艦船用外螺紋舷側閥優化改進

涂政

關鍵詞：艦船;外螺紋舷側閥;優化改進

0引言

艦船用外螺紋舷側閥應用于管路系統穿過艦船的舷側部位，是艙內管路與舷外連通的第一道閉鎖，內部流通介質為淡水和海水。目前我國艦船普遍使用的外螺紋舷側閥采用的是《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，其安裝結構形式為法蘭式安裝，通過旋轉手輪，使閥桿帶動閥瓣沿閥座（密封面）軸線作升降運動，從而開啟和關閉管路系統。該閥常用于艦船4MPa中壓淡水系統、海水系統及溫度t≤<250℃的蒸汽系統，其基本參數為：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）。該閥結構簡單，維護和維修方便。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;另外該閥的設計工作壓力小，不能滿足艦船上部分較高壓力的管道系統。

為解決長期困擾使用的問題，結合自身工作實踐，提出如下優化方案和改進措施，以提高艦船用外螺紋舷側閥的可靠性和使用壽命。

1優化密封形式

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構由下而上分析，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，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，優化為采取雙道O形密封圈和3道填料密封相結合的形式，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

主密封為閥桿的底平面與閥體平面硬密封的結構形式，閥桿底部加工成凹臺。閥桿和閥體為鋁青銅材料，材質較軟，經過長期的使用，管路系統混入較硬的雜質，在閥開啟或關閉過程中，雜質破壞了主密封平面，導致密封失效。這時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能減少閥桿底部密封面的研磨量，降低修理時問和提高工藝性能。

1.2閥桿雙密封形式的特點

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現填料的更換;而采取雙道O形密封圈和3道填料密封相結合的形式，通過雙道O形密封圈進行密封，以實現填料的更換;當填料函上的O形密封圈密封失效時，可通過壓緊填料的方式實現應急密封。

1.3填料函與閥體雙密封形式的特點

填料函與閥體之間為螺紋連接，在閥件開啟和關閉過程中，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，填料函與閥體之間的紫銅墊片仍可以有效密封。

2優選密封材料

2.1 O形密封圈材質的選擇

常用的O形密封圈材料為丁晴橡膠，根據以往的使用經驗，該材料在使用中容易出現永久變形和老化問題，不能滿足使用要求。而優選氟橡膠材質的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境的性能都遠優于丁晴橡膠，使用年限可達5年以上，丁晴橡膠與氟橡膠材料檢測的性能數據比較如表1所示。由表可知，氟橡膠耐腐蝕、抗老化等性能明顯優于丁晴橡膠，為此應優選氟橡膠作為O形密封圈的材料。

2.2非金屬密封材質的選擇

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。

查《機械設計手冊》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），牌號為RBTN2-600。該材質的填料使用溫度可達450600℃，使用壓力可達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優選特殊氟橡膠，不僅抗壓強度較高、耐腐蝕性強、摩擦系數小、耐磨性好、抗蠕變，而且減振和耐火性能優越，能長期在海洋環境條件下使用。

3優選閥體材料

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。這兩種材料的化學成分及力學性能如表2～3所示。

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

4優化結構形式

4.1優化閥桿傳動形式。

將閥桿和閥瓣一體化結構形式優化分解為閥桿結構和轉軸結構，閥桿結構只作上下往復運動，能很好地解決閥桿旋轉和上下兩種運動對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，結構簡單、可靠，拆裝方便。

4.3優化流道結構

閥體流道采用機加工成形，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。在保證閥件高度和重量的前提下將開度由16調整為18，能夠降低流阻系數。

5結束語

通過優化密封形式、優選密封材料和閥體材料、優化結構形式，設計和制造出改進的外螺紋舷側閥，經過實船應用，有效解決了當前艦船采用CB598-90截止閥設計和制造出來的外螺紋舷側閥常出現的問題，從而降低了發生故障的機率，減少了修理時間，提高了外螺紋舷側閥的可靠性和使用壽命。