李 慧，孔德斌，朱曉驊

（1.上海空間推進研究所，上海 201112；2.上?？臻g發(fā)動機工程技術研究中心，上海 201112）

武器儲箱加注一般使用M16 接頭和金屬波紋軟管，在加注過程中，需對多個儲箱進行加注[1]。當對不同的儲箱加注時，管路必須重新清洗與吹除。在加注管路清洗過程中，應使用去離子水、酒精依次對其進行清洗，然后將其吹除[2]。由于管路的端口為M16 螺紋端口，口徑較小，使得液體注入難度較大[3]。金屬波紋軟管內部結構呈波紋狀，容易在死角位置存留多余物，清洗方面存在困難[4]。

目前，通常清洗航天用金屬波紋軟管的方法為：將去離子水、酒精直接依次注入加注管路。當在航天發(fā)射場對加注管路進行清洗時，將去離子水、酒精直接注入管路相對困難，且會外漏造成大量浪費，不容易將波紋軟管中死角處多余物清洗干凈。在清洗完成后，需將管路接入氮氣口進行吹除，工藝程序較為繁瑣且效率極低[5]。

針對現有技術中的缺陷，設計了一種航天用金屬波紋軟管清洗吹除一體化裝置。該裝置主要用于清洗及吹除管路，易于將去離子水及酒精快捷、準確地注入管路中，方便操作人員進行管路死角多余物的徹底清洗。同時，也可節(jié)約大量的去離子水和酒精，降低經濟成本及人工成本。此外，無需在清洗完成后再將管路接入氮氣口進行吹除，省卻了復雜的操作步驟，達到了管路清洗、吹除自動一體化的目的。

1 裝置整體設計方案

航天用金屬波紋軟管清洗吹除一體化裝置的結構示意圖如圖1 所示，主要包括儲液管（1）、注入管（2）、氣體導入管（3）、PLC 控制板（7）及振動裝置（6）。儲液管包括提供清潔用液體加注的進口端以及儲存一定量的清洗用液體的中間部，儲液管的另一端口與注入管連通。注入管作為待清洗的金屬波紋軟管與待清洗液和吹除氣體連通的輸送通道，另一端口與待清洗的金屬波紋軟管連通，注入管的中間部分與氣體導入管連通。儲液管與注入管的連通、注入管與氣體導入管的連通以及注入管與待清洗的金屬波紋軟管的連通均可通過螺紋的連接方式實現密封連接。

圖1 航天用金屬波紋軟管清洗吹除一體化裝置結構示意圖

在儲液管與注入管連通點和注入管與氣體導入管連通點的兩點之間安裝有第一閥門（4），用于控制儲液管內的液體是否通過注入管進入金屬波紋軟管內。在氣體導入管上設置有第二閥門（5），用于控制氮氣是否通過注入管進入金屬波紋軟管內。兩閥門的選擇類型均為電磁閥。

2 裝置主要組成部分

2.1 儲液管

儲液管設計為錐體結構段，其清潔液加注的一端的端口口徑較大，與注入管連通的一端口徑較小，可通過錐形結構的儲液管自動實施增壓。打開第一閥門后，清潔液體能夠以一定的壓力通過注入管進入金屬波紋軟管內，帶有壓力的清潔液體可進一步提高對金屬波紋軟管的清洗效果，同時配合PLC 控制板對第一閥門的間隔開啟與關閉，實施對金屬波紋軟管脈沖式的帶壓清洗，大幅度提高清洗效果，縮短清洗時間。

儲液管分為直管段（11）和錐管段（12），見圖1。直管段為柱形管，高度大于錐管段。通過控制直管段與錐管段的高度比，可達到相應的壓力要求，相對于儲液管整體為錐體結構，可降低儲液管的體積。

在直管段清洗液加注端口設置有密封蓋（110），其上設置有密封口（1101），關閉時呈密封狀態(tài)，如圖1 所示。密封口不僅用于提供清洗液的進入口，還設置有氣體導入插口。通過密封口加入清洗液后閉合，同時通過設置于密封口上的氣體導入插口連通外部氣源后，給儲液管加壓，使其保持一定壓力，為0.1-1.3MPa。直管段上設置密封蓋，在密封蓋的密封口上設有氣體導入插口，使得儲液管可在縮短直管段高度的情況下達到相應的壓力，而且壓力能夠在整個清洗過程中保持持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，確保清洗效果的穩(wěn)定可控，且能夠進一步縮小儲液管的體積。

2.2 PLC 控制板

航天用金屬波紋軟管清洗吹除一體化裝置還設置有PLC 控制板，對閥門的開合進行控制，分別與第一閥門、第二閥門、振動裝置中的兩位五通閥電連接。上位機上編寫的控制時序下載到PLC 控制板上，通過運行控制程序驅動閥門工作，實現對閥門的自動控制[6]。

PLC 控制板對第一閥門可進行間隔時間段的反復開啟與關閉，啟閉的時間間隔越小，清洗效果相應越佳，清洗作業(yè)所需的時間也就越短。為此，儲液管內的清洗液將以脈沖的形式對金屬波紋軟管進行清洗，進一步提高清洗效果，且能縮短清洗時間，提高清洗效率。

2.3 振動裝置

在航天用金屬波紋軟管清洗吹除一體化裝置中增加振動裝置，用于與待清洗吹除的金屬波紋軟管連接，可實現對金屬波紋軟管的抖動效應。

振動裝置為可伸縮的氣缸，PLC 控制板通過兩位五通閥實現對振動裝置即氣缸活塞的循環(huán)往復運動。金屬波紋軟管固定于活塞桿的一端，可直接將金屬波紋軟管卡在氣缸活塞桿的卡槽位置。通過氣缸中活塞的運動，帶動金屬波紋軟管抖動，促進清洗過程中金屬波紋軟管死角處多余物的排出，最大程度上達到對金屬波紋軟管清洗徹底的技術效果，進一步縮短清洗作業(yè)的時間，提高清洗作業(yè)效率。該振動裝置在去離子水清洗、酒精清洗以及吹除步驟中均可同時開啟。

3 裝置使用方法

航天用金屬波紋軟管清洗吹除方法流程如圖2 所示。

圖2 航天用金屬波紋軟管清洗吹除方法流程圖

3.1 管路安裝步驟

將金屬波紋軟管與注入管連通，將振動裝置與金屬波紋軟管連接。

3.2 去離子水清洗步驟

操控PLC 控制板，使第一閥門及第二閥門呈關閉狀態(tài)。將去離子水加入至儲液管內后，直管段的剩余高度為其高度的1/4-1/3。直管段內剩余的高度空間用于充入氣體進行增壓，通過密封口處充入增壓氮氣，使儲液管內保持0.1-0.3MPa 的穩(wěn)定壓力，確保清洗效果。

通過PLC 板控制第一閥門的啟閉，對金屬波紋軟管進行清洗，開啟與關閉的時間間隔為0.1-1s。同時，可通過PLC 板啟動振動裝置，使金屬波紋軟管在清洗過程中處于抖動狀態(tài)。

3.3 酒精清洗步驟

使用去離子水清洗完畢后，重復去離子水清洗步驟中的相應操作，使用酒精對清洗金屬波紋管進行清洗。

3.4 吹除步驟

通過PLC 控制板關閉第一閥門，打開第二閥門，通過氣體導入管導入氣體對待清洗金屬波紋管進行吹除操作，完成金屬波紋管的清洗吹除作業(yè)。在吹除過程中，可通過PLC 控制板開啟振動裝置，使金屬波紋軟管在吹除過程中呈抖動狀態(tài)，提高吹除效果。

此外，在去離子水清洗與酒精清洗兩步驟均可與吹除步驟相混合進行。例如，在使用去離子水清洗步驟中，清洗與吹除兩步驟循環(huán)操作。即打開第一閥門清洗0.5s后關閉第一閥門，打開第二閥門使用氮氣吹除0.5s 后關閉第二閥門，再打開第一閥門清洗0.5s，之后再關閉第一閥門，打開第二閥門進行吹除，清洗與吹除兩步驟循環(huán)一定次數后完成去離子水清洗步驟。同樣地，酒精清洗步驟可與去離子水清洗步驟基本相同，僅是在循環(huán)一定次數后，最后收尾步驟為吹除步驟。在清洗過程中加入吹除，能夠提高清洗效果，整體上縮短清洗時間，提高清洗與吹除整流程的作業(yè)效率。

4 顆粒度測試結果

為得到航天用金屬波紋軟管清洗吹除的最優(yōu)方法，采用Abakus Mob 便攜式氣體顆粒度檢測儀對本裝置的四種不同的使用方法步驟分別進行檢測（其他條件保持一致），結果如表1 所示。

由表1 可得，四種不同方法的測試結果中含雜質的顆粒度均小于10μm，優(yōu)于標準要求[7]。

表1 航天用金屬波紋軟管清洗吹除四種不同方法的顆粒度分布

對比方法1 和方法2 可知，方法2 的測試結果中直徑為0.5μm 的顆粒為65 個，直徑為3μm 的顆粒為3 個，顆粒度數量少于方法1 中的測試結果。這是因為，清洗與吹除交替進行時，可使管路死角中的多余物加速排出，且能節(jié)省清洗液用量。由此可得，使用方法2，即清洗與吹除交替進行的效果比方法1 的效果要好。

對比方法1 和方法3 可得，方法3 的測試結果中直徑為0.5μm 的顆粒為25 個，直徑為3μm 的顆粒為0 個，優(yōu)于方法1 中的測試結果。這是因為，增加振動裝置可促進金屬波紋軟管死角中多余物的排出，增強對金屬波紋軟管的清洗能力。由此可知，通過方法3，即清洗結束后吹除且全過程均增加振動裝置，可顯著改善對金屬波紋軟管的清洗吹除的整體效果。

對比方法2 和方法4 可知，方法4 的測試結果中直徑為0.5μm 的顆粒為8 個，直徑為3μm 的顆粒為0 個，優(yōu)于方法2 中的測試結果。由此證明，采用方法4，即清洗與吹除交替進行時全過程均增加振動裝置，可大大增強對管路的清洗吹除效果。

對比方法3 和方法4 可得，方法4 的測試結果中直徑為0.5μm 的顆粒為8 個，優(yōu)于方法3 中直徑為0.5μm的顆粒為25 個的結果。由此說明，利用方法4，即清洗與吹除交替進行時全過程均增加振動裝置，效果較優(yōu)。

通過以上四種不同方法的顆粒度測試可得，選用方法4，即清洗與吹除交替進行時全過程均增加振動裝置，效果最佳。

5 結論

通過對金屬波紋軟管清洗與吹除的一體化設計，解決了現有技術中清洗與吹除兩裝置分開導致的工藝程序繁瑣以及效率低下的問題。通過調控閥門，不但可在金屬波紋軟管清洗結束后進行吹除，而且在使用去離子水清洗后即可進行吹除操作，進而再進行酒精清洗，待酒精清洗后再進行吹除操作，進一步提高清洗效果的同時，縮短清洗與吹除的時間；通過對儲液管結構的優(yōu)化與改進，對金屬波紋軟管實施脈沖式的帶壓清洗，進一步提高清洗效果，縮短清洗時間，提高清洗與吹除作業(yè)的整體效率；通過增加振動裝置，促進金屬波紋軟管死角中多余物的排出，增強對金屬波紋軟管的清洗效果。