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        低温真空截止阀真空性能分析

        来源真空技术网www.ismp.tw西安航天动力试验技术研究所作者张磊

        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?#25216;?#20540;

        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?#34892;?#22320;保?#21046;?#38400;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?#35752;У?#22914;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?#25442;?#39640;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

        对于真空多层绝热阀随着使用时间的延长夹层内真空度会慢慢降低夹层的气体并不是一类气体分子而是多?#21046;?#20307;的混合物夹层气体的主要来源是内外不锈?#27490;?#30340;放气缠绕层内外管支撑及其它固体杂质的放气金属的放气是夹层气体的主要来源金属放气主要成分是氢实验对实际真空阀门残留气体取样分析夹层中气体组成的含量?#26469;?#20026;氢氮氧氩水蒸气二氧化碳和氦气其中氢的含量最高可达到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?#30001;?#23545;氢的吸附能力很差其它所有的杂质气体均被分?#30001;?#25152;吸?#20132;?#32773;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?#30001;?#23545;氢的吸附能力很差每克分?#30001;?#21560;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?#30001;?#23545;氧氮氩均有相当好的吸附能力在液氢温度下分?#30001;?#23545;氢的吸附能力就变得非常强在20K 温度和1.33×10-4 Pa 下分?#30001;?/a>对氢的吸附容量大于160cm3(标态)/g因为压力越高分?#30001;?#21560;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?#30001;?#23545;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

        根据常温下夹层氢气组分的体积百分比计算出夹层氢的分压然后根据分压计算出夹层内氢的?#28909;|?#32780;常温下和液氧温度下夹层内氢的?#28909;?#26159;相同的然后根据氢?#28909;?#19981;变这一条件计算出在液氧温度下夹层内氢气的压力因为此时夹层内只有氢气为气态氢的压力也就是液氧温度下真空阀夹层的压力然后根据液氧温度下真空阀夹层的压力结构尺寸夹层缠绕层数计算出真空阀的固体导热辐射传热对流换热量最终求得在不同初始真空度下真空阀换热量基于表1 可以看出真空阀夹层常温气压在0.1Pa 以下时残余气体对流换热所产生的热损失才与导热和辐射热在同一个数量级真空阀抽至0.01Pa 时气体对流换热所产生的热损失只占

        表1 夹层压强与氢含量下总漏热

        低温真空截止阀真空性能分析

        基于表1 可以看出真空阀夹层常温气压在0.1Pa 以下时残余气体对流换热所产生的热损失才与导热和辐射热在同一个数量级真空阀抽至0.01Pa 时气体对流换热所产生的热损失只占总热损失的10%以下此时辐射所引起的热损失成为真空阀漏热的主要因素继续抽真空真空阀的总漏热量几乎没有降低所以当真空夹层内抽至0.01Pa 时继续抽真空对阀绝热性能的提升很小夹层的氢含量对真空阀总漏热有影响随着氢含量的升高真空阀在低温下的漏热量升高真空阀夹层常温气压在1Pa 以上时真空管总漏热量基本与氢含量成倍比关系真空阀夹层常温气压在0.1Pa 以下时真空阀总漏热量与氢含量几乎没关系

        4阀体内残余气体传热实验分析

        液氧液氢在经过真空管道及真空截止阀后1-2 小时对真空阀残余气体漏热与常温下夹层压强进行了测试实验计算结果表明夹层低温压强对应的常温压强与夹层中氢含量和吸附剂的吸附能力密切相关如果吸附剂的装填量足够多也即吸附剂在低温下能够吸附气体的量大于夹层中可能存在的不凝性气体的量对液氢输送中可允许稍低的真空度常温夹层压强在40Pa以上残余气体漏热与压力成非线性关系如图1所?#23613;?#21516;时在夹层低压强的状态对残余气体的漏热进行了计算分析如图2 和图3实验结果表明低压状态下残余气体的漏热与夹层压强成线性关系常温下夹层压强降低阀体内残余气的漏热变化幅度较低

        低温真空截止阀真空性能分析

        图1 DN150 低温真空阀残余气体导热与夹层压强的关系

        低温真空截止阀真空性能分析

        图2 DN150 低温真空阀在低压强下的导热关系

        低温真空截止阀真空性能分析

        图3 DN150 低温真空阀在低压强下的导热关系

        5小结

        通过对低温绝热真空阀夹层内真空度分析得到了影响真空度的主要原因为真空阀在生产与加工环节提供了理论依据 对低温阀门生产过?#35752;?#20302;温材料的选则以及如何长期?#34892;?#20445;持阀门夹层内真空度提出了理论依据和指导

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        http://www.ismp.tw/valve/jiezhifa/037095.html

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