32500DWT運木散貨船液動蝶閥閥體破裂原因分析

李金華

摘要：本文介紹32500DWT運木散貨船在進行壓載水效用試驗過程中，閥門遙控系統(tǒng)發(fā)生液動蝶閥閥體軸向破裂情況。對此進行了原因分析，并提出處理方案。

關(guān)鍵詞：蝶閥;破損;干涉;墊片

中圖分類號： U664? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

This paper briefly introduces the axial rupture of the hydraulic butterfly valve body of the valve remote control system for the 32500DWT timber bulk carrier during the ballast water utility test， analyzes the causes and puts forward the treatment scheme.

Key words： Butterfly valve; Broken; Interference; Gasket

1 前言

閥門遙控在大中型貨船的艙底、壓載系統(tǒng)中廣泛使用。采用閥門遙控形式，船員可以通過電腦方便地排除艙底水、進行壓載水調(diào)駁，獲得理想的船舶吃水狀態(tài)，以滿足船舶所需的各種工況。目前閥門遙控系統(tǒng)最廣泛運用的三種型式是：氣動式;液動式;電-液動式。其中，液動式閥門遙控在船舶上的應(yīng)用越來越廣泛。液動蝶閥的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單緊湊;體積小;液壓傳動平穩(wěn)可靠;可以獲得較大的輸出力矩;在突發(fā)船舶電力中斷時，仍然可以靠蓄能器進行一次或數(shù)次操作，在緊急情況下自動關(guān)閉蝶閥，具有重要的安全意義。

2 液動蝶閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

液動蝶閥的結(jié)構(gòu)，主要由液壓驅(qū)動裝置、閥體、閥板（或稱碟板、活門）、閥軸、密封圈和閥軸定位等部件組成。常用的液動蝶閥有：對夾式蝶閥（見圖1）和法蘭式蝶閥兩種結(jié)構(gòu)。對夾式蝶閥是利用長螺栓將閥門固定在兩段管的法蘭之間;法蘭式蝶閥是閥門本體上帶有法蘭，其法蘭分別用螺栓連接在前后兩段管路的法蘭上。

液動蝶閥是通過遙控閥液壓泵站提供動能，由油泵輸出液壓油到各個電磁閥，通過液壓油管將液壓油輸送至液壓驅(qū)動頭驅(qū)動閥軸，閥軸帶動閥板轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)液動蝶閥的開啟和關(guān)閉，閥的開關(guān)動作通常由兩位四通電磁閥來控制（見圖2）。其液壓管通常采用不銹鋼多芯管，其優(yōu)點在于布置方便、接頭少，提高遙控閥的工作可靠性。

3 液閥閥體損壞情況及原因分析

3.1 損壞情況

32500DWT運木散貨船進行壓載效用試驗時，發(fā)現(xiàn)管隧有進水情況，隨即停止相關(guān)試驗程序，第一時間安排人員對管隧進行檢查，在勘察到4#艙壓載艙時，發(fā)現(xiàn)了第一個漏點;接著繼續(xù)進行檢查，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)還有3處蝶閥滲水。管隧內(nèi)壓載系統(tǒng)共計12個蝶閥，是否還有損壞的蝶閥，需要后期拆檢才能確定。

在現(xiàn)場仔細(xì)檢查4#壓載艙液動蝶閥，發(fā)現(xiàn)閥體出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，壓載水通過兩法蘭間的液動蝶閥飛濺出來。將艙室壓載水排放至吸口通艙件高度位置后，壓載水已經(jīng)無法從壓載艙流出水來，同時關(guān)閉所有液動蝶閥，避免其它壓載艙的水倒灌。之后將已經(jīng)損壞的液動蝶閥拆下，管口用盲板法蘭臨時封堵。僅從拆下的閥件的外觀來講，均可以看出裂紋只出現(xiàn)在閥體軸向兩端的連接位置，其它位置并未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋情況。

3.2 原因分析

為了查清裂紋的原因，將此閥拆回車間進行解體檢查分析：

（1）閥體外觀檢查

首先擦拭閥體外表面，并用壓縮空氣吹凈閥體外表面的水跡、泥沙等雜物;隨后放置在鋪有白布的潔凈工作臺上;通過肉眼仔細(xì)觀察了閥體斷裂位置情況：裂紋表面平坦，呈明顯晶狀亮灰色，無氣孔等鑄造缺陷;閥體表面油漆完好，表面無硬物敲擊傷痕;閥體內(nèi)腔表面未發(fā)現(xiàn)明顯制造缺陷。

（2）閥板外觀檢查

檢查閥板時，發(fā)現(xiàn)蝶閥的閥板邊緣位置約有1/4弧長的一道刮痕，正常情況下不應(yīng)該出現(xiàn)此刮痕，因為閥板外圈有密封橡膠包圍，不可能出現(xiàn)閥板和閥體相互干涉和接觸的情況。那么，是否閥板和管子內(nèi)壁出現(xiàn)干涉情況，使得材質(zhì)相對較弱的閥體出現(xiàn)開裂呢。本船的4#壓載艙是穿過燃油艙的，為滿足規(guī)范要求，穿過油艙的壓載管需要使用加厚管，且不得有可拆接頭。該壓載艙的壓載管壁厚選用16mm，壁厚的增加導(dǎo)致管子內(nèi)孔變小，閥板隨閥軸旋轉(zhuǎn)時，閥板的回轉(zhuǎn)半徑會出現(xiàn)在管子內(nèi)部，閥板開啟到一定位置后，閥板同管子內(nèi)壁有可能會出現(xiàn)干涉情況。根據(jù)管子與法蘭的裝配實際情況，在電腦上用AutoCAD繪制閥件和管子的外形，并模擬現(xiàn)場蝶閥的安裝情況進行干涉檢查，如圖3所示：

（1）當(dāng)?shù)y完全打開（即閥盤旋轉(zhuǎn)90°）時，閥板邊緣與加厚管內(nèi)孔間隙很小，只有約2～3mm。固定閥體的螺栓同螺栓孔是間隙配合，公差比較大，安裝過程中由于液動蝶閥比較重，閥體受重力影響其重心向下，就導(dǎo)致了蝶閥的中心線同管子中心線不重合，其同軸度降低，這樣就可能出現(xiàn)閥板與管子內(nèi)壁干涉情況;

（2）船廠使用的法蘭是GB/T 2506-2005標(biāo)準(zhǔn)，法蘭端面有臺階，從圖3可以看出蝶閥密封圈與法蘭凸臺邊緣只有0.5mm間距，蝶閥是采用對夾式安裝，無定位螺栓，一旦發(fā)生安裝位置偏移，蝶閥的中心線同管子中心線就不重合，法蘭凸臺勢必擠壓密封橡膠，而橡膠受力后會產(chǎn)生變形，使得法蘭凸臺直接壓進閥體內(nèi)，蝶閥安裝就會產(chǎn)生錯位，容易發(fā)生泄漏;再者，蝶閥密封圈被過度擠壓，變形過大，密封圈內(nèi)孔變小，閥板與密封圈之間的阻力也將加大，蝶閥開關(guān)就不靈活，出現(xiàn)開關(guān)卡滯現(xiàn)象;

（3）在拆閥現(xiàn)場，還發(fā)現(xiàn)蝶閥與管子法蘭連接面之間加裝有非石棉墊片。通過觀察，液動蝶閥內(nèi)的橡膠密封圈在厚度方向已經(jīng)超出閥體1.5～2mm，在蝶閥被正確安裝后，僅靠蝶閥內(nèi)的橡膠密封圈就可以保證法蘭與蝶閥之間的密封，無需加裝其它密封墊片，增加墊片反而會使蝶閥內(nèi)的橡膠密封圈過度變形，增加閥板和密封圈的摩擦力，在閥板開關(guān)過程中的阻力會變大，開關(guān)就不靈活，長期在這樣的工況下，蝶閥的橡膠密封圈會加速磨損和提前老化，減少其使用壽命。

（3）閥軸外觀檢查

接著檢查了閥軸，閥軸和閥體之間有橡膠密封及軸套，兩者之間沒有直接剛性接觸，閥體破裂時，閥軸表面沒有產(chǎn)生傷痕;將鋼直尺沿軸長度方向放置在閥軸表面，用肉眼觀察閥桿，接觸良好，旋轉(zhuǎn)閥軸一圈也沒有發(fā)現(xiàn)其存在變形現(xiàn)象。

（4） 液壓驅(qū)動頭檢查

通過使用閥門遙控設(shè)備廠家提供的便攜式手搖泵，將液壓驅(qū)動頭的A/B口與之連接好，操作手搖泵，液壓驅(qū)動頭輸出端運轉(zhuǎn)正常，運轉(zhuǎn)過程中沒有出現(xiàn)卡頓、漏油等異常情況，說明驅(qū)動頭部分是完好的。

4 解決方案

通過上述對閥體、閥板、閥軸及液壓驅(qū)動頭檢查后的情況分析，蝶閥破損的主要原因有：閥體安裝同軸度不好;閥板同管子內(nèi)壁干涉;蝶閥同法蘭連接面加裝了非石棉墊片，增加了蝶閥開關(guān)的阻力;蝶閥法蘭選型不合適，在現(xiàn)場安裝時無法保證液動蝶閥上的法蘭與管子法蘭的同軸度。

為此，采用下列兩種方法解決此問題：

（1）對于已經(jīng)安裝好的壓載管，特別是穿過油艙的壓載管，為滿足船舶規(guī)范要求，對其管壁進行加厚處理，穿過油艙的管子不能用任何可拆連接件;在滿足規(guī)范要求情況下，對安裝閥件一端的加厚管子內(nèi)壁進行手工打磨，擴大管口內(nèi)徑，打磨長度控制在15mm以內(nèi)，成型后的管子端口成斜面，管子最小厚度不得小于10mm，如此可保證閥板與管子至少8mm的凈間隙，如圖4所示。由于該管是壓載管，打磨位置的鍍鋅層被破壞，整根管子的防腐蝕性能變差，使用壽命會變短?，F(xiàn)場管子已經(jīng)在壓載艙安裝完畢，艙室油漆、清潔已經(jīng)完成，幾乎無法將壓載管整根取出，對管子進行熱鍍鋅處理，而噴涂手工鍍鋅漆僅適合局部鋅層破損修復(fù)，在如此情況下，可以采用管子端口涂防銹漆方式處理。防銹漆的涂裝工藝和壓載艙涂層一樣，在管子表面清潔后，先在管子表面涂一道防銹底漆，再涂兩道環(huán)氧漆，最后涂一道面漆。補涂范圍從法蘭端面至管子內(nèi)300mm距離，從而達到防銹蝕要求;安裝過程中，注意蝶閥安裝定位要可靠，可以在固定蝶閥的螺栓上套一段銅管，消除螺栓同閥體的間隙，保證安裝的同軸度，并取消非石棉墊片;在蝶閥安裝完畢后，必須用水平尺進行檢查蝶閥安裝的水平度，即蝶閥兩端法蘭外徑在同一高度。

（2）對于還沒安裝在船體分段上的管子，根據(jù)管子壁厚情況，分為兩種方法處理：

（A）壓載管不通過燃油艙時，規(guī)范對壓載管的管子壁厚無特殊要求，連接蝶閥端的管子法蘭采用平面法蘭，這樣就不會出現(xiàn)法蘭臺階會嵌入密封圈內(nèi)，引起密封圈過度變形，增加閥板開啟時的阻力情況;壓載系統(tǒng)管其它位置的連接法蘭，依然可以使用GB/T 2506-2005標(biāo)準(zhǔn)法蘭;

（B）壓載管需要通過其它特殊艙室（比如燃油艙、滑油艙等）時，按規(guī)范要求，管子壁厚需要加厚。通過圖3可以看出，加厚管同閥盤完全開啟后的間距很小，雖然可以通過打磨管子內(nèi)壁增加閥盤同管子內(nèi)壁的間距，但對打磨工技術(shù)、經(jīng)驗要求較高，可以參考圖5蝶閥右側(cè)法蘭形式，對于加厚管的連接法蘭采用高頸法蘭，法蘭端部不要有臺階，從而保證閥板與管子的間隙;壓載系統(tǒng)管其它位置的法蘭，可以正常使用GB/T 2506-2005標(biāo)準(zhǔn)法蘭;管子制作完成后，按工藝要求做管子表面處理后即可在船體分段上正常安裝;用于連接蝶閥的法蘭改用平面法蘭，可以有效防止蝶閥錯位現(xiàn)象的發(fā)生。

以上兩種處理方案通過實船驗證，均未發(fā)生異?，F(xiàn)象，閥門開關(guān)正常，液壓驅(qū)動頭工作壓力在正常范圍內(nèi)，無較大波動。

5 小結(jié)

通過32500DWT運木散貨船蝶閥所出現(xiàn)的蝶體問題案例，通過以下幾點措施，可以減少其故障率：

（1）液動蝶閥安裝時，液動蝶閥與法蘭之間不能加裝任何墊片、密封件;

（2）液動蝶閥的閥體必須與法蘭端面剛性接觸，圓周方向不能有間隙;

（3）現(xiàn)場管系安裝要滿足管子安裝工藝要求，保證液動蝶閥與管子必要的同軸度;。

（4）液動蝶閥安裝前，保證蝶閥關(guān)閉狀態(tài)，檢查外觀是否有鑄造缺陷。

參考文獻

[1]陸培文.《實用閥門設(shè)計手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]成大先.《機械設(shè)計手冊》第四版 第4卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]中國船級社.鋼制海船入級規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006：2-71.