某型通氣管升降裝置的特點分析及改進建議

顏少平

(海軍駐武漢四六一廠軍事代表室，湖北武漢430084)

1 某型通氣管升降裝置的組成及工作原理

某型通氣管升降裝置主要承擔常規潛艇處于水面及通氣管狀態航行時向柴油發電機艙和全船通風系統供給空氣的任務，因此，該裝置在潛艇中所處的地位和重要性是不言而喻的。

通氣管升降裝置主要由浮閥、導向圍阱、活動空氣圍阱、固定空氣圍阱、液壓升降機、圍阱接管、制動器裝置和下部燈光信號等部件組成，如圖1所示。其工作原理為:單作用液壓升降機6借助全船液壓系統壓力總管提供的壓力油，經電液換向閥、固定液缸進入活動液缸，升起活動空氣圍阱4，將裝置核心部件浮閥1升起到預定位置;工作任務完畢后，依靠裝置自重下降復位;裝置的升起和下降到位與否借助燈光信號8來顯示。浮閥能在浪來時關閉，浪退時開啟，并能在規定水壓作用下自動開啟，以完成向發電機艙和通風系統供應空氣的任務。

圖1 某型通氣管升降裝置組成結構圖

2 通氣管升降裝置的特點分析

通氣管升降裝置結構的主要特點為:

(1)進氣圍阱直徑有所增加，結構更趨合理。通氣管升降裝置是潛艇動力裝置進氣系統的重要組成部分。通氣管進氣圍阱直徑的大小，直接影響著艇內機艙的真空度。而真空度的大小除影響艇員的工作和生活外，還關系著潛艇柴油機功率的發揮。通氣管直徑過大或過小都是不合適的，通氣管進氣圍阱直徑大小的確定原則應該是在滿足柴油機發揮出所要求的功率前提下，盡可能選擇較小的進氣直徑，以滿足總體及實際需要。該型通氣管，在充分考慮各方面因素的情況下確定了合適的進氣通徑。據此設計制造的活動空氣圍阱、導向圍阱殼體、固定空氣圍阱的直徑均較其他型通氣管直徑有所改進，設計和使用效率更趨合理。另外，根據動力系統的要求，固定空氣圍阱上的2個進氣肘管相連的法蘭孔合二為一，并下傾30°與進氣肘管相連，空氣流道更為流暢，結構更趨合理。

(2)水面航行狀態和通氣管航行狀態時的進氣通道合二為一，減少了水面航行狀態時通氣管裝置的升起。在設計和制造中，在充分考慮了導向圍阱對活動空氣圍阱升降時的導向作用以及導向圍阱的支撐強度后，根據圍殼的結構和行程要求，合理調整活動空氣圍阱和固定空氣圍阱的高度。同時，將固定空氣圍阱上的進氣肘管法蘭孔下降一定的高度，減少了裝置下降時活動空氣圍阱對進氣肘管的遮擋。由于固定空氣圍阱直徑較大，不會對貯水空間產生大的影響。這樣，當潛艇在水面航行狀態和碼頭充電時，能在不升起通氣管裝置的情況下，保證通氣管對機艙和通風系統的正常供氣，簡化了操作，實現了潛艇水面航行狀態和通氣管航行狀態進氣通道的合二為一。

(3)包含閥盤等活動部件在內的浮子具有較小的自重與浮力比，提高了浮閥啟閉的靈敏度。從浮閥的作用和工作原理上看，在設計和制造中應趨向于增大浮子尺寸，減少浮子(含閥盤等活動部件)的重量，力求較小的自重和浮力比，增加浮閥開啟的靈敏度。通過對該型機械式浮閥的結構形式和工作原理進行分析，浮閥開啟的靈敏度主要取決于以下幾個方面的因素:浮子(含閥盤)的自重;浮子有效排水體積形成的浮力;浮閥浸水后浮子肩部及閥盤處形成的上下壓差;浮子與閥桿的滑動摩擦力。該型裝置在設計和制造中，適當加大了浮子的尺寸。通過優化設計計算，實現了較小的浮子自重與浮力比，提高了浮閥開啟的靈敏度，保證進氣通暢。

(4)通過合理的隱身設計，增強了隱蔽性。潛艇裝備了通氣管升降裝置以后，在通氣管狀態航行時的目標要比浮出水面航行時小得多，所以大大提高了潛艇的隱蔽性。但潛艇在通氣管狀態航行時升起通氣管裝置，它又是敵方雷達發現我方潛艇的主要散射源之一。所以，該型裝置的浮閥外表面涂刷雷達吸波涂料，減少了雷達波反射面積，提高了其隱蔽性。

3 存在的問題

盡管該型通氣管升降裝置在結構、設計、制造和使用中表現出諸多優良的性能，但通過實際操作、維護、保養，發現該裝置也存在一些有待進一步改進和完善的方面，主要表現為:

(1)該裝置的浮閥殼體為普通碳鋼焊接件，雖然采取了必要的防腐措施，但完全在海洋環境中使用，浮閥殼體表現出耐海水腐蝕能力明顯不足的現象，影響該裝置的使用壽命和安全。浮閥殼體腐蝕嚴重并爛穿后，當潛艇由水面狀態或通氣管航態下潛時，浮子不能形成有效的上下壓力差，浮閥不能在規定的浸水深度自動開啟，將導致通氣管裝置活動空氣圍阱、固定圍阱不能及時充水。由于通氣管裝置的活動圍阱、固定圍阱均不是耐壓件，過高的水壓會使圍阱受壓變形，導致升降機構運動卡滯進而影響浮閥的開啟功能。

(2)浮閥浮子及閥盤的密封是由安裝在柵條及浮閥殼體上的2件J型密封圈來保證的。J型密封圈的材料為普通丁腈橡膠，耐海水性能差。經長期使用，密封圈老化后其硬度發生了變化，影響浮子及閥盤在浸水后壓差的建立，進而改變了浮閥浸水后自動開啟的深度，影響其定深開啟的工作性能，存在一定的安全隱患。

(3)浮閥是通氣管升降裝置的核心部件，安裝在活動空氣圍阱的頂部，當潛艇在通氣管狀態航行時，活動空氣圍阱在液壓機的作用下將浮閥頂升起至工作位置。但活動空氣圍阱露出水面部分有一定的高度，且活動空氣圍阱的直徑較大，較大面積的圍阱裸露在水面上必將導致潛艇的隱蔽性下降。

(4)該型通氣管升降裝置在通氣管航態時，以較短的行程升起浮閥，為柴油機發電提供空氣。受較短伸距的限制，潛艇圍殼部分浸水深度淺，在大浪情況下，浪峰時浮閥關閉，影響通氣管的正常工作;浪谷時，又可能會造成潛艇圍殼露出水面，對潛艇的隱蔽性造成很大的影響。

4 改進建議

通過對該裝置特點及存在問題的分析，提出的有針對性地改進建議如下:

(1)改進浮閥殼體的材料。從該型裝置的使用和修理情況來看，浮閥殼體銹蝕嚴重，但不銹鋼浮子整體情況良好，反映出該浮子材料良好的抗海水腐蝕性能。建議浮閥殼體采用不銹鋼板制作，可具備與浮子相同的抗腐蝕性能。但在制造過程中，應注意不銹鋼與碳鋼的區別。不銹鋼材料強度高，焊接應力較大，結構件制作完畢后應進行有效的退火處理，消除焊接應力，減少或消除浮閥殼體加工后或使用中的變形，以保證安全性。

(2)改進浮閥的密封結構。浮閥上所使用的J型密封圈，長期浸泡在海水中，不可避免會出現硬化的現象，隨著使用時間的加長，導致浮閥開啟深度的改變。建議改進浮閥的結構形式:柵條和圍欄環采用金屬刃口與閥盤和浮子密封。這樣，當潛艇下潛時，能在浮子上形成穩定的壓力差，而浮子自重和浮力是不變的，可以保證浮子長期穩定的開啟深度。

(3)改進活動空氣圍阱露出水面后雷達波的反射面積，增強隱蔽性。活動空氣圍阱表面分布有4塊金屬導向板，其與導向圍阱殼體內的導板形成導向摩擦副。建議在活動空氣圍阱表面4塊導板的空檔處涂刷雷達吸波層，導板處涂刷耐磨層(耐磨層需進行機加工)和吸波層，不但可保證導向作用，還可以大大減小裝置露出水面部分雷達波的發射面積，進而增強隱蔽性。

(4)改進通氣管升降裝置的行程，進一步提高隱蔽性。增加裝置的行程，可加大潛艇通氣管航態時的潛深，也可提高潛艇的隱身性能。如能將該裝置活動空氣圍阱的行程適當增加，則潛艇在通氣管狀態航行時，可在現有的基礎上再下潛相當的深度，可進一步提高潛艇通氣管航態時的隱蔽性。現有狀態下，通氣管行程的加長，使活動空氣圍阱的加長。當裝置下降到位后，過長的活動空氣圍阱會對固定空氣圍阱的進氣肘管造成遮擋，使得潛艇在碼頭系泊狀態時，在不升起通氣管的狀態下，不能向潛艇機艙供氣。為此，可將活動空氣圍阱設計成階梯狀圓柱結構，上半部分結構形式與原結構一致，為耐壓密封結構;下半部分在圓柱面合適位置開孔，當活動空氣圍阱降下時，該孔與固定圍阱進氣肘管重合。這樣，既加大了潛艇通氣管航態的潛深，有利于增加隱蔽性，又具備水面航態或碼頭系泊狀態時不升起升降裝置仍可向機艙供氣的功能。