间是一层棉布,上下各涂一层橡胶。棉布 为非弹性件,起支撑作用。在一定压强下膜片的 性能受温度变化的影响。高温使棉布层膨胀,膜 片面积增大,因此尽管进口压强相同,但膜片产 生的轴向力增大,使阀芯开度减小,减压阀出口 压强减小;膜片受低温作用时相反。当膜片受到 进口压强作用,特别是反复作用后
5、,橡胶呈弹 性,而棉布层会残留有塑性变形,这种塑性变形 使膜片面积增大,同样能导致减压阀出口压强减 小。 以上原因均影响减压阀的特性。在高温以及 减压阀动作 100 次的情况下,减压阀出口压强易 出现超下差。 3.3 超差原因分析 70# 减压阀的典试情况:高温试验中,限 流圈直径 D=1.38mm,入口压强 P1=4.5MPa 时, 出口压强 P2=1.646MPa,超下差 0.034MPa;恢 复常温试验中,限流圈直径 D=1.38mm,入口压 强 P1=4.5MPa 时,出口压强 P2=1.66MPa,超下 差 0.02MPa;动作 100 次后的常温试验中,限流 圈直径 D=1.38m
6、m,入口压强 P1=4.5MPa 时,出 口压强 P2=1.66MPa,超下差 0.02MPa,出口压 强 额 定 点 的 检 查P2=1.75MPa , 超 下 差 0.01MPa。 在此需要说明,超差测试在安装减压阀出口 外的节流圈孔径最大,为 D=1.38 mm,入口压强 最低,为 P1=4.5MPa 时进行。选择此试验状态的 原因如下:减压阀特性试验的超差为下差,而试 验经验表明,如果温度一定,入口压强和节流圈 直径在一定范围内变化时,减压阀特性的变化有 相似性,且节流圈直径最大和入口压强最低时, 减压阀的特性值下降趋势最大。因此在做减压阀 超下差测试时,取该型减压阀节流圈直径最大和
7、入口压强低点的值最有代表性。如在这种情况下 不超下差,则其它情况下也不会超下差。 首先对本批减压阀的零组件进行质量复查, 发现除过滤器有 2 份代料,弹簧外套有 1 份外观 尺寸超差外,均属合格。根据影响减压阀特性的 机理分析,这些问题与减压阀出口压强超差无 关。 根据某型减压阀调试数据记录的比较可 知,减压阀的出口压强特性值呈现出从低温到常 温再到高温依次降低的趋势;高温试验后恢复常 温试验的特性值呈现出比高温的特性值略高,但 比检查试验的特性值稍低。 根据上述趋势结合影响特性的机理可以认 为,减压阀高温试验、高温试验后恢复常温试验 超下差的原因是膜片膨胀及主、副弹簧力减小引 起的;动作 1
8、00 次后常温试验超下差是膜片塑性 变形引起的。 4 超差处理措施及结果 根据第 3 节分析,如果在高温条件下使主弹 簧、副弹簧力增大,可减小出口压强超下差。但 调节时必须兼顾高温条件和低温条件,不可顾此 失彼。实践表明,调节主、副弹簧力(主要是调 节主弹簧力)是有一定范围的,当然其效果也受 到限制。为解决出口压强超下差问题可以采取如 下措施:通过调节主(副)弹簧,使常温试验状 态下减压阀出口压强的公差带适当减小,以求在 做高温试验、高温试验后恢复常温试验和动作 100 次后常温试验不超过原定的出口压强公差。 后一措施效果更为显著,表明膜片对减压阀特性 的影响比主、副弹簧力的影响更大。 对超差
9、最大的 70# 减压阀采取上述措施 后,常温试验情况:限流圈直径 D=1.38mm,入 航天制造技术 2 0 0 3 年 2 月第 1 期 45 口压强 P1=4.5MPa 时,出口压强 P2=1.73MPa, 出口压强额定点的检查 P2=1.798MPa,满足要 求。试验结果表明常温下的出口压强公差被调节 得很接近公称值。 将减小常温试验公差后的 70# 减压阀再进 行高温试验情况:限流圈直径 D=1.38mm,入口 压强 P1 = 4.5 MPa 时,出口压强 P2=1.7MPa,满 足要求。 再对 70# 减压阀进行高温后恢复常温的试 验情况:限流圈直径 D=1.38mm,入口压强 P1
10、=4.5MPa 时,出口压强 P2=1.71MPa,出口压 强额定点的检查 P2=1.79MPa、1.795 MPa(电 动),满足要求。其中“电动”是指用电系统控 制入口压强时的验证试验情况。 70# 减压阀进行动作 100 次后的常温试验 也满足要求,情况为:限流圈直径 D=1.38mm, 入 口 压 强P1=4.5MPa时 , 出 口 压 强 P2=1.72MPa , 出 口 压 强 额 定 点 的 检 查 P2=1.79MPa。 对本批其它超下差减压阀作同样的处理后, 结果全部符合原定设计公差要求。 5 讨论及结论 某型减压阀高温特性试验、高温后恢复常温 特性及动作 100 次后常温特
11、性出口压强超下差的 主要原因是膜片膨胀或塑性变形致使承力面积增 大,次要原因是主、副弹簧力变小。消除出口压 强超下差的方法为:适当调节主(副)弹簧,减 小常温下减压阀出口压强的公差带。实践已证明 了这种方法的有效性。 如果发生减压阀低温特性超上差,则原因相 反,即主要原因是膜片低温收缩承力面积减小, 次要原因是主、副弹簧力变大。消除超上差的方 法也可用适当调节主(副)弹簧力,减小常温下 出口压强公差带的方法。 因此可得结论:通过适当调节主(副)弹簧 力减小常温下特性的公差带可以改善减压阀的特 性,达到合格范围。如果在减压阀调试中尽量将 出口压强值调整到趋近设计公称值,还可以预防 超差的出现。
12、该结论对某型减压阀特性在一定范围内消除 超差有效,对同类减压阀可供借鉴。 参考文献(略) 用于火箭发动机的超高速低温滚珠轴承 超高速混合陶瓷滚珠轴承转速 1 2 0 0 0 0 r / m i n ,D N 值达到 3 0 0 万。根据日本航空航天技术研究所(N A L )报道,未来 的航天飞机将使用重复型发动机。用既小型轻量又性能良好的重复型火箭发动机,使得向燃烧器提供液氢( 2 5 3 ) 液氧( 1 8 3 )的超低温推进剂涡轮泵变得高速化。目前的多级式火箭的上面级火箭发动机其重量、性能对发射卫星 的有效负荷影响很大,因此,转速 1 0 0 0 0 0 r / m i n级的涡轮泵比较适
13、宜,超高速涡轮泵的研究开发在世界上处于领先地 位。 航空航天技术研究所( N A L ) 采用快速冷却的外环导向方式,开发了用氮化硅陶瓷滚珠这样一种混合陶瓷轴承(内 径 2 5 m m )。进行了液氢性能试验,高速指标 D N值(轴承内径每分钟转数)为 3 0 0万,转速 1 2 0 0 0 0 r / m i n 是世界第 一高速。此次开发的混合滚珠轴承特征如下:(1 )由于使用了即轻又能在超低温下耐磨损的氮化硅陶瓷滚珠,因此, 在高速运转时产生的离心力负荷比不锈钢滚珠涂的聚四氟乙烯润滑膜厚,能承受高负荷。(2 )采用特殊表面处理,使 用润滑性能好的玻璃增强纤维支撑器, 即使在超低温下附着在滚珠、内外环上的润滑膜也能使轴承润滑。(3 )由于使 用了外环导向轴承,因此轴承扭矩比以前的外环双导向轴承减小了 1 / 2 。解决了由于高速运转带来的摩擦发热,运转 数由 1 2 0 0 0 0 r / m i n大幅度减少到 4 k W左右。在液氢中,对混合陶瓷滚珠轴承高速运转时的性能进行了试验,运转数 1 2 0 0 0 0 r / m i n 轴向负荷 2 1 6 0 N ,用 2 1 5 6 N得出的结果证明:以前使用的轴承滚珠温度不稳定,有烧结现象,而混合陶 瓷滚珠轴承温度稳定、性能好。 业界情报2 0 0 0 年 6 月第 5 4 6 号 李宝蓉 摘译
链接地址:https://www.31doc.com/p-3699791.html