配氣臺制作工藝的研究

駱青業，王軍寧，宋舟航

（北京航天試驗技術研究所，北京　100074）

配氣臺制作工藝的研究

駱青業，王軍寧，宋舟航

（北京航天試驗技術研究所，北京100074）

配氣臺作為航天供氣系統中的重要設備之一，可以實現閥門的控制、壓力的調控以及狀態監測等。配氣臺屬于非標設備，其設計制作可以參考的相關標準及文獻資料很少。論文借鑒工程實踐中配氣臺的研制，對配氣臺的制作工藝進行了研究。

配氣臺；工藝；配管；三維設計

0　引言

顧名思義，配氣臺是實現航天試驗及型號任務發射中供氣系統閥門的開閉，壓力的調控以及狀態監測的操縱平臺。在軍事領域，尤其是運載火箭和戰略導彈測試供氣方面的應用，是不可或缺的重要組成設備之一［1］。配氣臺結構設計、制作工藝方面相關標準以及文獻資料非常少。配氣臺作為一種非標設備，不同制造廠家有著不同的制作工藝。本文總結配氣臺制作過程中的實踐經驗，進行了制作工藝的研究。

1　配氣臺分類

根據配氣臺面板殼體的結構形式，可將配氣臺分為柜式和琴式結構。柜式結構配氣臺制作簡單，內部配管空間較大。琴式結構配氣臺外型美觀，人性化設計解決了工作人員長期站立操作的問題。圖1為兩種不同結構配氣臺的實物圖。

圖1　配氣臺類型Fig.1 Types of gas distribution cabinet

2　配氣臺的設計

配氣臺的設計需要根據供氣的要求，功能需求進行配氣臺的個性化設計。依據設計原理圖，進行閥門及儀表的選型。參照部件的大小及數量，合理確定配氣臺的整體結構尺寸，保證其結構緊湊、制作方便。配氣臺外殼及集氣管設計為關鍵環節。

2.1外殼

材料選擇。目前，配氣臺外殼以06Cr19Ni10不銹鋼以及碳鋼Q235噴塑處理為主要材質。不銹鋼材質配氣臺又可根據殼體表面的不同要求，選擇拉絲面及鏡面。拉絲面不銹鋼配氣臺為常見的形式；碳鋼噴塑的配氣臺制作成本低，但是表面劃傷后易出現銹跡，影響整體美觀。

面板剛度。配氣臺的面板并不承受閥門管件的重量，主要是進行人員與系統的安全隔離，起到裝飾美觀的作用。但是面板設計厚度過薄，尤其是在面板較大的情況下，變形嚴重，影響運輸。配氣臺外殼設計為3mm厚度，可以滿足剛度需求。

面板開孔布置。面板需開孔布置閥門，要充分考慮配氣臺內部管路連接，盡量做到面板閥門布置協調美觀，操作方便。并且，保證最下排閥門不低于700mm，便于人員操作。面板開孔，閥門安裝具有互換性，并且手柄無干涉現象。

2.2集氣管

集氣管作為各分支管路交匯的集合點，集氣管的設計對于系統的可靠性至關重要。端部連接形式以及支管連接為設計關鍵。

端部型式。集氣管端部連接方式可以采用焊接封頭以及可拆卸的連接，例如航天管件堵頭或者法蘭蓋連接?？紤]到集氣管的制作完畢后需進行清洗，一般端部采用可拆卸的連接。根據設計壓力和公稱通徑，并結合實踐經驗確定采用端部連接型式，可以遵循表1原則。

支管連接。集氣管的主管與支管之間的連接形式，既要考慮強度要求，又要滿足配管要求。一般可以采取以下原則進行集氣管的設計：

表1　端部形式Tab.1 Form oft the ends

（1）主管與支管公稱通徑相同的情況下，采用焊接三通。

（2）主管與支管公稱通徑不相同的情況下，可以采用支管座。對于滿足開孔補強計算的情況，也可以采用安放式或者插入式支管焊接結構。

3　配管工藝

3.1配管總體要求

配氣臺的配管，主要參考工業管道的設計及施工方面的標準規范［2，3］。配氣臺配管原則如下：①保證管路制作、維修方便；②管路走向美觀大方，錯落有致，盡量做到橫平豎直；③先配置大通徑的管路，后配置小通徑的管路。

3.2配氣臺管路的三維設計

隨著三維軟件技術的發展，出現了相關的三維配管軟件，例如PDMS、Auto Pipe、3D Smart等。配氣臺結構設計同時，對內部管路進行三維效果圖設計，可以避免配管工作中管路的干涉問題，同時也為施工人員配管工作提供了參考。圖2為某項目配氣臺三位設計效果圖。

3.3管路制作

圖2　配氣臺三維效果圖Fig.2 Three dimensional rendering of gas distribution cabinet

配氣臺管路的加工制作主要為下料、管子與管件的焊接。不銹鋼管路的下料以及坡口加工，宜采用等離子切割或機械加工方式。如采用砂輪切割時，應采用專用砂輪片。切口處應無縮口、熔渣、氧化皮以及鐵屑等可能引入多余物的質量缺陷。

管路的焊接方式，直接影響焊縫處質量，很容易在焊縫位置產生焊接缺陷。針對航天不銹鋼管路，常見的焊接方式有不銹鋼電焊條焊接，氬弧焊接以及藥芯焊絲保護焊。電焊條焊接速度快，但是易產生飛濺，易在管路內外表面產生多余物。氬弧焊沒有飛濺，并且由于焊接過程采取了惰性氣體氬氣進行保護，減少了焊縫表面氧化皮，焊渣，焊瘤的形成。藥芯焊絲保護焊在焊縫成型方面能達到氬弧焊同樣的焊接質量，特別適用于大口徑集氣管的焊接。

對于DN20以及以下的管路，焊縫余高過高會影響介質的流量。我們采取管路焊縫余高測定-通球檢查的方式進行評估。檢驗標準如表2所示。

表2　通球檢查Tab.2 Check of passing ball

4　多余物的控制工藝

配氣臺作為航天系統中的重要設備，對內部潔凈度要求相當高，不得有任何影響氣體純度的多余物。下面主要從管路的內部清除工藝進行多余物的控制研究。

4.1清洗工藝

清洗可以去除附著在管路內壁容易脫落的多余物。常用的清洗方法有氣體吹除法、人工清洗法以及酒精循環清洗法。氣體吹除法比較簡單，適用于去除表面較大的顆粒多余物，多用于小通徑管道的清洗。將白綢布進行卷縮成與管內徑相當的布球，或者采用相應規格的海綿彈沾有酒精，塞入管路的一端，采用高壓氣體進行吹掃。對于大通徑的導管清洗，宜采用人工牽引拉洗的方法。采用鋼絲牽引白綢布清除多余物。酒精循環清洗法需要專門的循環系統，包含酒精貯存槽、泵以及過濾裝置。該方法工藝復雜，對各個設備本身的潔4.2酸洗鈍化

凈度要求高［4～6］。

鋼管原材料出廠時，附著在內表面的氧化皮、銹斑以及焊接過程產生的氧化皮，普通的清洗方法不能清除此類多余物。酸洗鈍化工藝采用酸洗槽設備，按規定比例配置硝酸和氫氟酸溶液，將管路放置酸洗槽浸泡2小時左右，以能夠去除氧化皮為最佳。過長時間的浸泡，會造成表面的微觀腐蝕，導致管路使用過程中高壓氣體介質沖刷而引入新的多余物。酸洗鈍化合格的導管宜馬上采用堿液進行中和處理。

4.3脫脂處理

航天發動機對所輸送氣體介質的指標要求嚴格，對氣體介質中含油量以及水分需進行化驗分析。管路需進行脫脂浸泡處理，并干燥。目前，常用的脫脂劑有工業二氯乙烷、丙酮以及航天專用清洗劑，對于脫脂要求不高的導管也可以采用濃度不低于95%的工業乙醇。

4.4多余物檢驗工藝

（1）靶板檢驗法。采用潔凈、干燥的氮氣或空氣作為氣源，與配氣臺進口進行連接，在出口5cm處設置貼有白布或者涂有白漆的木制靶板，吹掃5min后，檢驗靶板上無鐵銹、塵土、鐵屑等多余物為合格。

（2）金屬過濾器收集法。采用10μ金屬過濾器安裝在配氣臺的出口，采用潔凈、干燥的氣體進行吹掃1min。拆下過濾器濾芯，采用浸泡有酒精的白綢布擦拭濾芯迎風面，無變色為合格。

（3）工業內窺鏡檢驗法。隨著高新技術的發展，工業內窺鏡應用在管路內腔、焊縫質量檢查方面，可以直觀的檢查配氣臺管路內部多余物，并能夠對多余物的形狀、位置進行準確判定［7］。

5　氣密性試驗

配氣臺的氣密性試驗往往需要運輸到現場，并且與管路連成系統后進行檢驗。一般采用設計壓力下的工作介質進行逐個連接點涂肥皂泡檢驗。經氣密性檢驗合格的配氣臺可以作為產品進行交付使用。

［1］QJ 2652-94，配氣臺通用規范［S］.

［2］GB 50235-2010，工業金屬管道工程施工規范［S］.

［3］GB 50316-2000，工業金屬管道設計規范（2008版）［S］.

［4］袁牧，羅剛，屈美瑩.多余物的過程控制［J］.質量與可靠性，2013，5.

［5］熊濤.航天器總裝多余物控制方法探討［J］.航天器環境工程，2006，5.

［6］QJ 2850A-2011，航天產品多余物預防和控制［S］.

［7］劉麗榮，馬駿，張立.航天產品工業內窺檢測典型多余物的判別方法［J］.檢測技術，2013，3.

The Study on Production Process of Gas Distribution Cabinet

LUO Qing-Ye，WANG Jun-Ning，SONG Zhou-Hang
（Beijing Institute of Aerospace Testing Technology，Beijing 100074，China）

Gas distribution cabinet is one of the important equipment on supply system in aerospace，which can achieve the control of the valve，pressure regulation，condition monitoring and so on.Gas distribution cabinet belongs to a non-standard equipment，so the design can refer to the relevant standards and literature rarely.In this paper，basing on the engineering practice of gas distribution cabinet，the production process of gas distribution cabinet is studied.

gas distribution cabinet；process；piping；three dimensional design

TB47

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.014

1002-6673（2015）01-041-03

2014-10-30

駱青業（1985-），男，碩士，工程師。研究方向：主要從事航天地面設備及管道設計的研究。