舰船用外螺纹舷侧阀优化改进

涂政

关键词：舰船;外螺纹舷侧阀;优化改进

0引言

舰船用外螺纹舷侧阀应用于管路系统穿过舰船的舷侧部位，是舱内管路与舷外连通的第一道闭锁，内部流通介质为淡水和海水。目前我国舰船普遍使用的外螺纹舷侧阀采用的是《带底部法兰外螺纹青铜直角截止阀（CB598-90）》，如图1所示，是一种典型的截止阀，其安装结构形式为法兰式安装，通过旋转手轮，使阀杆带动阀瓣沿阀座（密封面）轴线作升降运动，从而开启和关闭管路系统。该阀常用于舰船4MPa中压淡水系统、海水系统及温度t≤<250℃的蒸汽系统，其基本参数为：公称压力P=4 MPa;公称通径D=10～32mm;阀体、阀杆材料为QA19-2铝青铜。该阀的阀杆通常采用填料密封，填料函与阀体之间采用橡胶垫片密封，阀瓣采用硬密封形式。填料密封材料选用的是碳化纤维（T2102，JB/T6627-1993），密封垫片的材料选用的是耐酸碱橡胶（HG4-400-66）。该阀结构简单，维护和维修方便。但在长期使用中也存在一些问题，如：手轮操作力矩大;阀杆采用填料函密封，长期工作后密封性能差;另外该阀的设计工作压力小，不能满足舰船上部分较高压力的管道系统。

为解决长期困扰使用的问题，结合自身工作实践，提出如下优化方案和改进措施，以提高舰船用外螺纹舷侧阀的可靠性和使用寿命。

1优化密封形式

为了提高密封性能，采用双密封，保证在其中一种密封失效的情况下，仍有一种密封可以正常使用，从而提高密封的可靠性。通过该阀整体密封结构由下而上分析，主密封面仍采用平面硬密封的形式，阀杆底平面加工成凹台，减少平面硬密封的接触面积，如图2所示。阀杆密封由原来的填料密封形式，优化为采取双道O形密封圈和3道填料密封相结合的形式，如图3所示。填料函与阀体之问的密封由原来的橡胶垫片密封形式，优化为采用橡胶垫片和紫铜垫片双密封的形式，如图4所示。

1.1主密封形式的特点

主密封为阀杆的底平面与阀体平面硬密封的结构形式，阀杆底部加工成凹台。阀杆和阀体为铝青铜材料，材质较软，经过长期的使用，管路系统混入较硬的杂质，在阀开启或关闭过程中，杂质破坏了主密封平面，导致密封失效。这时可修磨阀杆底平面和阀体平面的损伤处，阀杆底部加工成凹台能减少阀杆底部密封面的研磨量，降低修理时问和提高工艺性能。

1.2阀杆双密封形式的特点

阀杆双密封使水下维修更方便更安全。CB598-90截止阀的水下维修主要靠手轮在完全打开的时候，阀瓣上端面的锥面与填料函下端面的锥面之间的硬密封来实现填料的更换;而采取双道O形密封圈和3道填料密封相结合的形式，通过双道O形密封圈进行密封，以实现填料的更换;当填料函上的O形密封圈密封失效时，可通过压紧填料的方式实现应急密封。

1.3填料函与阀体双密封形式的特点

填料函与阀体之间为螺纹连接，在阀件开启和关闭过程中，保证该处的螺纹密封。填料函与阀体的螺纹采用橡胶垫片密封，在该处密封失效时，填料函与阀体之间的紫铜垫片仍可以有效密封。

2优选密封材料

2.1 O形密封圈材质的选择

常用的O形密封圈材料为丁晴橡胶，根据以往的使用经验，该材料在使用中容易出现永久变形和老化问题，不能满足使用要求。而优选氟橡胶材质的O形密封圈，氟橡胶耐海水、海洋性大气及温度急剧变化和冲蚀环境的性能都远优于丁晴橡胶，使用年限可达5年以上，丁晴橡胶与氟橡胶材料检测的性能数据比较如表1所示。由表可知，氟橡胶耐腐蚀、抗老化等性能明显优于丁晴橡胶，为此应优选氟橡胶作为O形密封圈的材料。

2.2非金属密封材质的选择

非金属密封件包括填料函中的填料和填料函与阀体之间的橡胶垫片，它们都需要具有耐高温、防腐蚀和高密封等特点。

查《机械设计手册》第三卷可知，该阀件的填料宜采用柔性石墨编织填料（JB/T7370-1994），牌号为RBTN2-600。该材质的填料使用温度可达450600℃，使用压力可达20MPa，满足耐火和工作压力要求。

填料函与阀体之问的橡胶垫片的材质优选特殊氟橡胶，不仅抗压强度较高、耐腐蚀性强、摩擦系数小、耐磨性好、抗蠕变，而且减振和耐火性能优越，能长期在海洋环境条件下使用。

3优选阀体材料

阀体材料采用高锰铝青铜材料ZCuA18Mn13Fe3Ni2替代截止阀通常采用的QA19-2铝青铜。这两种材料的化学成分及力学性能如表2～3所示。

通过比较，高锰铝青铜材料ZCuAl8Mn13Fe3Ni2相比铝青铜ZQA19-2，其强度更高，力学性能更优，耐腐蚀性能更好，能够适用于较高压力的液压管路系统。

4优化结构形式

4.1优化阀杆传动形式。

将阀杆和阀瓣一体化结构形式优化分解为阀杆结构和转轴结构，阀杆结构只作上下往复运动，能很好地解决阀杆旋转和上下两种运动对O形密封圈寿命的影响。阀杆的长度尺寸减小，刚度提高，不易变形，且有效地减小了手轮操作力矩。

4.2优化锁紧形式

压盖与填料函、填料函与阀体之间均采用螺纹锁紧，结构简单、可靠，拆装方便。

4.3优化流道结构

阀体流道采用机加工成形，除密封面外，尖角处尽量倒圆角，使流道平滑过渡，减少流阻系数。在保证阀件高度和重量的前提下将开度由16调整为18，能够降低流阻系数。

5结束语

通过优化密封形式、优选密封材料和阀体材料、优化结构形式，设计和制造出改进的外螺纹舷侧阀，经过实船应用，有效解决了当前舰船采用CB598-90截止阀设计和制造出来的外螺纹舷侧阀常出现的问題，从而降低了发生故障的机率，减少了修理时间，提高了外螺纹舷侧阀的可靠性和使用寿命。