車用LNG供氣系統(tǒng)調(diào)壓閥失效模式分析及改進(jìn)方法

曹 君 ，唐永科 ，王建京 ，韓 利

（1.西安德森新能源裝備有限公司，陜西 西安 710043；2.西安航天遠(yuǎn)征流體控制股份有限公司，陜西 西安 710100）

調(diào)壓閥[1]普遍應(yīng)用與工業(yè)及民用各種容器中，隨著近幾年LNG汽車[2]在物流中的批量應(yīng)用，調(diào)壓閥在車載LNG氣瓶及供氣系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越普及，但隨著車載LNG氣瓶及供氣系統(tǒng)大量的應(yīng)用，調(diào)壓閥在車載LNG氣瓶及供氣系統(tǒng)之中的應(yīng)用還存在諸多優(yōu)化[3]改進(jìn)項。本文針對調(diào)壓閥失效模式進(jìn)行研究，諸如閥體閥蓋螺紋連接密封處漏氣、呼吸孔處漏氣、開閉緩慢或卡死等，并提出了解決措施。

1 對失效調(diào)壓閥進(jìn)行檢測

1.1 常規(guī)性能測試

產(chǎn)品的常規(guī)性能測試結(jié)果如表1所示。從表1中數(shù)據(jù)看，調(diào)節(jié)閥外密封良好、動作靈活，但產(chǎn)品的入、出口壓力相等（即入、出口直通），表明閥門的內(nèi)密封狀況不良。

表1 低溫調(diào)節(jié)閥檢測結(jié)果

1.2 流量測試結(jié)果

為進(jìn)一步分析問題，我們對該產(chǎn)品進(jìn)行了流量測試。流量特性曲線如圖1所示。

圖1 低溫調(diào)節(jié)閥運行試驗后與產(chǎn)品出廠前流量特性曲線對比圖

測試結(jié)果表明，該產(chǎn)品的流量明顯偏小：與產(chǎn)品出廠前相比，經(jīng)過近1個月的運行試驗后，其通流能力顯著下降。從測試結(jié)果看，盡管產(chǎn)品返廠前，車輛行駛狀況尚未出現(xiàn)異常，但此時閥門實際上已經(jīng)初現(xiàn)故障苗頭。因此，從故障預(yù)防的角度講，有必要引起重視。

從上述檢測結(jié)果看，產(chǎn)品的故障模式主要有以下兩種：

（1）產(chǎn)品的入、出口流道直通

產(chǎn)品的入、出口流道直通表明產(chǎn)品的內(nèi)密封面出現(xiàn)了損傷，這將可能導(dǎo)致貯液罐內(nèi)的介質(zhì)壓力持續(xù)上升，致使貯液罐上的安全閥頻繁開啟，最終造成車輛百公里氣耗率的上升。當(dāng)車輛長時間停駛時，表現(xiàn)將更為嚴(yán)重。

（2）產(chǎn)品流量明顯變小，通流能力下降

車輛行駛時，增壓閥流量偏小，有可能導(dǎo)致貯液罐增壓不夠迅速，不能滿足車輛行駛時（尤其是爬坡時）對燃料的需求。

2 故障原因分析

2.1 產(chǎn)品分解后元件檢測結(jié)果

為分析產(chǎn)品失效原因，對其進(jìn)行了分解，其主要失效模式表現(xiàn)如下：

（1）內(nèi)密封處存在白色多余物；

（2）閥芯處的白色多余物及金屬屑；

（3）閥芯密封面處的影像儀投影圖。

2.2 原因分析

白色多余物存在于閥體的閥座密封面與閥芯密封面之間，雖然在進(jìn)行常規(guī)性能試驗和流量特性試驗時，介質(zhì)流經(jīng)該流道，但仍未被吹除。經(jīng)分析，材質(zhì)為生料帶。閥芯密封面處有凹坑及嵌入的金屬屑、白色多余物、黑色不明物質(zhì)。多余物的來源可能有以下幾種：

（1）介質(zhì)本身可能存在固體雜質(zhì)；

（2）貯液罐加注口附近可能存在多余物（如砂粒等），加注介質(zhì)時被帶入貯液罐；

（3）在旋入與調(diào)節(jié)閥連接的管接頭時，由于螺紋間的摩擦作用，不可避免會產(chǎn)生一些銅屑及破碎的生料帶等。

上述多余物滯留在閥芯密封面附近，將造成閥芯/閥座密封副的密封失效，導(dǎo)致閥門的內(nèi)密封性能惡化，使閥門的入口、出口相貫通。同時由于調(diào)節(jié)閥工作時，其閥芯的抬起高度本身就很小，閥芯密封面處存在多余物，客觀上造成了流通面積減小，導(dǎo)致產(chǎn)品的實際流量偏低，增壓不夠迅速，不能滿足車輛行駛時（尤其是爬坡時）對燃料的需求。

3 解決措施

3.1 元件清理后重裝

對拆解后的產(chǎn)品零件進(jìn)行了清洗。但是閥芯密封面處的部分銅屑嵌入閥芯密封面處較深，無法清理；部分銅屑清除后有壓坑（永久性損傷，不可恢復(fù)），壓坑深度約0.3mm.為驗證閥芯上的永久性傷痕對產(chǎn)品密封性能的影響，在對零件進(jìn)行徹底清理、清洗后重新裝配、試驗。試驗結(jié)果表明，閥門的入、出口壓力相等，仍為貫通狀態(tài)，其內(nèi)密封性能無明顯改善。

3.2 產(chǎn)品修復(fù)

由于閥芯密封面上的傷痕為永久性損傷，不可恢復(fù)，故更換新的閥芯（其余零件不變），重新裝配后進(jìn)行了常規(guī)性能測試和流量特性測試。

（1）常規(guī)性能測試

更換閥芯后的產(chǎn)品常規(guī)性能測試結(jié)果如表2所列。檢測結(jié)果表明，更換合格的閥芯后，產(chǎn)品的內(nèi)密封性能滿足用戶要求。

表2 更換閥芯后的檢測結(jié)果

（2）流量特性測試

產(chǎn)品修復(fù)前后流量特性對比曲線如圖2所示。由圖2可以看出，產(chǎn)品修復(fù)后，流量明顯增大，通流能力顯著增強(qiáng)。

圖2 產(chǎn)品修復(fù)前后流量對比圖

3.3 改進(jìn)

由以上分析可以看出，多余物進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，是造成故障的主要原因。多余物的來源可能有以下幾種：介質(zhì)本身可能存在固體雜質(zhì)；貯液罐加注口附近可能存在多余物（如砂粒等），加注介質(zhì)時被帶入貯液罐；在旋入與調(diào)節(jié)閥連接的管接頭時，由于螺紋間的摩擦作用，不可避免會產(chǎn)生一些銅屑及破碎的生料帶等。為杜絕多余物進(jìn)入管路系統(tǒng)內(nèi)部，采取以下措施：

（1）在系統(tǒng)的加注口處（加注口與進(jìn)液單向閥之間）加裝過濾器，可有效防止外來多余物進(jìn)入供氣系統(tǒng)；

（2）改進(jìn)裝配流程，優(yōu)化裝配順序。由廠家預(yù)先在閥門裝配前裝好進(jìn)出口管接頭，然后對閥體/管接頭組合件進(jìn)行徹底清洗后再進(jìn)行閥門的后續(xù)裝配，可有效杜絕管接頭旋入時產(chǎn)生的切屑；

（3）進(jìn)行系統(tǒng)總成時，采用調(diào)節(jié)閥自帶的濾芯結(jié)構(gòu)（入口處）如圖3所示。

圖3 采用濾芯結(jié)構(gòu)

3.4 改進(jìn)后效果

經(jīng)過市場驗證，此種加過濾芯的結(jié)構(gòu)能夠明顯的降低車用LNG供氣系統(tǒng)調(diào)壓閥的故障率，為行車安全及經(jīng)濟(jì)性起到了良好的效果。

4 結(jié)束語

本文針對車用LNG供氣系統(tǒng)調(diào)壓閥存在的問題，研究了車用LNG供氣系統(tǒng)調(diào)壓閥的失效模式，對其失效原因進(jìn)行了分析研究，并針對其問題提出了解決方案，最終測試得出結(jié)論，證明了解決方案的可行性。通過該問題的研究，對以后的現(xiàn)場操作起到了操作可行性、解決問題的重大意義。

[1]吳國洋，何澤銀，李國云，黃正華.調(diào)壓閥內(nèi)流道流場分析及閥芯結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].蘭州理工大學(xué)報，2013，39（3）：38-42.

[2]胡翔成.貴陽公交“油改氣”十大建議[J].運輸經(jīng)理世界，2013，（9）：40.

[3]王奇軍.壓閥在天然氣處理系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2014，（3）：80-83.