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水击压力现场校准系统快关阀门的研制

2020-10-25 15:45:44

         水击压力数据是发动机结构、主阀、试验系统入口管路和试车架结构设计可靠性的主要参考依据。为了准确获得水击压力数据,首先就要对测量用的水击压力传感器进行现场动态标定,因此需要设计一套能够模拟发动机试验启闭过程的校准装置,以获得准确的现场校准数据。由于水击压力现场校准装置需要产生瞬态水击压力,为了模拟真实试验状态,设计了快速阀门,要求阀门开启速度满足产生预定水击压力的要求,完成水击压力现场校准。 2性能 水击压力主要是试验时入口隔离阀门的电爆阀快速开启和关闭产生的,根据电爆阀性能试验结构,其开关阀速度需达到7~10ms。水压试验堵阀快关阀作为水击压力发生源系统的关键设备,要求其关闭速度能够达到电爆阀关闭速度条件,以保证现场试验条件与发动机试验程序一致,同时要求其结构可靠,能够实现高冲击压力下的密封。根据水击发生原理和试验过程中的变化规律,快关阀门关闭速度(从全开到全关)应5ms,在关闭产生水击压力(10MPa)时能够可靠密封。 3结构特点 快关阀门公称直径为DN50,阀门有效行程1/4DN=12.5mm,阀门为实现5ms的关阀速度,需要运动结构简单,传动环节少,因此阀门类型选择截止阀,采用2~5MPa气源的气动机构驱动及金属材料脆性断裂方式提高阀门关闭初始加速度和关闭速度。 快关阀门主要由气动机构、阀门本体、脆性断裂装置及连接件等组成(图1)。气动机构包括气缸、活塞及复位弹簧等,由控制气源驱动活塞向下运动,实现阀门关闭,复位弹簧用于阀门自动打开。阀门由阀杆、阀瓣、阀座等组成,完成阀门密封实现介质切断。脆性断裂装置包括脆性片、冲压头和脆性片 支座等,冲压头与阀杆连接为一体,随阀杆运动,脆性片支座安装在阀体上,用于脆性片安装固定。气动机构设计时增大了活塞下方端盖气隙,使阀门关闭时活塞下方空气快速排出,减小气动阻力。 4工作原理 阀门使用时,首先安装指定规格的脆性片,然后打开控制气阀门,填充控制气,气腔内压力达到脆性片断裂压力后,阀门突然启动,阀瓣与阀座闭合实现阀门的快速关闭。再次试验时,关闭控制气阀门,排出气腔内控制气,在复位弹簧恢复力作用下阀门恢复打开状态。 5脆性片 在保证密封效果前提下,快关阀门研制关键在于脆性片性能。要求脆性片在2~5MPa控制气压力下能够按预期断裂,同时,断裂力值必须达到要求值,阀门运动机构才能获得满足关闭速度要求的初始加速度。 5.1材料选择 快关阀门所用脆性片材料需保证断裂时断口整齐、均匀,断裂力值便于控制。选择硬塑料、铸铁和锡青铜3种材料进行压断试验(图2,表1)。 驱动压力调节至2MPa时,塑料片开始出现裂纹,变形较大,无法达到脆性断裂的要求。驱动压力调节至4MPa时,铸铁片开始断裂,断裂口显示为脆性断裂,但断口不整齐,容易造成夹料使阀门无法正常关闭。驱动压力加载至5MPa时,锡青铜片出现变形,但未断裂。为验证锡青铜断裂情况,加工了一组不同厚度的锡青铜片用于试验。在锡青铜片凹槽部位厚度为0.2mm,操纵压力达5MPa情况下出现断裂,且断口呈现为较为规则的圆环状,不同厚度锡青铜脆性片断裂力值呈现规律性。根据试验结果,选择锡青铜(QSn6.5-0.1)为脆性片材料。


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