低温球阀的航天应用与研究

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第 １ 期
低 温球 的 航 天应 用 与研 究
—
—
高度 ；
】 — 流 动 所 做 的 比工 程 功 ； — ， — 比摩擦 功。 —
由 于 ｄ ＝ ｄ ＋ ｄｔ ＾ ＂ （ｗ） ： ｄ ＋ 口 ＋ ｖ ｐ ｕ ｄ ｄ
式 中 Ⅱ — 低 温 介 质 比 内能 ： — ｐ — 流体 压力 ； —
２ １ １ 低 温 球 阀 的 液 流 特 性 ．．
低 温 球 阀在 航 天 的应 用 是 由其 液 流 特 点 决 定 的 ，对 于 低 温 球 阀 来 说 ， 其 阀 内 流体 稳 定 流
动 能 量 方 程 式 为
ｄｑ ＝ ｄ ＋ ｃ ｃ＋ ｇｄ ｈ ｄ ｚ＋ ｄｗｌ＋ ｄ ｗ２ （） １
— —
比 热 容
ｄ ＝ ｄⅡ ＋ ｐ ｖ： ｑ ｄ
又
则 有 忽 略 不 计 ，则 有 ：
ｖ ｐ ＋ｃ ｃ＋ｄ ｄ ｄ 】＋ｄ ２＋ｇ ｚ ＝ ０ ｄ
（） ２
由 于 阔 内 流 体 流 经 阀 门 时 不 会 对 外 界 产 生 工程 功 ， 且势 能 与动 能 的 变化 值 也 很 小 ，可 以 ｄ ２＝一ｖ ｐ ｗ ｄ （） ３
ｄｈ ＝ ｄＭ ＋ ｐｄｖ ＋ ｖｄｐ ＝ ｄＭ ＋ ｖｄ ｐ ＝ ０
也 即
一 ｖ ｐ ＝ ｄ ＝ ｄ ＝ ｄ ｄ ｕ ｑ ２
（） ４
（ ） 式 表 明 流 体 经 过 阀 内的 摩 擦 功 转 化 为摩 擦 热 ，摩 擦 热 消 耗 在 增 加 低 温 介 质 的 内 能 ４ Ｉ （ 热 ） 由 于 流 体 通 过 阀 内 时 速 度 ｃ变 化 很 小 ，摩 擦 热 可 用 介 质 速 度 等 表 示 为 ： ＝ 加 ，
摘
要
介 绍 了低 温 球 闷 在 我 国航 天领 域 的 应 用情 况 、主 要 类 型 、 结 构 特 点 和
材 料 选 择 ，分 析 了 目前 使 用 的 低 温 球 阀在 设 计 使 用 上 存 在 的 不 足 之 处 及 改 进 方 法 。 烃 低 温 介 质 试 验 和 型 号 试 验 使 用 ，证 明 改 进 方 法 有 效 ，可 满 足 型 号 研 制 需要 ，对 大 口径 低 温 球 阀 的研 制 具 有 一 定 参 考 价 值 ． ．
特 的液 流 及 使 用 特 性 得 到 了极 大 的 发 展 与 应 用 ，其 中在 对 重 量 没 有 严 格 要 求 的 地 面 试 验 及 发 射 设 施 中 应用 更 广 ， 占低 温 阀 门 总 数 ８ ％ 以上 因 此 ，总 结 ３ ｏ Ｏ余 年 来 低 温 球 阀在 航 天 领 域
主题词 低 温球 阀 航天 应用 研 究
１ 引
言
随 着 航 天 事 业 的发 展 ， 以液 氢 液 氧 为 代 表 的 低 温 高 能 推 进 剂 得 到 了 广 泛 的 应 用 ，液 氢 液 氧 火 箭 发 动 机 的 研 制 也取 得 了 巨 大 的成 功 发 动 机 及 地 面 试 验 和 发 射 设 施 中低 温 阀 门 （ 用 使 温 度 一２ ３。 ５ Ｃ～ 一１ ３。 广 泛 应 用 ， 目前 一 台 氢 氧 火 箭 发 动 机 上 使 用 的 各 种 低 温 阀 门 量 约 ８ ｃ） １ Ｏ余 台 ，地 面 氢 氧 火 箭 发 动 机 试 验 台使 用 量 约 ２ ｏ余 台 在 这 些 低 温 阀 门 中低 温 球 阀 其 独
ｇ Ｆ＝ Ｐ ｃ （） ５
其 中 ｛ — 流 阻 系数 ； Ｄ — — 阀 门通 径 ；ｐ — 流 体 密 度 。 — — 在 ＤＮ ，Ｐ， ｃ确 定 的 情 况 下 ， ｑ Ｆ主要 决 定 于 流 阻 系 数 ｛，两 者 成 正 比 ， ｛越 小 ，则 ｑ 越 小 ，对 低 温 介 质 的 内 能 变 化 就 越 小 ，从 而对 极 易 汽 化 的 低 温 介 质 来 说 ，可 以保 证 流 体 流经
式 中 ｑ — 传 人 低 温 介 质 的 比热 量 ， 由阀 门外 界 传 人 热 量 ｑ — ０和流 体 摩 擦 热 ｑ 组 成 ； Ｆ ＾ — 比焙 值 ； —
ｃ — 流体 流动速度 ； —
— —
重力 加速度 ；
车 文 于 ２０ ０ １年 ｌ ０月 １ ９口收 到 刘 新 民 、 男 、 ３ ３岁 ， 高 级 工 程 师
阀 门为 单 相 流 由于 低 温 液 体 （ 液 氧 、液 氧 、液 氮 等 ） 汽 化 潜 热 非 常 小 ，在 一 个 大 气 压 下 如 液 氢 汽 化 潜 热 为 ４５９ｌ／ ，液 氧 为 ２ ２３ｌ ｋ ，液 氮 为 １７６ｋ／ ｇ 因 此 在 传 输 流 动 过 ４ ． ｄ １ ． ｄ／ｇ ９ ｌｋ ，
若 忽 略 阀 门外 界 传 人 热 量 ， 即 ｄ ０＝０， 有 ｄ ＋ｄ Ｆ＝ ｄ ＋ｄ ， ｄ ＝０ 这 表 明 介 ｑ 则 帅 ｑ ２ 即 ｈ ， 质 流 过 阀 门是 一 个 绝 热 节 流 过 程 ；但 流 体 流 动 的摩 擦 功பைடு நூலகம்是 存 在 的 ，对 于 不 可 压 缩 液 体 来 说 ：
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２０ ０ ２年 第 １ 期 总 第 １５期 ２
低
温
工
程
Ｎｏ． ２ｘ） １ （ ２
ＣＲＹＯＧＥ Ｉ ＣＳ
Ｓ ｍ Ｎｏ １ ５ ｕ ．２
低 温 球 阀 的 航 天 应 用 与 研 究
刘 新 民
中 围 运 载 火 箭 擅 术 研 究 院 ０ 一 所 北 京 １０ ７ ） ０ ０４
的 应 用情 况 ，分 析 存 在 的 问题 ，对 于进 一 步 更 好 地 发 展 和 使 用 低 温 球 阀 、促 进 型 号 研 制 具 有
十 分 重 要 的 意 义
２ 低 温 球 阀 的 航 天 应 用 情 况
２ １ 低 温球 阀 的 液 流 特 性 和 应 用 的主 要 领 域 ．