BURKERT電磁閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選用有何關(guān)系？

　　BURKERT電磁閥除了應(yīng)滿(mǎn)足一般閥門(mén)所具備性能之外,更主要的是在低溫狀態(tài)下密封面的封性能,動(dòng)作靈活,漏熱低特點(diǎn),而其關(guān)鍵技術(shù)對(duì)漏熱的要求。因此根據(jù)絕熱方式的不同,其結(jié)構(gòu)要有堆積絕熱式、高真空絕熱、真空粉末絕熱和高空多層絕熱多種形式。

　　BURKERT電磁閥的深入,對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)氫氧溫區(qū)用的低溫閥門(mén)也提出了更多要求,尤其是對(duì)閥門(mén)口徑的要求越來(lái)越大,其中液氫溫區(qū)用的低溫截止閥已達(dá)到DN250,液氧溫區(qū)已達(dá)DN200 (以上口徑是針對(duì)截止閥,球閥口徑已達(dá)到DN300)。在航天領(lǐng)域作為流體輸送及切斷用途而廣泛使用的閥門(mén)主要有截止閥和球閥。以下針對(duì)高真空多層低溫截止閥設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題進(jìn)行討論與分析。

　　低溫截止閥的材料

　　由于BURKERT電磁閥工作介質(zhì)的低溫性質(zhì),使低溫閥門(mén)對(duì)材料有許多特殊要求。

　　BURKERT電磁閥不僅要求在低溫下正常工作,同時(shí)要其常溫的工作機(jī)械性能,也要滿(mǎn)足低溫下所需的機(jī)械性能,尤其是沖擊功和相對(duì)延伸率的要求。針對(duì)以上要求,為了防止材料在低溫下的低應(yīng)力脆斷,一般多采用奧氏體組織的材料,如:奧氏體不銹鋼鑄件、銅、銅合金、鋁及鋁合金。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)對(duì)低應(yīng)力脆性斷裂特點(diǎn)研究,對(duì)金屬斷裂機(jī)理進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),金屬的低溫韌性即缺口處的金屬微觀塑性變形能力是決定設(shè)備抵抗應(yīng)力脆斷破壞的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)表明,具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬,如銅、鋁、鎳和奧氏體類(lèi)鋼基本上沒(méi)有這種溫度效應(yīng),即沒(méi)有低應(yīng)力脆斷。這是因?yàn)楫?dāng)溫度降低時(shí),面心立方金屬的屈服強(qiáng)度沒(méi)有顯著變化,而且不易產(chǎn)生形變孿晶,位錯(cuò)容易運(yùn)動(dòng),局部應(yīng)力易于松弛,裂紋不易傳播,一般沒(méi)有脆性轉(zhuǎn)變溫度。

　　?與低溫介質(zhì)的相容性

　　材料與低溫介質(zhì)的相容性就是要求材料本身不能與低溫介質(zhì)發(fā)生任何物理化學(xué)變化,不能引起腐蝕及。如在氧介質(zhì)中工作的材料,不允許使用玻璃鋼作為絕熱材料,也不允許使用活性碳作為吸氣劑,因?yàn)樗鼈兙芘c氧發(fā)生燃燒。

　　?具有相對(duì)低的導(dǎo)熱性,即熱導(dǎo)率相對(duì)低

　　低溫截止閥輸送的介質(zhì)溫度低,介質(zhì)成本高,而且介質(zhì)的突然汽化也會(huì)給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)極大危害。所以低溫截止閥對(duì)漏熱的要求較高。為了降低傳熱,在合理選擇絕熱的前提下,應(yīng)盡量采用熱導(dǎo)率相對(duì)低的材料,以降低低溫介質(zhì)的蒸發(fā)量。

　　?在低溫?zé)o油潤(rùn)滑的情況下,具有必需的硬度和耐磨性

　　BURKERT電磁閥依靠閥桿的運(yùn)動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉,閥桿傳遞的作用力又使密封面達(dá)到一定的密封力。這就要求制作截止閥零部件的材料必須有一定的硬度和耐摩性。鋁和鋁合金在低溫截止閥中的使用有一定的限制,主要是因?yàn)橛捕炔粔?會(huì)導(dǎo)致密封表面比鋼和黃銅失效得更快[1]。目前使用較多的金屬材料有:不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎳合金;非金屬材料有:玻璃鋼、聚四氟乙烯、增強(qiáng)聚四氟乙烯、聚酰亞胺、石棉繩、橡膠,其中玻璃鋼大多作為熱橋零件,而聚四氟乙烯、增強(qiáng)聚四氟乙烯、聚酰亞胺多作為密封面材料,石棉繩、橡膠、填料多作為閥桿密封材料。

　　BURKERT電磁閥低溫介質(zhì)的成本以及危害性特點(diǎn),使低溫閥門(mén)的密封設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中占有相當(dāng)重要的位置要求在一定工作條件下不能泄露,低溫截止閥的密封要包括閥桿密封和密封面密封。

　　BURKERT電磁閥的閥桿密封有填料函和波紋管兩種其中在成批的空氣分離裝置上的閥門(mén),其閥桿多采用填料函密封結(jié)構(gòu)。在有毒易燃易爆氣體介質(zhì)中工作的閥門(mén),閥桿可以采用波管密封,但在大于于80MPa的高壓氣體中,由波紋管不能承受如此高的外壓,只能采用填料函密封填料函密封由于制造加工簡(jiǎn)單、維修更換方便在實(shí)際中應(yīng)用相當(dāng)普遍。但是為填料的密性能,其工作溫度一般不能低于-40℃,這就要求低溫閥門(mén)上工作的填料函裝置應(yīng)盡量在接近環(huán)境溫下工作。通常情況下,填料不結(jié)霜即認(rèn)為其處于正的工作狀態(tài),但如果由于填料本身或工作壽命的原使填料不密封,則低溫氣體通過(guò)填料就會(huì)造成泄漏并使填料函冷凍結(jié)霜,又會(huì)造成填料的進(jìn)一步泄漏失效。在航天領(lǐng)域應(yīng)用的很多低溫閥門(mén)系列中,由于成原因大多采用了填料函密封結(jié)構(gòu),而為了確保閥桿填料函的溫度,均采用了加長(zhǎng)閥桿長(zhǎng)度的方法,所造成這些低溫閥的尺寸均比較大。

　　BURKERT電磁閥多用于介質(zhì)不允許微量泄漏和不適填料的場(chǎng)合。在波紋管的設(shè)計(jì)中,其壽命是關(guān)鍵,波紋管的壽命與其行程大小和初始安裝狀態(tài)有關(guān)。波紋管截止閥的使用壽命,在行程一定的情況下,安裝波紋時(shí)要其不承受附加外力的作用;在工作狀態(tài)下由于波紋管承受的是外壓,其工作狀態(tài)較,但由低溫閥門(mén)的快速關(guān)閉或管道中可能存在的氣穴都可能引水擊。因此在波紋管承受的計(jì)算壓力時(shí),要加上定的安全系數(shù),并盡可能使波紋管避免直接承受水擊。