门闩与“挑战者”号航天飞机的灾难
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2021-02-21
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        1986年1月27日星期一,挑战者号航天飞机的机组成员已准备好发射,并小心翼翼地装载在价值数十亿美元的航天器顶部。在佛罗里达州卡纳维拉尔角的那个温暖的日子里,所有迹象都预示着“开始发射”。

        当技术人员关闭驾驶舱的门并将手柄旋转90度时,出现了问题。他们无法从门上取下手柄。没有任何拉动和推动可以解开手柄,因此洛克希德太空作业工程师要求使用电动工具来帮助拆除。




        正如全世界所看到的那样,发射台技术人员找到了电池操作的钻头和切割刀片,但是当他们到达舱门时,电钻电池电量很低,无法解决问题。这个问题越来越尴尬,占用了宝贵的时间; 将把手固定在航天飞机上的简单便宜的门闩已经成为障碍,并且正在推迟七名宇航员进入太空的发射。

        最后决定用钢锯切割手柄。一名维修工人从服务大楼跑过来,而当时里根总统正坐在椭圆形办公室里观看电视直播。最后,在被安检人员拦下后,工人乘电梯爬上了184英尺的航天飞机。他到达舱门,团队使用该工具锯断手柄,掉落在舷梯和航天飞机之间。




        到目前为止,天气预报显示风速开始超过航天飞机“恢复发射场紧急限制”的门槛。美国宇航局决定中止发射并在第二天再次尝试。

        在挑战者灾难发生前一天发生的舱口门闩故障的事故以后并未经常被提及。相反,助推火箭中的O型密封圈密封失效被称为是导致NASA太空飞行延迟数年的可怕事故的根本原因。

        然而,门闩很重要,确实导致了这次可怕的事故。正如它在航天飞机上所做的那样,门闩连接会导致工厂操作的麻烦并产生安全隐患。

        紧固阀门密封套

        工业界争论的一个主要问题是如何将螺栓载荷精确地应用于阀门填料。当过度拧紧时,阀门填料会对阀门造成严重损坏并干扰一般操作。但是如果负载太低,阀门填料将无法保持足够的密封,导致昂贵的泄漏。




        许多年前,阀门填料的安装说明中出现的术语是使用“工艺技能”。这依赖于部落知识来收紧阀门压盖但不是特别准确的测量。

        较旧的阀门填料设计具有松散的纤维芯,在某些情况下,当负载丢失时可能导致爆裂故障模式。这导致维修工人受伤,导致人们对阀门填料施加额外负荷,以防止再次发生事故。这种额外的负载通常采用管道(或加力杆)的形式来增加扳手的长度,从而拧紧压盖从动件螺栓。这会产生极端的压盖力,从而对阀门的操作造成严重破坏。

        阀门填料螺栓上的压盖负荷过大可能引起三个主要问题:

        压盖弯曲

        螺栓上的应力会导致压盖弯曲和扭曲,因此它们不会与填料函垂直。这种变形还会导致压盖从动件不能自由地移动到填料函中,从而导致负载和故障的损失。

        阀杆弯曲

        由于压盖过大,填料会增加填料摩擦力,从而无法使用手轮来操作阀门。绕过这个问题的一种方法是在手轮上使用加力杆以增加力并使杆移动。但是通过增加支点距离所施加的载荷可能非常强,以至于它们超过了杆的屈服强度并导致其弯曲。弯曲的阀杆会产生严重的阀门可操作性问题和严重的泄漏,因为填料需要补偿直径的变化。

        阀座泄漏

        当在手轮上使用加力杆时,撞击阀座以关闭阀门的力量通常超过设计工程师计算的数量。这种增加的力可能超过阀座材料的限制,产生裂缝,导致内部泄漏。

        在1980年代,电力研究所(EPRI)的任务是降低核电厂计划外维护的频率。他们标记的一个问题是由于阀门泄漏而造成的大量发电损失。通过研究,EPRI显示了正确装载对于延长填料使用寿命的重要性。他们得出的结论是,使用“工艺技巧”方法会导致很大的百分比分散精度。

        扭矩

        具有里程碑意义的EPRI报告之后的一个具体变化是使用扭矩扳手施加压盖负荷。扭矩操作的阀门开始成为常态,并写入填料程序,培训手册和教科书。扭矩改变了行业,但它也有其缺点。研究表明,使用扭矩扳手施加载荷的精度仅为约30%。这些研究的主要问题是它们使用的螺栓状况良好并且采用了良好的螺栓连接方式(平垫圈,螺纹条件,防卡等)。这通常不是现实世界中的惯例。




        如果没有这些做法,通常会在扭矩扳手中看到误报,并导致施加不准确的负载。螺栓状况也是可能导致误报的问题之一,确保填料正确加载的唯一方法之一是在现场重新包装时更换螺柱。像新螺栓或旧螺栓上的弯曲螺纹那样简单的东西可以给出紧密螺栓的错觉,而不会对压盖施加任何负荷。

        阀门填料是阀门中的易损件。即使精确装填填料,随着阀门打开和关闭,随着时间的推移,填料会失去体积并巩固。这种形状的减少将使压盖移动到填料函中以消除这种损失。

        拉伸一小段距离的螺栓会松动,从而降低填料上的压盖力。每次阀门启动时都会发生这种效应。这种负载损失是隐藏的。

        围绕EPRI报告开始的一项技术是使用Belleville弹簧组,可以添加到阀门上的螺栓上,从而在接头中产生更多的行程。这称为实时加载,可以减少负载随时间的损失,从而使阀门的使用寿命更长。

        但有一点是活载不能克服的是不精确的压盖负荷。扭矩的不准确性仍导致填料过早失效,即使在带电负载下也是如此。

        另一个很少被谈论的问题,但在螺栓圈中众所周知的是,在现场重新施加扭矩值会增加严重的误差。干燥的抗咬合剂不具有与在湿润状态下施用时相同的弹性系数。分散很广,很难预测。人们认为,当阀门在使用时重新施加相同的扭矩值时,他们正在为阀门重新充电,但实际上应用的负载减少了50%。

        活负载

        改变填料正确装载之间的整体关系的现代技术是活负载。这也使用Belleville弹簧,但在外杯设计中切割到精确的高度。当弹簧顶部的平垫圈与杯子齐平时,这是一种确保非常精确负载的方法。

        这种简单的设计是下一代精确的阀门负载,并不依靠扭矩扳手来施加压盖负载。相反,它使用弹簧压缩。除了获得弹簧行程和延长螺栓负载损失的时间外,它还提供了在使用中实际阀门负载的视觉帮助。




外弹簧导轨可确保精确的活负载

        使用这种技术,可以检查阀门在组件开始泄漏之前是否仍然正确装载,并使用简单的套筒扳手重新加载到正确的负载(而不是扭矩)。这些弹簧组件与所有活动负载一样,必须根据阀门尺寸(阀杆直径,填料函外径,螺柱直径,间隙)和阀门的操作条件(如系统压力和温度)确定尺寸。

        通过活负载装载,工厂维护团队现在可以采用一致且可靠的方法来确保精确的填料载荷,从而减少填料故障并提高可靠性。




        “我们永远缅怀他们,我们不会忘记今晨最后看到他们的情景。他们整装待发,向我们挥手致意,然后脱离了大地执拗的束缚飞上天际,亲近上帝慈爱的面容。

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        1986年1月27日星期一,挑战者号航天飞机的机组成员已准备好发射,并小心翼翼地装载在价值数十亿美元的航天器顶部。在佛罗里达州卡纳维拉尔角的那个温暖的日子里,所有迹象都预示着“开始发射”。

        当技术人员关闭驾驶舱的门并将手柄旋转90度时,出现了问题。他们无法从门上取下手柄。没有任何拉动和推动可以解开手柄,因此洛克希德太空作业工程师要求使用电动工具来帮助拆除。




        正如全世界所看到的那样,发射台技术人员找到了电池操作的钻头和切割刀片,但是当他们到达舱门时,电钻电池电量很低,无法解决问题。这个问题越来越尴尬,占用了宝贵的时间; 将把手固定在航天飞机上的简单便宜的门闩已经成为障碍,并且正在推迟七名宇航员进入太空的发射。

        最后决定用钢锯切割手柄。一名维修工人从服务大楼跑过来,而当时里根总统正坐在椭圆形办公室里观看电视直播。最后,在被安检人员拦下后,工人乘电梯爬上了184英尺的航天飞机。他到达舱门,团队使用该工具锯断手柄,掉落在舷梯和航天飞机之间。




        到目前为止,天气预报显示风速开始超过航天飞机“恢复发射场紧急限制”的门槛。美国宇航局决定中止发射并在第二天再次尝试。

        在挑战者灾难发生前一天发生的舱口门闩故障的事故以后并未经常被提及。相反,助推火箭中的O型密封圈密封失效被称为是导致NASA太空飞行延迟数年的可怕事故的根本原因。

        然而,门闩很重要,确实导致了这次可怕的事故。正如它在航天飞机上所做的那样,门闩连接会导致工厂操作的麻烦并产生安全隐患。

        紧固阀门密封套

        工业界争论的一个主要问题是如何将螺栓载荷精确地应用于阀门填料。当过度拧紧时,阀门填料会对阀门造成严重损坏并干扰一般操作。但是如果负载太低,阀门填料将无法保持足够的密封,导致昂贵的泄漏。




        许多年前,阀门填料的安装说明中出现的术语是使用“工艺技能”。这依赖于部落知识来收紧阀门压盖但不是特别准确的测量。

        较旧的阀门填料设计具有松散的纤维芯,在某些情况下,当负载丢失时可能导致爆裂故障模式。这导致维修工人受伤,导致人们对阀门填料施加额外负荷,以防止再次发生事故。这种额外的负载通常采用管道(或加力杆)的形式来增加扳手的长度,从而拧紧压盖从动件螺栓。这会产生极端的压盖力,从而对阀门的操作造成严重破坏。

        阀门填料螺栓上的压盖负荷过大可能引起三个主要问题:

        压盖弯曲

        螺栓上的应力会导致压盖弯曲和扭曲,因此它们不会与填料函垂直。这种变形还会导致压盖从动件不能自由地移动到填料函中,从而导致负载和故障的损失。

        阀杆弯曲

        由于压盖过大,填料会增加填料摩擦力,从而无法使用手轮来操作阀门。绕过这个问题的一种方法是在手轮上使用加力杆以增加力并使杆移动。但是通过增加支点距离所施加的载荷可能非常强,以至于它们超过了杆的屈服强度并导致其弯曲。弯曲的阀杆会产生严重的阀门可操作性问题和严重的泄漏,因为填料需要补偿直径的变化。

        阀座泄漏

        当在手轮上使用加力杆时,撞击阀座以关闭阀门的力量通常超过设计工程师计算的数量。这种增加的力可能超过阀座材料的限制,产生裂缝,导致内部泄漏。

        在1980年代,电力研究所(EPRI)的任务是降低核电厂计划外维护的频率。他们标记的一个问题是由于阀门泄漏而造成的大量发电损失。通过研究,EPRI显示了正确装载对于延长填料使用寿命的重要性。他们得出的结论是,使用“工艺技巧”方法会导致很大的百分比分散精度。

        扭矩

        具有里程碑意义的EPRI报告之后的一个具体变化是使用扭矩扳手施加压盖负荷。扭矩操作的阀门开始成为常态,并写入填料程序,培训手册和教科书。扭矩改变了行业,但它也有其缺点。研究表明,使用扭矩扳手施加载荷的精度仅为约30%。这些研究的主要问题是它们使用的螺栓状况良好并且采用了良好的螺栓连接方式(平垫圈,螺纹条件,防卡等)。这通常不是现实世界中的惯例。




        如果没有这些做法,通常会在扭矩扳手中看到误报,并导致施加不准确的负载。螺栓状况也是可能导致误报的问题之一,确保填料正确加载的唯一方法之一是在现场重新包装时更换螺柱。像新螺栓或旧螺栓上的弯曲螺纹那样简单的东西可以给出紧密螺栓的错觉,而不会对压盖施加任何负荷。

        阀门填料是阀门中的易损件。即使精确装填填料,随着阀门打开和关闭,随着时间的推移,填料会失去体积并巩固。这种形状的减少将使压盖移动到填料函中以消除这种损失。

        拉伸一小段距离的螺栓会松动,从而降低填料上的压盖力。每次阀门启动时都会发生这种效应。这种负载损失是隐藏的。

        围绕EPRI报告开始的一项技术是使用Belleville弹簧组,可以添加到阀门上的螺栓上,从而在接头中产生更多的行程。这称为实时加载,可以减少负载随时间的损失,从而使阀门的使用寿命更长。

        但有一点是活载不能克服的是不精确的压盖负荷。扭矩的不准确性仍导致填料过早失效,即使在带电负载下也是如此。

        另一个很少被谈论的问题,但在螺栓圈中众所周知的是,在现场重新施加扭矩值会增加严重的误差。干燥的抗咬合剂不具有与在湿润状态下施用时相同的弹性系数。分散很广,很难预测。人们认为,当阀门在使用时重新施加相同的扭矩值时,他们正在为阀门重新充电,但实际上应用的负载减少了50%。

        活负载

        改变填料正确装载之间的整体关系的现代技术是活负载。这也使用Belleville弹簧,但在外杯设计中切割到精确的高度。当弹簧顶部的平垫圈与杯子齐平时,这是一种确保非常精确负载的方法。

        这种简单的设计是下一代精确的阀门负载,并不依靠扭矩扳手来施加压盖负载。相反,它使用弹簧压缩。除了获得弹簧行程和延长螺栓负载损失的时间外,它还提供了在使用中实际阀门负载的视觉帮助。




外弹簧导轨可确保精确的活负载

        使用这种技术,可以检查阀门在组件开始泄漏之前是否仍然正确装载,并使用简单的套筒扳手重新加载到正确的负载(而不是扭矩)。这些弹簧组件与所有活动负载一样,必须根据阀门尺寸(阀杆直径,填料函外径,螺柱直径,间隙)和阀门的操作条件(如系统压力和温度)确定尺寸。

        通过活负载装载,工厂维护团队现在可以采用一致且可靠的方法来确保精确的填料载荷,从而减少填料故障并提高可靠性。




        “我们永远缅怀他们,我们不会忘记今晨最后看到他们的情景。他们整装待发,向我们挥手致意,然后脱离了大地执拗的束缚飞上天际,亲近上帝慈爱的面容。

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