航空母舰上蝶阀的演变

Mark Petersen-Overton编辑，Gordon翻译整理

蝶阀是保持航空母舰的消防系统平稳运行的一个组成部分。但是从使用的早期开始，它们就得到了很大的修改和改进。 

消防系统

船上消防系统分配加压海水，用于消防，冷却和冲洗服务。这些船上的消防服务包括消防水带站，泡沫站和用于储存易燃材料的隔间的消防服务。泡沫站注入泡沫和海水的混合物，这些混合物被分配到存在易燃液体溢出或火灾危险的区域，例如机库，驾驶舱，机械室和航空燃料泵舱舱底。

消防是任何一名海军战斗人员中最关键的流体分配系统之一。它为关键设备提供冷却介质，包括喷射式导流板 - 喷气式飞机上的安全装置，用于改变高能量排放。主要还提供化学，生物和放射性冲洗对策以及用于冷却辅助机械，喷射器（泵），船舶稳定设备以及小便池和马桶冲洗的水。

由于它对整个船舶的水流非常关键，因此防火隔离阀不仅可以进行日常维护，更重要的是，在系统发生战斗损坏后继续支持船舶及其船员。 

我记得在20世纪90年代早期，当我担任Nimitz号航空母舰（CVN-68）的总工程师时，我的团队指出了一种不会循环的老式蝶阀。经过多次尝试，它将盐水泄漏到载体上的一个主要通道中。当我找到阀门的位置时，我看到手柄完全断开了。我的猜测是我的团队使用了加长手柄来最大化阀门上的扭矩，徒劳地试图循环它。由于这个无功能阀门对操作的潜在影响，我们不得不在船舶停泊在港口时尝试维护操作。我们的团队计划将上游和下游的蝶阀锁住以隔离，然后拆除并更换坏阀。

这艘船最终停泊在华盛顿州布雷默顿，该团队试图进行维修。几个小时过去了，修理工作的主管报告说他们已经关闭并在断开阀门的上下游的三个或四个阀门而没有降低压力。我收到了船长允许关闭岸上供应的防火水。一旦系统耗尽（几小时后），修复就可以完成。我们发现阀门不会循环，因为它装满了贝壳，藤壶（一种海洋节肢动物）和其他碎片以及其他蝶阀的阀座材料。

那时我想知道为什么我们在这样一个关键系统上有这种无效的阀门。消防对于该舰的任务至关重要，该任务是发射飞机以实现美国国家指挥局的目标。 当时Nimitz上的蝶阀类型是一个橡胶座蝶阀（图1）。当阀门循环时，阀板始终与阀座表面接触，这种动作被描述为“零偏心蝶阀”。由于阀座材料在每个循环中总是与阀板摩擦，因此阀座表面的腐蚀是常见的。再加上介质中的高钙海洋生物，抵抗阀门的运动并损坏阀座，很容易理解为什么这些阀门经常出现故障。考虑到双偏心船用蝶阀的军用规范于1983年发布，令人惊讶的是Nimitz仍然将这些旧阀门安装在船上。新建的承运人很可能已经配备了改进的蝶阀，而且在役航母也计划在未来进行升级。

海军1983年定义的船用蝶阀军用规范（MIL-V-24624）代表了对零偏心蝶阀的重大改进。规范要求双偏心功能（图2）。通常，通过将轴定位在阀座中心线的下游来实现第一偏移。这允许完全无阻碍的360度密封表面。第二偏移将轴定位在偏离阀座垂直轴线的中心。当阀板旋入和摆出阀座时，这两个偏移的组合产生凸轮效果。 在最初的几度行程中，阀板迅速从阀座上抬起，并且在阀座几乎关闭之前不会再次接触阀座。阀座和阀板之间不存在磨损点。 双偏心阀具有降低的操作扭矩和显著延长的阀座寿命。这种阀门已广为人知，因为它是一种高性能蝶阀，即使在今天，对于几乎所有的水面作战人员，包括航空母舰，都有很大的需求。然而，尽管它有其优点，但这种阀通常需要更换管道，因为它在两侧都使用垫圈材料，并且当更换弹性或橡胶密封蝶阀时，它有时不适合剩余的空间。随着该阀门的下一次升级，工业界已经加紧解决这个问题。 下一个改进是三偏心扭矩阀（TOTS），它具有金属对金属阀座密封和四分之一转，非摩擦转动（图3和图4）。 扭矩密封阀座意味着阀座力是由外部施加的扭矩而不是机械干涉产生。通过接触压力而不是由阀板和阀座之间的摩擦产生的摩擦力密封。

TOTS阀门不仅具有MIL-V-24624阀门的双偏心功能，但创建了第三个偏心。该第三偏心是座位和密封锥中心线相对于管/阀中心线倾斜的位置。该偏心完全消除了摩擦，却仍然保证零泄漏。与传统的闸阀，蝶阀和其他阀门设计相比，这些功能可延长使用寿命，降低维护要求并降低拥有成本。此外，由于不需要垫圈，TOTS通常完全适合旧式蝶阀腾出的空间。 2003年，航空母舰项目经理批准了船舶改装，并明确宣布改变的目的是在整个消防系统的关键位置用TOTS蝶阀取代现有的20个蝶阀。这些阀门仅用于取代主要的隔离分支（不是作者的重点）。 TOTS阀门的制造成本通常较高，因此确保最重要的隔离点是有意义的，因为火灾系统（船舶上有数英里的管道）应该具有最高效和功能性的隔离阀。 TOTS阀门是蝶阀中的“凯迪拉克”，它们在最恶劣的环境中运行良好。不过，这款“凯迪拉克”的行业仍在不断改进。 最现代，甚至更具弹性的蝶阀是一个有趣而独特的版本，它解决了镍 - 铝 - 青铜阀门的一个轻微缺点 - 阀座的腐蚀/腐蚀。 （图5显示了TOTS座位上的证据）。 下一代TOTS有一个加固或硬化的阀座。这是通过使用冷喷涂技术实现的，该技术在Inconel 624的固态下吸收小颗粒并将它们加速到超过3,000英尺/秒。结果是在基材上涂覆。这一代TOTS具有半毫米厚的材料，可显着提高硬度，并且耐腐蚀/腐蚀性能提高了2000％以上。按此速度，需要数百年才能磨掉冷喷涂层（不包括异物损坏）。

结论

每艘美国海军战舰都依赖于良好的隔离系统来进行维护和伤亡控制。想象一下，如果Nimitz的那个坏阀门发生了灾难性的失败。由于无法隔离该系统（因为上游和下游的几个阀门都没有保持），因此停止洪水将是一项挑战。对于大多数（如果不是全部）船舶而言，唯一的方法可能是几乎完全卸掉防火系统的压力。如果在我们的船舶部署时发生了这种情况，那么影响就会很大：淹没的空间，几个弹射器的使用损失，几乎所有辅助系统的冷却损失，以及更多情况。这可能不会是一次任务终结，因为天才的经过灾难训练的船员将使他们能够纠正问题并恢复防火系统。然而，在短时间内，它会降低该国最重要资产之一的准备状态。

由于蝶阀的性能对船队有多么重要，美国海军已经推动工业继续改进这些阀门。值得庆幸的是，业界已经做出回应，今天的表现最好的是三偏心扭矩阀座（硬化阀座）变型 - 世界上最好的高性能蝶阀。

MARK PETERSEN-OVERTON

是美国海军的退役船长，目前是

ESI Acquisition Corp.的业务副

总裁，负责JA Moody的业务。

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