涂政

關(guān)鍵詞：艦船;外螺紋舷側(cè)閥;優(yōu)化改進(jìn)

0引言

艦船用外螺紋舷側(cè)閥應(yīng)用于管路系統(tǒng)穿過艦船的舷側(cè)部位，是艙內(nèi)管路與舷外連通的第一道閉鎖，內(nèi)部流通介質(zhì)為淡水和海水。目前我國艦船普遍使用的外螺紋舷側(cè)閥采用的是《帶底部法蘭外螺紋青銅直角截止閥（CB598-90）》，如圖1所示，是一種典型的截止閥，其安裝結(jié)構(gòu)形式為法蘭式安裝，通過旋轉(zhuǎn)手輪，使閥桿帶動(dòng)閥瓣沿閥座（密封面）軸線作升降運(yùn)動(dòng)，從而開啟和關(guān)閉管路系統(tǒng)。該閥常用于艦船4MPa中壓淡水系統(tǒng)、海水系統(tǒng)及溫度t≤<250℃的蒸汽系統(tǒng)，其基本參數(shù)為：公稱壓力P=4 MPa;公稱通徑D=10～32mm;閥體、閥桿材料為QA19-2鋁青銅。該閥的閥桿通常采用填料密封，填料函與閥體之間采用橡膠墊片密封，閥瓣采用硬密封形式。填料密封材料選用的是碳化纖維（T2102，JB/T6627-1993），密封墊片的材料選用的是耐酸堿橡膠（HG4-400-66）。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)和維修方便。但在長期使用中也存在一些問題，如：手輪操作力矩大;閥桿采用填料函密封，長期工作后密封性能差;另外該閥的設(shè)計(jì)工作壓力小，不能滿足艦船上部分較高壓力的管道系統(tǒng)。

為解決長期困擾使用的問題，結(jié)合自身工作實(shí)踐，提出如下優(yōu)化方案和改進(jìn)措施，以提高艦船用外螺紋舷側(cè)閥的可靠性和使用壽命。

1優(yōu)化密封形式

為了提高密封性能，采用雙密封，保證在其中一種密封失效的情況下，仍有一種密封可以正常使用，從而提高密封的可靠性。通過該閥整體密封結(jié)構(gòu)由下而上分析，主密封面仍采用平面硬密封的形式，閥桿底平面加工成凹臺(tái)，減少平面硬密封的接觸面積，如圖2所示。閥桿密封由原來的填料密封形式，優(yōu)化為采取雙道O形密封圈和3道填料密封相結(jié)合的形式，如圖3所示。填料函與閥體之問的密封由原來的橡膠墊片密封形式，優(yōu)化為采用橡膠墊片和紫銅墊片雙密封的形式，如圖4所示。

1.1主密封形式的特點(diǎn)

主密封為閥桿的底平面與閥體平面硬密封的結(jié)構(gòu)形式，閥桿底部加工成凹臺(tái)。閥桿和閥體為鋁青銅材料，材質(zhì)較軟，經(jīng)過長期的使用，管路系統(tǒng)混入較硬的雜質(zhì)，在閥開啟或關(guān)閉過程中，雜質(zhì)破壞了主密封平面，導(dǎo)致密封失效。這時(shí)可修磨閥桿底平面和閥體平面的損傷處，閥桿底部加工成凹臺(tái)能減少閥桿底部密封面的研磨量，降低修理時(shí)問和提高工藝性能。

1.2閥桿雙密封形式的特點(diǎn)

閥桿雙密封使水下維修更方便更安全。CB598-90截止閥的水下維修主要靠手輪在完全打開的時(shí)候，閥瓣上端面的錐面與填料函下端面的錐面之間的硬密封來實(shí)現(xiàn)填料的更換;而采取雙道O形密封圈和3道填料密封相結(jié)合的形式，通過雙道O形密封圈進(jìn)行密封，以實(shí)現(xiàn)填料的更換;當(dāng)填料函上的O形密封圈密封失效時(shí)，可通過壓緊填料的方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急密封。

1.3填料函與閥體雙密封形式的特點(diǎn)

填料函與閥體之間為螺紋連接，在閥件開啟和關(guān)閉過程中，保證該處的螺紋密封。填料函與閥體的螺紋采用橡膠墊片密封，在該處密封失效時(shí)，填料函與閥體之間的紫銅墊片仍可以有效密封。

2優(yōu)選密封材料

2.1 O形密封圈材質(zhì)的選擇

常用的O形密封圈材料為丁晴橡膠，根據(jù)以往的使用經(jīng)驗(yàn)，該材料在使用中容易出現(xiàn)永久變形和老化問題，不能滿足使用要求。而優(yōu)選氟橡膠材質(zhì)的O形密封圈，氟橡膠耐海水、海洋性大氣及溫度急劇變化和沖蝕環(huán)境的性能都遠(yuǎn)優(yōu)于丁晴橡膠，使用年限可達(dá)5年以上，丁晴橡膠與氟橡膠材料檢測(cè)的性能數(shù)據(jù)比較如表1所示。由表可知，氟橡膠耐腐蝕、抗老化等性能明顯優(yōu)于丁晴橡膠，為此應(yīng)優(yōu)選氟橡膠作為O形密封圈的材料。

2.2非金屬密封材質(zhì)的選擇

非金屬密封件包括填料函中的填料和填料函與閥體之間的橡膠墊片，它們都需要具有耐高溫、防腐蝕和高密封等特點(diǎn)。

查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三卷可知，該閥件的填料宜采用柔性石墨編織填料（JB/T7370-1994），牌號(hào)為RBTN2-600。該材質(zhì)的填料使用溫度可達(dá)450600℃，使用壓力可達(dá)20MPa，滿足耐火和工作壓力要求。

填料函與閥體之問的橡膠墊片的材質(zhì)優(yōu)選特殊氟橡膠，不僅抗壓強(qiáng)度較高、耐腐蝕性強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、耐磨性好、抗蠕變，而且減振和耐火性能優(yōu)越，能長期在海洋環(huán)境條件下使用。

3優(yōu)選閥體材料

閥體材料采用高錳鋁青銅材料ZCuA18Mn13Fe3Ni2替代截止閥通常采用的QA19-2鋁青銅。這兩種材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表2～3所示。

通過比較，高錳鋁青銅材料ZCuAl8Mn13Fe3Ni2相比鋁青銅ZQA19-2，其強(qiáng)度更高，力學(xué)性能更優(yōu)，耐腐蝕性能更好，能夠適用于較高壓力的液壓管路系統(tǒng)。

4優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式

4.1優(yōu)化閥桿傳動(dòng)形式。

將閥桿和閥瓣一體化結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化分解為閥桿結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，閥桿結(jié)構(gòu)只作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，能很好地解決閥桿旋轉(zhuǎn)和上下兩種運(yùn)動(dòng)對(duì)O形密封圈壽命的影響。閥桿的長度尺寸減小，剛度提高，不易變形，且有效地減小了手輪操作力矩。

4.2優(yōu)化鎖緊形式

壓蓋與填料函、填料函與閥體之間均采用螺紋鎖緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，拆裝方便。

4.3優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)

閥體流道采用機(jī)加工成形，除密封面外，尖角處盡量倒圓角，使流道平滑過渡，減少流阻系數(shù)。在保證閥件高度和重量的前提下將開度由16調(diào)整為18，能夠降低流阻系數(shù)。

5結(jié)束語

通過優(yōu)化密封形式、優(yōu)選密封材料和閥體材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)和制造出改進(jìn)的外螺紋舷側(cè)閥，經(jīng)過實(shí)船應(yīng)用，有效解決了當(dāng)前艦船采用CB598-90截止閥設(shè)計(jì)和制造出來的外螺紋舷側(cè)閥常出現(xiàn)的問題，從而降低了發(fā)生故障的機(jī)率，減少了修理時(shí)間，提高了外螺紋舷側(cè)閥的可靠性和使用壽命。