航天閥門部件冷裝配與熱裝配工藝研究

劉永剛 董悅

通訊作者：董悅，1987年9月，女，漢，陜西渭南人，現任西安航天發動機有限公司中級工程師，碩士研究生。研究方向：閥門制造及裝配。

摘? ? 要：航天閥門是航天發動機的重要控制組件，其工作介質具有低溫推進劑，高溫燃氣不同的溫度。航天閥門作為一種切斷裝置，其部件的裝配分為冷裝配和熱裝配兩種方式，不同的裝配方式適用于不同的場景，有不同的裝配工藝，對此，本文將通過闡述航天閥門的概念入手，研究航天閥門部件冷裝配和熱裝配的工藝及注意事項，并提出具體的裝配方案。

關鍵詞：航天閥門部件;冷裝配工藝;熱裝配工藝

一、航天閥門部件的冷裝配工藝研究

冷裝配工藝一般很少使用，該工藝操作繁瑣復雜，但在一種情況之下則必須使用這種方式。當航天閥門部件大于正常尺寸且其硬度和強度很低時，則不能對航天閥門部件進行直接加熱，這種時候就可以采用冷裝配的方式，先將部件進行冷縮，以此將過大的部件消除或減少至正常的尺寸，然后再進行裝配[1]。除此之外，對于溫度超低的航天閥門部件也要使用冷裝配的工藝進行安裝。當然，安裝時一定要注意對裝配的控制和部件尺寸大小的變化，要根據實際情況來計算冷裝配需要的溫度[2]。以下是冷裝配工藝的操作流程和注意事項。

（一）冷裝配溫度的計算

在使用冷裝配工藝時首先要考慮的是裝配的溫度，溫度的確定與部件材質和裝配尺寸、室溫等多種因素共同計算的，具體公式如下：

其中，T代表冷裝配時所需的溫度，用℃表示;y代表著實際的部件尺寸與應使用部件尺寸之差，即最大過盈值，用mm表示;Δ代表冷裝配時的最小間隙值，用mm表示;α代表部件材料冷卻之后的膨脹系數，用1/℃表示;d代表航天閥門部件應使用的尺寸，用mm表示;t代表裝配時的室內溫度，用℃表示。上述是冷裝配溫度的計算公式及其代表的具體含義。

（二）冷裝配的最小間隙值

冷裝配的最小間隙值是上述公式中的Δ，Δ的具體取值需根據配合尺寸，即公式中d的值來決定。當配合尺寸d的取值 ≤ 3時，最小間隙Δ值為0.003;當配合尺寸d的取值在3～6之間時，最小間隙Δ值為0.006;當配合尺寸d的取值在6～10之間時，最小間隙Δ值為0.010;當配合尺寸d的取值在10～18之間時，最小間隙Δ值為0.018;當配合尺寸d的取值在18～30之間時，最小間隙Δ值為0.030;當配合尺寸d的取值在30～50之間時，最小間隙Δ值為0.050;當配合尺寸d的取值在50～80之間時，最小間隙Δ值為0.059;當配合尺寸d的取值在80～120之間時，最小間隙Δ值為0.069;當配合尺寸d的取值在120～180之間時，最小間隙Δ值為0.079;當配合尺寸d的取值在180～250之間時，最小間隙Δ值為0.003;當配合尺寸d的取值在250～315之間時，最小間隙Δ值為0.101;當配合尺寸d的取值在315～400之間時，最小間隙Δ值為0.111;當配合尺寸d的取值在400～500之間時，最小間隙Δ值為0.123;當配合尺寸d的取值 > 500時，則無最小間隙Δ值。其中配合尺寸和最小間隙的單位統一用mm表示。具體見下表1。

（三）檢查配合尺寸

在對航天閥門部件進行冷裝配之前，需要全面檢查部件的配合尺寸，并將部件的表面清理干凈，確保部件尺寸等各方面符合使用冷裝配的標準[3]。同時也要保證冷卻后的配件尺寸符合安裝尺寸要求，只要各項尺寸達到標準才能進行冷安裝工藝的裝配工作。

（四）冷卻劑種類和性能

冷裝配工藝需要對過盈配件進行冷卻，冷卻的過程中則需要冷卻劑的使用才能達到效果，一般在進行冷卻時常用的冷卻劑有兩種，分別是干冰、液氮[4]。干冰的學術名稱為固態二氧化碳，它能夠將航天閥門部件的溫度冷卻降低，但最多只能降低到-75 ℃，對于過盈量過大的部件則不能滿足，因此，干冰只適用于過盈量小的部件，且部件不宜過大。

（五）航天閥門部件冷卻所需時間的計算公式

航天閥門部件的冷卻時間不能隨意確定，需要多方面的共同計算，包括部件的材質及尺寸等因素，具體公式如下：

其中，t表示航天閥門部件所需要的冷卻時間，用min表示;α表示與航天閥門部件材質有關的綜合系數;?表示航天閥門部件的尺寸，包括其厚度、直徑等各種尺寸，用mm表示。關于綜合系數α的取值要根據材質的不同，制作冷卻劑的液氮用量也不相同，如冷媒介質為黃銅時，所需要的液氮為0.8;冷媒介質為青銅時，所需要的液氮為0.9;冷媒介質為鋼時，所需要的液氮為1.2;冷媒介質為鑄鐵時，所需要的液氮為1.3。具體可見下表2。

（六）航天閥門部件冷裝配的操作注意事項

航天閥門部件冷裝配工藝要注意兩個方面。

第一方面是航天閥門部件的冷卻，將航天閥門部件放入調配好的冷卻劑中，起初會出現一種“沸騰”的現場，當“沸騰”現象逐漸消弱直至消失時則完成一般冷卻，但此時需要注意的是，冷卻沸騰消失時不代表完全冷卻完成，需要根據零部件的厚度或者材質來決定是否需要進行二次透濕[5]。

第二方面是航天閥門部件的裝配，冷縮后的航天閥門部件需要迅速且穩定地裝入包容件中，如果航天閥門部件從冷卻劑取出后在空氣中暴露較長時間，其表面則會形成一層白霜，這層白霜的出現會影響部件的裝入。當裝入時零件出現歪斜的情況，可以通過錘子敲擊的方式進行調整，錘子的材質可以為紫銅錘，也可以是木錘，二者皆可。

（七）安全措施

在進行航天閥門部件冷裝配時，工作人員一定要做好防護措施，防護用品穿戴齊全。在部件冷卻的過程中，要注意避免手部的直接接觸，一定要借助工具[6]。

二、閥門部件的熱裝配工藝研究

閥門部件熱裝配工藝與冷裝配工藝大不相同，其原理是溫差法，通過對包容件的加熱使其膨脹，然后將過盈部件放入包容件中。這種裝配工藝主要是對包容件進行處理，配合件保持不變。

（一）加熱前的準備工作

在進行航天閥門部件熱裝配工作前需要做好兩項準備。

一是要對零件的各方面進行檢查，核對好配合尺寸、直徑等數據，同時也要清理干凈零件表層，確保零部件表面光滑無刺，包括雜物的清理，如灰塵、銹斑等雜志。

二是在安裝之前要注意檢查零部件是否有墊片、擋圈等配套零件，并保證其配套零件的尺寸和材質與主零部件相符，具備合格的檢驗資質[7]。

（二）加熱溫度及加熱時間的計算公式

航天閥門部件的熱裝配也需要計算加熱的溫度，與冷裝配計算溫度的不同之處有兩點。一是裝配時的室內溫度，冷裝配是要減去室內溫度，而熱裝配則要加上室內溫度[8]。二是T所代表的含義不同。具體公式如下：

T = （y+Δ）/（α·d）+t

其中，T代表軸套的加熱溫度，用℃表示;y代表著實際的部件尺寸與應使用部件尺寸之差，即最大過盈值，用mm表示;Δ代表冷裝配時的最小間隙值，用mm表示;α代表部件材料冷卻之后的膨脹系數，用1/℃表示;d代表航天閥門部件應使用的尺寸，用mm表示;t代表裝配時的室內溫度，用℃表示。

航天閥門部件的加熱時間需要結合零件的厚度、材質等因素綜合考慮，一般情況下，長度為每10 mm則需要10 min的加熱，厚度為每40 mm則需要10 min的保溫。

三、結束語

航天閥門部件裝配工藝的選擇需要根據部件本身的性質選取最適合的工藝手段，以此減少航天閥門冷卻中所產生的不必要的成本，也能夠提高閥門部件在使用中的可靠性。

參考文獻：

[1]徐攀，朱小明，楊麗紅.基于AMESim的工業航天閥門數字比例調節裝置的設計[J].流體機械， 2020，48（01）：31-35.

[2]陳少成，王沖.遠程自控泥漿航天閥門組系統設計與應用[J].云南化工， 2019，46（12）：160-161+164.

[3]王悅琴.核電站用小口徑航天閥門電動裝置支撐結構的分析與研究[J].閥門， 2018（02）：17-19+25.

[4]張春岐.關于電廠閥門零部件加工技術的分析[J].科學與財富， 2016，8（5）：119-119.

[5]李寶華.智能閥門定位器的氣動部件[J].自動化博覽， 2010，27（9）：97-100.

[6]唐國學，王斌慧，朱京.新型智能閥門定位器電子式I/P轉換部件[J].儀器儀表用戶， 2009，16（5）：76-77.

[7]楊奕凱.貴港樞紐船閘充泄水閥門滾輪部件的異常磨損與分析[J].機械研究與應用， 2009（5）：20-22.

[8]王正超.船閘閥門技術狀況及部件磨損原因淺析[J].中國水運（學術版）， 2006，6（9）：14-16.