低温风洞液氮气动开关阀结构设计.pdf
《低温风洞液氮气动开关阀结构设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低温风洞液氮气动开关阀结构设计.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、作者简介:孙德文()男高级工程师从事风洞结构设计与优化研究通讯作者:陈万华()男副研究员从事风洞结构优化与振动控制文章编号:()低温风洞液氮气动开关阀结构设计孙德文赖 欢祝长江陈万华张孙敏(.中国空气动力研究与发展中心四川 绵阳.武汉智象机器人有限公司湖北 武汉)摘要 为实现某低温风洞液氮喷射流量控制的快速响应液氮开关阀需要安装在喷射排架内部并靠近喷嘴因此要求液氮开关阀需耐低温且结构紧凑以满足排架内的安装空间和快速响应要求 通过对低温阀门工作原理分析并结合排架内的安装空间及工况提出了一体化液氮气动开关阀方案 该液氮气动开关阀采用双波纹管双活塞式结构液氮作用于小活塞驱动阀门打开氮气作用于大活塞驱
2、动阀门关闭 本文完成了低温风洞气动开关阀的结构设计与仿真、波纹管及材料选型、传热及热应变分析等工作并完成了样件的研制 结果表明:该液氮气动开关阀所采用的双波纹管结构能有效解决活塞气液两相间的密封问题并将阀体与液氮管路相结合满足了排架内的安装空间要求实现了设计目的关键词 低温风洞开关阀波纹管结构设计仿真计算中图分类号:文献标志码:(.):.:概述目前我国跨声速风洞雷诺数模拟能力不足已成为制约我国飞行器研制和发展的关键技术瓶颈之一为了满足我国自主研发大型客机等航空航天飞 年第 期阀 门行器的需要目前我国正布局建设大型低温高雷诺数风洞 拟建的低温风洞通过使用液氮喷射排架向洞内喷射液氮降低气流温度的方
3、法来提高试验雷诺数风洞最低运行温度 液氮喷射排架安装在压缩机和第二拐角段上游液氮喷射段内安装四组竖直平行布置的液氮喷射排架每一组排架上安装 个流量大小不同并且可单独控制开关的喷嘴 在设施运行时通过控制大、中、小流量喷嘴开启的数量组合来实现所需的末端液氮喷射流量 通过调整开启的液氮喷注点截面分布来满足风洞内气流温度均匀性要求为实现液氮喷射流量控制的快速响应避免阀门动作后液氮喷射或关闭滞后的情况喷嘴前端的液氮开关阀应尽可能地靠近喷嘴布置尽量缩短阀门与喷嘴之间的多余管道 因此液氮开关阀需要安装在喷射排架的内部阀门本体及驱动装置应能够适应设施低温运行环境并且其外形尺寸能够满足喷射排架内部狭小的空间布置
4、要求图 为欧洲跨声速风洞(以下简称)液氮喷射排架示意图该方案将液氮开关阀集成在液氮管路之上采用气动控制方案 液氮开关阀的阀体与液氮管路一体化设计阀门沿管线布置每个排架内可安装 根液氮管道单根最长管道布置约 个阀门整个液氮喷射排架结构紧凑气动开关阀驱动部分小巧 气控用气和开闭换向阀等设备布置在洞体外部常温空间便于集中管理和维护 国内使用的低温开关阀其阀门本体可用于液氮介质而其驱动部分工作温度范围一般不低于 不能与液氮直接接触须置于常温环境中 同时阀门的驱动部分与阀体还需要通过加长阀盖相连以增加换热面积保证绝热性能防止换热过快使驱动部分温度低于允许的范围 液氮开关阀的设计温度为 现有的低温阀门不能
5、满足全低温环境的特殊工况要求也不满足排架内部空间的布置要求 同类型的气动开关阀目前仅有 在使用因此需要设计一种耐低温、结构紧凑的液氮气动开关阀来满足该低温风洞液氮喷射排架的使用要求 总体方案为满足阀门本体及驱动装置应能够适应设施低温运行环境的要求液氮开关阀采用气动驱动 液氮气动开关阀(以下简称气动阀)的结构如图 所示从图中可以看出气动阀主要由驱动头、一体化阀体、阀座和阀盖等组成主要零部件如活塞杆、壳体等均需采用耐低温材料制造 先导电磁阀和驱动气管与气动阀相连通过控制驱动气氮气的开启充入与排出来远程控制气动阀的启闭 但是经过分析发现该方案存在以下问题:驱动头大活塞、活塞杆与阀体导向套之间的密封为
6、滑动密封 低温条件下的滑动密封结构从设计、材料选用、制造的角度上都很难保证可靠性如果出现滑动密封失效液氮会从活塞杆与导向套之间的间隙流入氮气腔室而氮气腔室内的温度高于液氮汽化温度液氮会迅速汽化造成氮气腔室内出现气液两相严重时甚至出现氮气腔室内憋压导致事故发成图 风洞液氮喷射排架在截止阀的设计中为防止介质从阀杆与填料的间隙处泄漏一般可在阀杆上设置一只波纹管如图 所示 由于截止阀一般有效行程不大在波纹管的轴向伸缩距离范围以内所以通过波纹管将介质与阀杆隔绝开来截止阀开关时波纹管随阀杆运动做轴向伸缩形成动密封可完全消除阀杆处的泄漏图 液氮气动开关阀示意图气动阀用双波纹管式结构(图)在大、小活塞上分别焊
7、接一个波纹管气源压力作用在大波纹管上液氮压力作用在小波纹管上而不需要作用在活塞上 大、小活塞均不与管壁接触解决了活塞与管壁之间滑动密封的问题提高了密封性能同时减小了活塞与管壁间的摩擦阻力有效隔绝了气源氮气阀 门 年第 期与液氮介质真正实现了气液分离当需关闭阀门时接通氮气气源大波纹管在气源压力的作用下被压缩同时带动小波纹管被拉升活塞杆沿轴向向密封座方向运动使位于阀杆顶端的阀瓣与密封座接触并挤压实现阀门的关闭切断液氮介质当需开启阀门时切断气源压力作用在大波纹管上的轴向力消失活塞杆在大小波纹管弹力、液氮压力对小波纹管的反向作用力、设施压力对阀瓣的反向作用力的共同作用下克服液氮压力对阀瓣的作用力使阀门
8、开启液氮通过喷嘴向外喷射图 带波纹管的典型截止阀结构图 液氮气动开关阀结构原理图大、小波纹管分别与大、小活塞焊接后会形成一个夹层夹层空间的体积随气动阀开启、关闭时大、小波纹管被压缩或拉伸发生变化随之引起夹层压力的变化这种压力变化不利于气动阀的正常启闭需保证夹层压力稳定 因此将夹层空间与一个氮气储罐相连接氮气储罐的压力为一个标准大气压可以平衡大、小波纹管被压缩或拉伸时的夹层空间变化而引起的压力波动保证夹层压力稳定 气动阀的材料选取 波纹管的选取波纹管的选型一般需考虑压力等级、最大行程、安装尺寸及使用寿命等这些参数选定后再反向校核波纹管的刚度、有效作用面积能否达到阀门密封比压及开启作用力的要求 波
9、纹管的选型依据如下:()波纹管的外形尺寸应满足气动阀驱动部分空间布置需求 为保证气动阀动作时波纹管伸缩不与管壁摩擦波纹管内外径应与筒壁单边都留有 的间隙 波纹管长度尺寸除受竖直方向上的安装空间尺寸限制外还应考虑波数、波长对气动阀行程的影响()波纹管的压力等级应满足气动阀工作压力等级要求 介质液氮压力为 因此波纹管压力等级应不小于()波纹管行程应满足气动阀最大行程要求气动阀设计理论行程为 波纹管有效动作行程应不超过其最大行程的 因此波纹管选型初期的大小波纹管的最大行程暂定为不小于()波纹管刚度应满足气动阀密封比压要求气动阀关闭需依靠气源压力作用在大波纹管上的作用力克服液氮压力作用在小波纹管上的作
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低温 风洞 液氮 气动 开关 结构设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。