安全閥是壓力容器、壓力管道上使用最為廣泛的一種安全裝置。在船舶動力裝置海水系統中, 為了防止系統壓力超過允許的極限值, 確保系統的安全運行, 設置了彈簧直接作用式安全閥。在使用過程中, 這類安全閥出現了泄漏、腐蝕和可靠性等問題, 不能滿足使用要求, 因此對其進行了改進。
船用海水安全閥主體材料一般採用ZCu16Si14 Ⅰ或ZCuAl10Fe3 , 這些材料在實際使用環境條件下抗腐蝕的能力比較差。當閥門外表面接觸艙底水和污水等有雜質的介質時, 容易受到腐蝕。而彈簧直接作用式安全閥的整定值和回座壓力調整不方便, 在回座壓力低於系統正常工作壓力時, 對系統工作的可靠性、安全性造成不利影響。
根據閥門存在的問題, 確定從閥門的材料和結構上進行改進:
1、材料選擇
(1) 閥體材料 由於安全閥閥體選用的鑄造銅合金抗腐蝕能力較差, 造成介質沿密封邊界泄漏。因此將安全閥的所有零部件(除了墊片、緊固件和彈簧外) 材料都更換為HDR (一種雙相不鏽鋼) 。HDR 抗氯離子腐蝕性能和抗應力腐蝕性能優良, 具有較好的耐海水沖刷腐蝕(管子流速可達 7m / s 以上) 和較強的耐砂侵蝕性能, 其良好的焊接、冷彎等綜合加工性能是艦船海水管路系統的首選材料。
(2) 密封面材料 為了提高閥門的密封性能, 閥門的閥瓣和閥座密封面均採用堆焊鈷基硬質合金的方式(圖1) 。使密封面有足夠的剛度和強度, 當系統中沒有介質壓力時, 能承受彈簧產生的巨大比壓力。而且鈷基硬質合金具有良好的機械性能及磨削和研磨性能。且彈性變形能力也較好, 能承受閥瓣回座時的衝擊。
(3) 彈簧材料 海水安全閥用彈簧需要滿足穩定性、強度及耐海水腐蝕的要求, 因此在改進設計時, 選用In2 conel 作為適用海水介質的微啟式安全閥的彈簧材料。在製作彈簧時, 通過時效處理和強壓處理, 使其具有穩定的彈性和強度, 保證了安全閥動作的重複性。
2、結構改進
船用海水安全閥工作環境較差, 因此對於其密封性和抗振性要求較高。為了保證安全閥對於外界的嚴格隔離, 在閥體和閥蓋連接處、閥蓋和保護罩連接處設置了墊片, 而且閥蓋和保護罩在連接部位以外的部位都採用封閉狀態。這樣使整個安全閥除了進口和排放口以外, 沒有使介質外泄的部位。
為了提高安全閥的抗振性能, 除了為安全閥配置了必須的彈簧和彈簧座, 還配置了合理的密封面定位系統。即用整體閥桿貫穿整個彈簧內部, 彈簧兩端用彈簧座對夾。閥桿的上端外套調整螺桿, 調整螺桿具有調整彈簧的預壓縮量, 協助彈簧和其他部件使閥門在低於整定壓力時保持關閉狀態。而且通過其內圓柱面與閥桿上端的間隙配合, 對閥桿上端有很好的導向作用。閥桿下端是球形的堆焊硬質層, 與閥瓣錐面(或球面) 相配合, 不但保證了閥桿上端能在調整螺桿內圓柱面內部順滑移動, 而且當閥體傾斜或受到振動而使得閥桿中心線偏離密封面中心線時, 可以通過球面與錐面(球面) 的接觸, 自動校正, 使閥桿中心線與密封面中心線重新重合。保證閥桿對密封面的作用力始終處於中心位置, 從而使密封面各處的受力都比較均勻。在閥瓣外圍設置了導向套, 使閥瓣只能沿著垂直於密封面的圓柱面內運動。
在多個零件的相互制約和作用下, 安全閥在振動和傾斜的情況下仍然能夠達到較好的密封效果。同時也有利於閥門準確地開啟、穩定地排放和及時的回座, 使安全閥具有良好的抗振能力。除此之外, 在安全閥的閥座上設置了調節圈, 使其能夠較好的調節回座壓力。
改進的海水安全閥採用新的結構形式, 更換了閥體、彈簧及密封面材料, 經過冷態和熱態試驗, 其性能滿足了使用要求, 解決了原安全閥使用中存在的問題。
