低溫密封技術的案例
【專家觀點】大型低溫液體火箭“零窗口”發射技術
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“零窗口”發射技術方案
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低溫動力系統在射前的工作重點是完成低溫推進劑加注和發動機系統預冷。除箭上系統需要高可靠工作外，同時需要地面設備設施的配合，主要包括連接器、配氣臺和地面加注設備等。這些地面設備設施通過箭地之間的接口實現對火箭的發射支持。針對此特點，實現大型低溫運載火箭“零窗口”發射技術需要著重解決低溫動力系統的預冷技術、高可靠箭地低溫管路涌泉抑制技術、統一供配氣與零秒脫落連接器技術、配氣臺冗余技術和地面加注技術。
2.1
低溫動力系統預冷技術
為了保證低溫發動機的正常啟動，在點火前需要對發動機進行充分預冷。低溫發動機的預冷方式直接決定了火箭射前操作程序和箭地接口的復雜性。目前，國內外低溫發動機常用的預冷方式有浸泡預冷、排放預冷、循環預冷。通過綜合比較發現，循環預冷技術方案較排放預冷技術方案箭地連接關系簡單，無需配置排放連接器和排放管路，大大簡化了箭地接口，也簡化了射前操作流程，消除了射前極易出現問題的連接器泄漏、脫落故障等風險。同時循環預冷是一種主動預冷方式，較浸泡預冷更容易滿足低溫發動機苛刻的預冷條件。因此，在箭上空間和系統復雜度可接受的條件下，采用循環預冷技術有利于實現大型低溫液體運載火箭“零窗口”發射。
展開 長時間滑行低溫推進劑管理關鍵技術分析
如圖12所示，推進劑熱量管理技術主要包括蒸發量控制技術、過冷加注技術以及排氣降溫技術等。
國內外學者及科研機構針對蒸發量控制技術、過冷加注、排氣降溫等技術等開展了一系列理論研究、地面試驗及仿真分析，部分技術進行了飛行試驗并得到成功應用，得到了許多重要研究成果，為未來低溫末級的長期在軌奠定了基礎。
4.1 蒸發量控制技術
蒸發量控制技術是指利用各種熱管理措施，減少環境向貯箱的漏熱，有效吸收、轉移和利用推進劑蒸氣的熱量，以達到減少蒸發量和控制箱壓的目的，實現低溫推進劑的長期在軌貯存和利用。此技術分為被動式、半主動式和主動式。
被動式方案采取絕熱的方式降低環境漏熱來實現蒸發量控制，主要包括發泡材料、多層隔熱材料、遮擋防護技術以及低溫支撐結構等。半主動式采用機械摻混、節流排放、催化等措施實現蒸發量控制，主動式采用制冷設備移除熱量實現蒸發量控制。
目前，國內外普遍采用的蒸發量控制措施是發泡材料(Spray-on Foam Insulation,SOFI)絕熱，具有成本低、有一定機械強度、無需真空罩等優點。但發泡材料絕熱性能有限，在真空輻射傳熱環境中能力較弱，需要采用更加先進的隔熱材料，實現長期在軌蒸發量控制。
多層隔熱材料(Multi-Layer Insulation,MLI)是真空環境下性能優異的材料，主要由高反射率的屏蔽層和間隔層組成。半人馬座通過使用25層MLI大幅減少了貯箱漏熱，實現了液氧日蒸發率0.8%,液氫日蒸發率2.5%，為長時間在軌滑行提供了可能。
展開 長時間滑行低溫推進劑管理關鍵技術分析
3.4 小 結
對于長時間滑行的大型低溫末級，如果單一使用沉底式推進劑管理方案，推進劑的消耗量將隨著滑行時間的增長而增加，最終成為限制滑行時間的制約因素；如果單一使用表面張力式管理方案，表面張力裝置尺寸大、質量大，降低了運載能力，且存在少量漂浮推進劑排出貯箱的風險。
因此，今后沉底式管理方法和表面張力式管理方法將會越來越廣泛地結合使用。比較理想的方案是利用PMD裝置蓄留部分推進劑，允許其余推進劑自由漂浮，貯箱排氣前通過沉底發動機完成漂浮推進劑的重定位；發動機再起動前通過沉底發動機將蓄留裝置內的氣泡排出，保證主發動機的再起動，由主發動機推力完成漂浮推進劑的重定位；通過綜合設計沉底發動機的工作時長以及PMD裝置質量，提高運載能力。
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低溫推進劑熱量管理
低溫推進劑的熱量管理是實現長時間滑行的基礎和前提。為了減少蒸發損失并提高推進劑品質，一方面要控制進入貯箱的熱量、抑制熱分層，另一方面要移除貯箱中的熱量，降低推進劑溫度。如圖12所示，推進劑熱量管理技術主要包括蒸發量控制技術、過冷加注技術以及排氣降溫技術等。
國內外學者及科研機構針對蒸發量控制技術、過冷加注、排氣降溫等技術等開展了一系列理論研究、地面試驗及仿真分析，部分技術進行了飛行試驗并得到成功應用，得到了許多重要研究成果，為未來低溫末級的長期在軌奠定了基礎。
4.1 蒸發量控制技術
蒸發量控制技術是指利用各種熱管理措施，減少環境向貯箱的漏熱，有效吸收、轉移和利用推進劑蒸氣的熱量，以達到減少蒸發量和控制箱壓的目的，實現低溫推進劑的長期在軌貯存和利用。此技術分為被動式、半主動式和主動式。
展開 福利分享：QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產技術關鍵數據
隨著高鐵、風電行業的快速發展,人們對球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標要求越來越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國列入國家標準。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內也越來越多被引用到產品要求內，國內也有部分鑄造廠家能夠生產此材料要求的鑄件。隨著產品的發展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應用也逐漸成為鑄造行業技術攻關主要課題之一。
生產QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強度≥400MPa、屈服強度≥250MPa、伸長率≥18%達到要求前提下進行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗,要求三個標準夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學成分、較好的球化等級、較多的石墨球數、較高地鐵素體含量及伸長率。
一、化學成分的選擇與控制
化學成分的選擇與控制是生產QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關鍵點之一，化學成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學元素在球墨鑄鐵中的作用，通過試驗找出了高性能指標相應各種化學元素的合適范圍并加以控制。
1.化學成分的選擇確定
結合各元素的作用和國內外原材料狀況以及生產QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經驗數據,確定生產QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學成分范圍。
展開 
幾乎無收縮和變形，墨科瑞發明粘結劑噴射金屬3D打印低溫燒結技術
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長沙墨科瑞發明低溫釬焊（Brazing）燒結技術
南極熊獲悉，長沙墨科瑞研制成功的是一種獨特的粘結劑噴射金屬3D打印低溫釬焊（Brazing）燒結技術。墨科瑞創始人李昕將該技術稱之為特種粘結劑噴射金屬3D打印技術（BJB）。
BJB技術是在常規BJ技術基礎上進行的創新，其核心技術是將全新的金屬“生坯”低溫釬焊燒結（Brazing）技術融入到常規BJ工藝的后處理燒結過程中。
BJB技術流程：
1. 金屬粉末通過水性粘結劑噴射3D打印成生坯；
2. 生坯經烘干及低溫燒結處理后包裹上特殊的釬焊合金漿料（多種處理方法之一）；
3. 經400℃-1200℃低溫釬焊滲透燒結（不同的金屬可以選擇不同的釬焊合金；釬焊溫度比常規燒結溫度低200℃-300℃），熔化的釬料合金滲透填滿生坯骨架縫隙，即可獲得致密的幾乎沒有收縮和非對稱變形的金屬部件。
例如，316L不銹鋼“生坯”，傳統的BJ技術燒結溫度為1350℃左右；特種BJB技術通過選擇合適的釬料合金，可以在1100℃左右通過相對低溫的釬焊滲透燒結即可獲得致密的幾乎沒有收縮和非對稱變形的316L不銹鋼部件（收縮變形量可以控制在5%以內）。BJB技術通過在一個相對低很多（200多度）的溫度下釬焊燒結，節省了大量能源，節能環保。
BJB相關的底層技術目前已經獲得國家發明專利授權，擁有自主知識產權；該技術也適用于FDM等其他“間接金屬3D打印技術”生坯的后處理冶金燒結，都受到專利的保護。
展開 中科院攻克電子產品低溫等離子體防水涂層關鍵技術
另外通過密封件實現的防水技術，當產品摔落幾次后，密封件難免出現縫隙，導致防水等級降低。曾志翔說：“我們的涂層防水產品，從1米高處摔落18次后仍然能保持防水性能不降低；涂層產品經過紫外老化測試100小時后，仍然能保持原有防水性能不降低。”
當前，低溫等離子體納米涂層產品已占國內電子產品防水涂層市場的70%，曾志翔認為這項研究本身就是以市場為導向，后續還會采納市場反饋，進一步投入研發，解決客戶提出的問題。“電子產品更新換代非常快，這要求技術不斷推陳出新，希望能滿足更多客戶的需求。”
《中國科學報》 (2018-07-30 第6版 院所)
展開 化學成分、熔煉、球化處理，QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產技術關鍵解析
隨著高鐵、風電行業的快速發展,人們對球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標要求越來越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國列入國家標準。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內也越來越多被引用到產品要求內，國內也有部分鑄造廠家能夠生產此材料要求的鑄件。隨著產品的發展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應用也逐漸成為鑄造行業技術攻關主要課題之一。
生產QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強度≥400MPa、屈服強度≥250MPa、伸長率≥18%達到要求前提下進行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗,要求三個標準夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學成分、較好的球化等級、較多的石墨球數、較高地鐵素體含量及伸長率。
一、化學成分的選擇與控制
化學成分的選擇與控制是生產QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關鍵點之一，化學成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學元素在球墨鑄鐵中的作用，通過試驗找出了高性能指標相應各種化學元素的合適范圍并加以控制。
1.化學成分的選擇確定
結合各元素的作用和國內外原材料狀況以及生產QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經驗數據,確定生產QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學成分范圍。
展開 機械密封技術總結
1） 材料致密性好，不易泄露介質；
2）有適當的機械強度和硬度；
3）壓縮性和回彈性好，永久變形小；
4）高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂；
5）抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；
6）摩擦系數小，耐磨性好；
7）具有與密封面結合的柔軟性；
8）耐老化性好，經久耐用；
9）加工制造方便，價格便宜，取材容易。
2.密封材料
橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨、聚四氟乙烯以及各種密封膠等。
通用的橡膠密封制品在國防，化工，煤炭，石油，冶金，交通運輸和機械制造工業等方面的應用越來越廣泛，已成為各種行業中的基礎件和配件。橡膠密封制品常用材料如下。
丁 腈橡膠
具有優良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質，因此耐油密封制品以及采用丁 腈橡膠為主。
氯丁橡膠
具有良好的耐油和耐溶劑性能，但不耐芳香族油。具有優良的耐天候老化和臭氧老化性能，對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性。關注公眾號“液壓說”，獲取更多液壓知識。
天然橡膠
天然橡膠與多數合成橡膠相比，具有良好的綜合力學性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩定。
氟橡膠
氟橡膠具有突出的耐熱（200～250℃），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠碗和旋轉唇形密封圈，能顯著地提高使用時間。
硅橡膠
硅橡膠具有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70～260℃的工作溫度范圍內能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優點。硅橡膠不耐油，機械強度低，價格昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。
展開 淺析化工機械的密封技術
1、泵入口堵塞，有抽空現象、汽蝕現象嚴重、泵體長時間憋壓，導致密封破壞；2、冷卻水、潤滑油由于冷卻系統管路堵塞、損壞等故障，致使供應不足或中斷，從而導致密封破壞；3、啟泵前未按照操作規程將泵體排空、盤車，導致密封破壞；4、密封腔內有空氣，導致密封破壞；5、有化學腐蝕性強和顆粒介質通過吞化系統進入摩擦副，導致動、靜環的密封端面損壞；6、人為操作不當、機械故障，其它設備（例如各種保護）誤動作，導致密封破壞；7、突然停電或外因停機，導致密封破壞。
三、優化運行提高密封效果
（一）計劃檢修。充分利用每年兩次的春、秋檢，保證機械密封在檢修間隔期內的正常運行，實現密封嚴密可靠，從而保證化工機械的使用效率和效益。
（二）做好對機械設備的沖洗。進行化工機械設備沖洗的時候，要清楚沖洗工作通常包含兩種類型，即工作介質的工藝液的沖洗和自沖洗。出現化工機械泄漏的原因之一就是沖洗過程中使用的介質沒有達到沖洗規定的要求，如果對沖洗介質沒有進行嚴格的審查或者對沖洗時所用設備的選擇不嚴格，可能會引發泄露，因此要注重對沖洗介質和設備的選用，加大檢查力度；在對沖洗設備進行保管的時候，還應該注重對相關設備的檢查，及時清理設備中生成的污垢，確保清洗設備的衛生程度滿足使用要求，最大程度的減少可能引發泄露的因素。
（三）技術革新。根據設計要求及時進行新舊密封更新，利用密封拆修的時機組織技術人員學習，積極改良設備，優化運行，不斷革新技術，提高化工機械設備的密封效果。
四、結語
盡管化工中先進技術和設備的使用越來越普遍，增強了設備的可靠性，但是機械設備的密封效果仍然是化工企業運行的重要支撐，特別是機械密封技術的可靠程度直接影響著設備的使用。
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