高压阀门试验工装的结构改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安航天动力试验技术研究所 作者:宋江涛

  分析了高压阀门强度和密封性能试验用工装存在的问题,介绍了利用O形圈密封原理设计的新型试验工装的结构特点、工作原理和使用性能。

1、概述

  高压阀门出厂前必须进行强度试验和密封性能试验。试验工装的频繁使用和试验介质压力高,导致工装连接件容易出现变形和划伤等损坏情况,造成试验压力不稳定,产品不能正常保压,导致试验失败,试验成本上升和人力及物力的浪费。根据试验需要,设计了一种方便拆装,密封性能稳定,维护成本低的工装。

2、问题分析

  2.1、结构

  阀门的进出口端与试压接头的密封结构是常用的圆锥面与球面接触(图1) 。接头前端圆弧面与阀体进出口端的圆锥面接触,形成一条密封线,通过外套螺母和阀门进出口的螺纹连接提供预紧力,压紧接头,起到密封作用。在反复试验过程中,接头不断的受压变形,线密封变成面密封,密封预紧力越来越大,接头密封部位严重变形,密封形式失效,必须更换。

  试验过程中,口径<10mm 的阀门使用接头容易形成密封,拆装使用次数较多,但是阀门口径>15mm 时,密封效果较差。口径32mm 的阀门,在试验压力达到35MPa 时,密封效果最差,新的接头使用几次,密封面处就出现泄露,必须更换接头,重新试验。如果随意加大作用在外套螺母上的拧紧力,外套螺母和阀体的螺纹很容易出现变形,严重时还会出现螺纹卡住现象,使阀体报废。阀体材料是不锈钢2Cr13 或1Cr18Ni9Ti,材料和加工成本较高。

高压阀门试验工装的结构改进

图1 接头与阀门连接

  2.2、材料

  接头和阀体的接触面在拧紧力的作用下,都会产生变形,为了减少阀体接触面的变形,接头材料的硬度不能超过阀体。接头材料不一样,使用的效果也不同。

  (1) 不锈钢

  不锈钢接头材料一般为1Cr18Ni9Ti 或0Cr18Ni9,其硬度接近阀体。试验后,接头和阀体密封部位同时变形,阀体密封面会产生压痕,不利于多次密封。在外套螺母旋转拧紧的过程中,如果接头与外套螺母一起旋转,会损坏产品的阀体密封面。接头在多次使用后,密封线会变宽,容易出现外泄漏(图2) 。如果强制增加拧紧力,容易损坏阀体连接螺纹,造成产品返修或报废。

高压阀门试验工装的结构改进

图2 损坏的不锈钢接头

  (2) 黄铜

  黄铜接头材料一般为H62,其硬度低于阀体。试验后,接头变形量较大(图3) ,一般不会损坏阀体密封面。早期使用密封较容易,多次使用后,接头密封线容易变宽,形成面密封,需要的拧紧力也会增大。黄铜接头也不能多次使用。

高压阀门试验工装的结构改进

图3 损坏的铜接头

  (3) 铝碗或铜碗

  为了提高接头使用寿命,减少螺纹拧紧力,在接头和阀体密封面之间夹入一个薄铝碗( 或薄铜碗) 。铝碗材料为纯铝L2,退火处理降低材料硬度。铝碗一般在管路连接中比较常用,呈圆锥体,外径同阀体圆锥尺寸一致,厚度1.5mm。试验时,铝碗初期密封性能较好,不会破坏密封面,但是多次使用后变形较大,密封性能越来越差,需频繁更换。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这种方法不适合口径较大的阀门使用。

5、结语

  利用O形圈设计的试验工装,在实际工作中密封效果好,拆装方便,使产品密封面在各类试验中不易受到损伤,避免造成返修和浪费,即完全满足产品的各项性能试验要求,又节约了生产成本。

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