理的重要内容。针对新一代运载火箭所使用的某型号单向阀液氢温区性能试验任务要求，设计并搭建了试验系统，该系统能够满足试验在液氢温区下进行的需要，可达到考核单向阀低温性能的目的。

本页关键词：进口高压电磁阀，进口高温高压电磁阀，进口高温电磁阀

1 引言 

运载火箭作为人类进入空间的主要运载器，在空间探测、载人航天，以及通信服务等领域发挥着极为重要的作用。随着运载火箭技术的深入发展，其推进系统已由常规有毒推进技术向无毒化、大推力方向发展。我国现役部分型号运载火箭，以及在研新一代运载火箭均采用低温推进剂作为火箭燃料，其所要求的低温贮存环境，对火箭气瓶及各配套阀门系统带来了新的考验。

冷氦是发动机和贮箱的唯一气源，是芯二级稳定工作的重要保障条件，氦气源系统配套零部件性能在运载火箭飞行中具有重要影响。为确保某型号的顺利首飞，某型号所使用的单向阀需要开展液氢温区性能试验工作。本文就该型号使用单向阀的低温性能试验技术展开研究，并建立相应的试验系统。

2 单向阀低温性能试验技术简介

低温性能试验技术是考核阀门在低温状态下性能是否正常的重要手段，试验通常采用低温气体预冷和低温介质浸泡2种方式。低温气体预冷指气体经低温介质换热后得到低温气体，再将大流量低温气体通过试验系统，预冷至试验要求温区后进行性能测试，原理如图1。低温介质浸泡则是指将试验产品及部分系统管路浸泡于低温介质内，经充分换热，产品达到所需温区后进行试验，系统原理如图2。

图1 低温气体预冷试验系统原理图

图2 低温介质浸泡试验系统原理图 

3 某型号单向阀低温性能试验要求

该型号单向阀应用于液氢贮箱中，直接与液氢接触，要求试验全程在液氢温区下进行；试验前用氦气对系统进行置换，测量阀门开启时的压力差，并检查阀门的密闭性。

4 某型号单向阀低温性能试验系统设计

4.1 设计思路

现有型号冷氦阀门试验系统采用低温气体预冷的方式进行低温性能试验，试验过程中需加注2种介质，预冷后试验件出口温度仅为40K左右，不仅消耗了大量的介质，还无法满足阀门试验的温度要求。根据某型号单向阀的试验要求，拟采用液氢浸泡预冷的方式，使阀门完全处于液氢环境中进行性能测试，一方面模拟该阀门的使用环境，另一方面简化试验系统，系统原理如图3所示。

图3 某型号单向阀低温性能试验系统原理图

4.2 系统组成

（1）气源系统

某型号低温性能试验主要使用氦气及氮气2种气体介质，其中，氦气作为试验系统置换及增压用气，氮气作为试验杜瓦吹除等现场用气。氦气源由氦气瓶组提供，经模压机压缩后进入系统循环使用。

（2）供配气系统

氦气供配气系统主要包括氦气源管路、出/入口增压管路、氦回收管路和检漏管路。为提高试验操作安全性，系统配气台与试验杜瓦分别置于试验配气间和试验间，并通过防爆墙隔离，试验操作均在配气间完成。

氮气系统提供现场吹除用气，在试验后吹除试验杜瓦剩余介质，吹除完毕后，人员方可进入现场进行操作。

（3）液氢杜瓦

某型号低温性能试验过程中需将阀门连同对接工装浸泡在液氢杜瓦中，根据阀门及工装尺寸，选用容积为100L的真空绝热杜瓦，试验增压、吹除等管路由杜瓦盖预设的小孔接入杜瓦内部，试验杜瓦配置情况如图4所示。

图4 某型号单向阀低温性能试验液氢杜瓦配置图

（4）试验件对接工装

试验件对接工装入口端设置过滤器，以避免多余物进入单向阀；出口工装设置换热盘管，能够使出口增压气体温度及压力更加稳定，试验件对接工装配置情况见图5。

图5 冷氦气瓶充气单向阀低温性能试验工装

（5）检漏系统

系统检漏管路连接检漏流量计，进行气密性检查时打开检漏手阀即可对单向阀的漏率进行测量。

（6）测量系统

试验间及配气间均安装了全景监控探头，在测控间即可对现场进行全程监控。根据某型号低温性能试验任务要求，设置了以下测点，以完成试验数据测量（见表1），用以考察产品性能。

表1 某型号单向阀低温性能试验测量参数表

4.3 解决的技术难点

（1）优化并减少了介质消耗

介质消耗直接影响试验成本，本试验系统通过试验方法设计，优化并减少了介质的消耗量：

一是试验系统改变了原有的冷氦预冷方式，使用液氢试验杜瓦取代原有的液氮/液氢2级换热设备，避免了液氮的消耗，取消了液氮加注流程，缩短了试验时间。

二是原试验系统需要大流量冷氦与系统换热完成预冷，虽然系统设置了氦气回收系统，但仍会造成大量资源及能源消耗，重新设计的试验系统则将产品完全浸泡于液氢中，始终使试验件保持在液氢温区下考核其性能。

试验预冷方式的改进在保证试验条件的前提下，减少了试验介质消耗；试验系统的优化在降低试验成本的同时，提高了系统的可靠性。

（2）通过试验系统设计控制多余物

多余物控制是保障试验成功的重要条件，为此，在试验系统设计之初即确定了控制多余物的方案：

一是所有管路在安装前均进行酸洗钝化和探伤处理，酒精清洗后使用高压氮气吹除，检查无多余物后方可进行安装；

二是试验气源管路、增压管路和试验件入口工装上设置不同精度的过滤器，以防止多余物进入试验件。

三是每次试验前对系统进行吹除，使用滤网精度不低于10μm的过滤器收集多余物，用20倍放大镜检查滤网无多余物后，才进行试验件安装工作。

通过以上途径保证系统的洁净度，彻底解决了试验系统多余物控制问题。

5 试验结果验证

该试验系统于2013年开始承担试验任务，试验过程中对液氢杜瓦上液位温度进行了监测（见图6），试验过程中试验件始终浸进行。

图6 试验杜瓦上液位温度记录

试验测量系统对单向阀开启压差和试验件漏率（见表2）进行了测量，准确地考察了产品的工作性能，试验系统运行稳定，达到了既定的试验目的。

表2 试验数据记录表

6 结论 

针对某型号单向阀低温性能试验的要求，设计并搭建了试验系统，经2013年进行的4次试验考核，该试验系统运行正常，系统配置合理。该试验系统在满足试验要求的同时，确保了人员操作安全；通过系统简化，有效降低了试验成本；通过严格系统安装操作流程，有效避免了多余物进入。同时，虽然该试验系统在该型号单向阀试验中取得了良好的试验效果和结果，但是，其在系统自动化程度方面仍然有待提高。