低温真空截止阀真空性能分析

2017-03-17 张磊 西安航天动力试验技术研究所

  介绍了真空截止阀在低温环境下真空度的性能,对低温真空度和传热进行了分析探讨,通过实验计算为低温真空阀在生产加工和实际应用中提供了有利的指导和理论依据,对于低温材料选择,结构设计具有一定参考价值。

  低温真空截止阀主要应用在对低温液体的操作与控制中,由于低温液体的饱和温度极低,因此对低温液体来说,不可避免有热量进入,为了尽量减少热损耗,低温液体的贮存、运输以及流量控制都采用了优良的绝热真空结构,就绝热真空结构而言,其关键在于如何长时间有效地保持其阀体夹层的真空度在一个较为理想的状态下,成为国内外低温真空技术研究的重点和难点。针对真空截止阀在实际生产使用过程中,如何保持较高真空度方面做了大量实验和分析研究。

1、真空夹层气体特性

  真空截止阀的真空部分主要由内阀体和外阀体的中间夹层组成,夹层中气体越多,对流传热就越剧烈,为减少对流换热的影响,要对夹层进行抽真空处理,残余气体的传热属于气体的能量迁移,对于真空夹层的气体导热随着夹层压强的不同,气体的导热机理不相同。真空夹层的残余气体的传热分三种情况,分别是:低真空、中真空和高真空,就高真空而言,气体分子的平均自由程大于容器尺寸,分子间相互碰撞的几率很低,分子与界面的碰撞比分子间的相互碰撞频繁得多,气体中各处温度相等,气体分子可以由一个壁面飞向另一个壁面,每个分子在两个壁面之间飞渡传输热量,传热量与单位时间内飞渡的分子数成正比,即气体的导热率与气体的密度成正比,与压强成正比,在高真空区实际上不存在对流热交换,高真空的气体导热属于自由分子导热,导热率最小。对于同轴圆筒夹层气体导热,单位时间内的传热表达式为:

低温真空截止阀真空性能分析

低温真空截止阀真空性能分析

2、低温下吸附剂对真空度的影响

  针对真空泵体系统四层绝热材料阀,伴随着采用时期的延伸,阁层内真空泵体系统度会渐渐减小。阁层的气物并不算其一气物分子结构,更是许多种气物的搭配物,阁层气物的通常渠道是内、外不锈保温钢管的放气,盘圈层、上下管支撑着以及其它无水硫酸铜杂质残渣的放气。塑料的放气是阁层气物的通常渠道,塑料放气通常材料是氢。实践对事实上真空泵体系统高压阀门残余物气物取样方法分折,阁层中气物组建的水平从左到右为氢、氮、氧、氩、水蒸汽、二腐蚀碳和氦气,这里面,氢的水平很高,能达到95%。

  在液氢温度下,除氢和极少量的氦外,氮、氧、氩、水蒸气、二氧化碳等其它所有气体均被冷凝成固体,同时由于吸附剂的作用,夹层中只有少量氢存在。在液氧温度下,分子筛对氢的吸附能力很差,其它所有的杂质气体均被分子筛所吸附或者被凝固。由于氢来源于真空阀封口时残存气体和氦质谱检漏的氦气,氦的含量极微,可以近似认为在液氧温度下真空夹层内全部为氢。在液氧温度下,5A 分子筛对氢的吸附能力很差,每克分子筛吸附氢的量仅为0.01cm3(标态),可以近似认为不吸附。而在液氧温度下,分子筛对氧、氮、氩均有相当好的吸附能力。在液氢温度下,分子筛对氢的吸附能力就变得非常强,在20K 温度和1.33×10-4 Pa 下,分子筛对氢的吸附容量大于160cm3(标态)/g。因为压力越高,分子筛吸附能力越强,所以在液氧温度下,夹层压力更高(>1.33×10-4 Pa)时,分子筛对氧、氮、氩的吸附容量最低都要大于1cm3(标态)/g。

3、低温下气体压强与漏热分析

  据常溫下隔层氡气混合物的体积大小百分比折算出的折算出的出隔层氢的分压,再据分压折算出的出隔层内氢的比容,而常溫下和液氧工作室内高温下隔层内氢的比容是差不多的,再据氢比容不便某些必备条件,折算出的出在液氧工作室内高温下隔层内氡气的的工作压差。担心这时隔层内只能有氡气为气态,氢的的工作压差也也就是液氧工作室内高温下正空阀隔层的的工作压差。再据液氧工作室内高温下正空阀隔层的的工作压差、结构设计寸尺,隔层困扰楼层折算出的出正空阀的胶体冷却、幅射冷却、形成自然通风传热量,最中求得在不一样的一开始正空度下正空阀传热量。依托于表1 可以能够,正空阀隔层常溫汽压在0.1Pa 下列时,残余物实验室固体形成自然通风传热主产地生的热消耗才与冷却和幅射热在同一条个次数级,正空阀抽至0.01Pa 时,实验室固体形成自然通风传热主产地生的热消耗只占 表1 侧壁压强与氢含水量下总漏热

低温真空截止阀真空性能分析

  因为表1 能够看得出来,进口重力作用阀内层常温的下下汽压在0.1Pa 以内时,残存有害有毒气体过流传热生产生的热丢失才与导热性和扩散热在不同个需求量级,进口重力作用阀抽至0.01Pa 时,有害有毒气体过流传热生产生的热丢失只占总热丢失的10%以内,这时扩散所促使的热丢失是进口重力作用阀漏热的重点条件,以后抽进口重力作用,进口重力作用阀的总漏形成可以说没能降,因此当进口重力作用内层内抽至0.01Pa 时,以后抽进口重力作用对阀传热特性的加快尚小,内层的氢水分成分对进口重力作用阀总漏热有后果,根据氢水分成分的提升,进口重力作用阀在温度下的漏形成提升,进口重力作用阀内层常温的下下汽压在1Pa 之下时进口重力作用管总漏形成总体与氢水分成分呈几何比相互影响,进口重力作用阀内层常温的下下汽压在0.1Pa 以内时,进口重力作用阀总漏形成与氢水分成分可以说没相互影响。

4、阀体内残余气体传热实验分析

  液氧,液氢在經過进口机械泵环境地埋管及进口机械泵环境截止日阀后,1-2 几小时对进口机械泵环境阀多余乙炔气漏热与常溫下内层压强实现了自测,测试算结杲证实内层冷藏压强相匹配的常溫压强,与内层中氢含锌量和活性炭物理粘附剂的活性炭物理粘附业务能力广泛涉及到,如若活性炭物理粘附剂的装填量足以多,也即活性炭物理粘附剂在冷藏下够活性炭物理粘附乙炔气的量高于内层中可能都存在的不凝性乙炔气的量,对液氢推送中,可同意相对而言比较低的进口机械泵环境度。常溫内层压强在40Pa往上多余乙炔气漏热与学习压力成非非平滑联系,就像文中甲如下图所示1如下图所示。同样在内层高压高压低压强的睡眠状态下对多余乙炔气的漏热实现了算深入分析就像文中甲如下图所示2 和图3,测试结杲证实高压高压低压睡眠状态下下多余乙炔气的漏热与内层压强成非平滑联系,常溫下内层压强较低阀里面多余气的漏热变换力度较低。

低温真空截止阀真空性能分析

图1 DN150 温度低进口真空阀残留物气物传热与侧壁压强的关系的

低温真空截止阀真空性能分析

图2 DN150 恒温重力作用阀在高压强下的热传导的关联

低温真空截止阀真空性能分析

图3 DN150 低温制冷的效果真空环境阀在非高压强下的导电直接关系

5、小结

  能够对恒温隔热抽蒸空度阀半层内抽蒸空度度定量分析,得见了作用抽蒸空度度的常见缘由,为抽蒸空度阀在分娩与代加工原则带来了了按理来说前提条件, 对恒温球阀分娩具体步骤中恒温原材料的选则,和怎么样去 继续效果保证球阀半层内抽蒸空度度提起了按理来说前提条件和指引。