深冷处理传热模拟及低温阀门试验系统设计

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1、浙江大学硕士学位论文第四章阀门深冷处理及试验系统设计势4.1引言如第一章所述，由于金属材料在低温下物理和机械性能等发生明显变化，因此，低温阀门部件在生产过程中需进行深冷处理，以改善材料在低温下的机械性能，提高尺寸的稳定性，提高耐磨性和抗腐蚀性等。为了保证低温阀门的密封性以及冷态下的可操作性，低温阀门产品应进行性能试验，包括检漏和操作性能试验。由于用于阀门零部件深冷处理的装置为冷态性能试验系统装置的一部分，阀门试验装置主要包括:设备系统、管路系统和测量系统。下文将主要介绍试验系统中主要部件的设计。歼.2试验装

2、置夸4.11设备系统阀门试验装置的主要设备包括低温试验槽、待测低温阀门、法兰端盖、安装底座、液氮系统、气源和相关控制阀门等。阀门部件深冷处理所用到的设备主要包括低温试验槽和液氮储罐。试验槽的形状和尺寸设计所涉及的因素很多，具体设计第三节将做详细的介绍.安全阀应该选择可调式的，因为在试验过程中，系统的压力是根据阀门的工作压力分几次逐步增加的.因此，为了保证在试验增压过程中系统安全，根据每次增压后压力不同，调节安全阀到适当的排放压力。由于阀门的试验压力比较高，减压阀使用高压减压阀。氦气瓶提供检漏所需要的高压氦气

3、。由于气体增压比液体方便，。而且槽中储存是液氮必须使用沸点低于氮的工作气体，因此用氦气检漏。别.22管路系统由于系统试验的时候压力比较高，可达10MPa，因此在选用管路的时候要注意承压能力。在槽内有一段管道弯成盘管形式，目的是让氦气得到充分冷却达到试验要求，因此选用管路的时候也要注意管的弯曲能力。下文通过校核计算确定几种可选方案。由材料力学可知:浙江大学硕士学位论文2刀lb2，r_1(今1)，叮-一~一r》.0.b‘一口‘rl.(气气、(今2)价J=u，ull—，—1、n二几j其中PI为管内工作压力，b为管

4、道的外半径，a为内半径，久为材料的屈服极限，口，为材料的强度极限，屈服极限的安全系数气=1.5，强度极限的安全系数、=4，卜1为材料的许用应力。表4-1为经过计算后可选的四种管道材料方案。由于系统各部分在试验过程中压力不同，上游管路压力为阀门试验压力，而下游管路压力一般为常压，因此整体系统的管道材料与尺寸选择可以有如下几种方案，如表们所示。表4-1管道材料选用方案方案方案一方案二方案三方案四材料铜铜铜不锈钢外径(mm)8666壁厚(mm)211.5l20℃时候的强度极限(NIPa)2552552556742

5、0℃时候的屈服极限(N护a)494949304许用应力(拟于a)32.6732.6732.67168一5管内允许最大工作压力仁p门(Mpa)12.259.075122546一8管内实际工作压力p:(N?a)l0l0l0l0是否安全是否是是表4一整体管路方案方案一从氦气截止阀出来的全部管路都选择铜管，其外径smm，壁厚Zm。氦气瓶截止阀到阀门上游法兰端盖之间一段选用外径smm，壁厚Zmm铜管;从下游法方案二兰端盖出来的所有管路选用外径6mm，壁厚lmm的铜管。方案三从氦气瓶截止阀出来的全部管路都选用外径6mm

6、，壁厚1.smm的铜管。方案四全部管路选用外径6nun，壁厚Inu的不锈钢管路。浙江大学硕士学位论文肛.23测量系统试验的测量系统主要包括:温度测量、压力测量、液位测量和流量测量。各测量元件根据试验的特殊要求进行选择。1温度试验温度测量涉及室温至液氮温区范围，宜采用电阻温度计，它具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好、信号输出大，便于测量和传输，同它配套的仪器也比较成熟。目前在低温测量中广泛采用铂电阻温度计和锗铁电阻温度计。锗铁电阻温度计的测量下限可低达ZK，其灵敏度可达0.IK，但价格较高。铂电阻温度计的测量

7、下限可达13K，其灵敏度也可高达0.IK，且价格便宜，特别适用与50K一30K之间的温度测量。温度信号通过数字万用表采集，并输入计算机，在计算机界面上显示，并由计算机自动完成记录和保存。2.压力试验压力测量范围为0~10MPa，主要集中在0~6.4卜4Pa范围。考虑采用压变式压力传感器，同时，配精密压力表，用于标定压力传感器和完成7一IOMPa压力范围的测试。压力传感器的产生的电信号经数据采集卡进入计算机，在计算机界面显示，由计算机完成自动记录和保存。3，液位为了确保液氮液面高度满足阀门测试的要求，将设立液

8、位上限和下限。具体采用两只分别安装在上、下限位置的温度计来实现测量(根据液相温度和气相温度的差异可定性判断液面相对上、下限液位的位置)。测量值通过数字万用表进入计算机进行显示。4流量根据阀门密封形式的不同，阀门的允许泄漏量是不同的。软密封结构的阀门，其泄漏量应该为零。而对于硬密封的阀门，本身是允许带有一定的泄漏量的，但是整体的泄漏量也不能太大。基于上述情况，我们准备配备两种测量流量的装置，其一是小流量的流量计，用