某型通氣管升降裝置的特點(diǎn)分析及改進(jìn)建議

顏少平

(海軍駐武漢四六一廠軍事代表室，湖北武漢430084)

1 某型通氣管升降裝置的組成及工作原理

某型通氣管升降裝置主要承擔(dān)常規(guī)潛艇處于水面及通氣管狀態(tài)航行時(shí)向柴油發(fā)電機(jī)艙和全船通風(fēng)系統(tǒng)供給空氣的任務(wù)，因此，該裝置在潛艇中所處的地位和重要性是不言而喻的。

通氣管升降裝置主要由浮閥、導(dǎo)向圍阱、活動(dòng)空氣圍阱、固定空氣圍阱、液壓升降機(jī)、圍阱接管、制動(dòng)器裝置和下部燈光信號(hào)等部件組成，如圖1所示。其工作原理為:單作用液壓升降機(jī)6借助全船液壓系統(tǒng)壓力總管提供的壓力油，經(jīng)電液換向閥、固定液缸進(jìn)入活動(dòng)液缸，升起活動(dòng)空氣圍阱4，將裝置核心部件浮閥1升起到預(yù)定位置;工作任務(wù)完畢后，依靠裝置自重下降復(fù)位;裝置的升起和下降到位與否借助燈光信號(hào)8來(lái)顯示。浮閥能在浪來(lái)時(shí)關(guān)閉，浪退時(shí)開(kāi)啟，并能在規(guī)定水壓作用下自動(dòng)開(kāi)啟，以完成向發(fā)電機(jī)艙和通風(fēng)系統(tǒng)供應(yīng)空氣的任務(wù)。

圖1 某型通氣管升降裝置組成結(jié)構(gòu)圖

2 通氣管升降裝置的特點(diǎn)分析

通氣管升降裝置結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為:

(1)進(jìn)氣圍阱直徑有所增加，結(jié)構(gòu)更趨合理。通氣管升降裝置是潛艇動(dòng)力裝置進(jìn)氣系統(tǒng)的重要組成部分。通氣管進(jìn)氣圍阱直徑的大小，直接影響著艇內(nèi)機(jī)艙的真空度。而真空度的大小除影響艇員的工作和生活外，還關(guān)系著潛艇柴油機(jī)功率的發(fā)揮。通氣管直徑過(guò)大或過(guò)小都是不合適的，通氣管進(jìn)氣圍阱直徑大小的確定原則應(yīng)該是在滿足柴油機(jī)發(fā)揮出所要求的功率前提下，盡可能選擇較小的進(jìn)氣直徑，以滿足總體及實(shí)際需要。該型通氣管，在充分考慮各方面因素的情況下確定了合適的進(jìn)氣通徑。據(jù)此設(shè)計(jì)制造的活動(dòng)空氣圍阱、導(dǎo)向圍阱殼體、固定空氣圍阱的直徑均較其他型通氣管直徑有所改進(jìn)，設(shè)計(jì)和使用效率更趨合理。另外，根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的要求，固定空氣圍阱上的2個(gè)進(jìn)氣肘管相連的法蘭孔合二為一，并下傾30°與進(jìn)氣肘管相連，空氣流道更為流暢，結(jié)構(gòu)更趨合理。

(2)水面航行狀態(tài)和通氣管航行狀態(tài)時(shí)的進(jìn)氣通道合二為一，減少了水面航行狀態(tài)時(shí)通氣管裝置的升起。在設(shè)計(jì)和制造中，在充分考慮了導(dǎo)向圍阱對(duì)活動(dòng)空氣圍阱升降時(shí)的導(dǎo)向作用以及導(dǎo)向圍阱的支撐強(qiáng)度后，根據(jù)圍殼的結(jié)構(gòu)和行程要求，合理調(diào)整活動(dòng)空氣圍阱和固定空氣圍阱的高度。同時(shí)，將固定空氣圍阱上的進(jìn)氣肘管法蘭孔下降一定的高度，減少了裝置下降時(shí)活動(dòng)空氣圍阱對(duì)進(jìn)氣肘管的遮擋。由于固定空氣圍阱直徑較大，不會(huì)對(duì)貯水空間產(chǎn)生大的影響。這樣，當(dāng)潛艇在水面航行狀態(tài)和碼頭充電時(shí)，能在不升起通氣管裝置的情況下，保證通氣管對(duì)機(jī)艙和通風(fēng)系統(tǒng)的正常供氣，簡(jiǎn)化了操作，實(shí)現(xiàn)了潛艇水面航行狀態(tài)和通氣管航行狀態(tài)進(jìn)氣通道的合二為一。

(3)包含閥盤(pán)等活動(dòng)部件在內(nèi)的浮子具有較小的自重與浮力比，提高了浮閥啟閉的靈敏度。從浮閥的作用和工作原理上看，在設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)趨向于增大浮子尺寸，減少浮子(含閥盤(pán)等活動(dòng)部件)的重量，力求較小的自重和浮力比，增加浮閥開(kāi)啟的靈敏度。通過(guò)對(duì)該型機(jī)械式浮閥的結(jié)構(gòu)形式和工作原理進(jìn)行分析，浮閥開(kāi)啟的靈敏度主要取決于以下幾個(gè)方面的因素:浮子(含閥盤(pán))的自重;浮子有效排水體積形成的浮力;浮閥浸水后浮子肩部及閥盤(pán)處形成的上下壓差;浮子與閥桿的滑動(dòng)摩擦力。該型裝置在設(shè)計(jì)和制造中，適當(dāng)加大了浮子的尺寸。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了較小的浮子自重與浮力比，提高了浮閥開(kāi)啟的靈敏度，保證進(jìn)氣通暢。

(4)通過(guò)合理的隱身設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了隱蔽性。潛艇裝備了通氣管升降裝置以后，在通氣管狀態(tài)航行時(shí)的目標(biāo)要比浮出水面航行時(shí)小得多，所以大大提高了潛艇的隱蔽性。但潛艇在通氣管狀態(tài)航行時(shí)升起通氣管裝置，它又是敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)我方潛艇的主要散射源之一。所以，該型裝置的浮閥外表面涂刷雷達(dá)吸波涂料，減少了雷達(dá)波反射面積，提高了其隱蔽性。

3 存在的問(wèn)題

盡管該型通氣管升降裝置在結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、制造和使用中表現(xiàn)出諸多優(yōu)良的性能，但通過(guò)實(shí)際操作、維護(hù)、保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該裝置也存在一些有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善的方面，主要表現(xiàn)為:

(1)該裝置的浮閥殼體為普通碳鋼焊接件，雖然采取了必要的防腐措施，但完全在海洋環(huán)境中使用，浮閥殼體表現(xiàn)出耐海水腐蝕能力明顯不足的現(xiàn)象，影響該裝置的使用壽命和安全。浮閥殼體腐蝕嚴(yán)重并爛穿后，當(dāng)潛艇由水面狀態(tài)或通氣管航態(tài)下潛時(shí)，浮子不能形成有效的上下壓力差，浮閥不能在規(guī)定的浸水深度自動(dòng)開(kāi)啟，將導(dǎo)致通氣管裝置活動(dòng)空氣圍阱、固定圍阱不能及時(shí)充水。由于通氣管裝置的活動(dòng)圍阱、固定圍阱均不是耐壓件，過(guò)高的水壓會(huì)使圍阱受壓變形，導(dǎo)致升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)卡滯進(jìn)而影響浮閥的開(kāi)啟功能。

(2)浮閥浮子及閥盤(pán)的密封是由安裝在柵條及浮閥殼體上的2件J型密封圈來(lái)保證的。J型密封圈的材料為普通丁腈橡膠，耐海水性能差。經(jīng)長(zhǎng)期使用，密封圈老化后其硬度發(fā)生了變化，影響浮子及閥盤(pán)在浸水后壓差的建立，進(jìn)而改變了浮閥浸水后自動(dòng)開(kāi)啟的深度，影響其定深開(kāi)啟的工作性能，存在一定的安全隱患。

(3)浮閥是通氣管升降裝置的核心部件，安裝在活動(dòng)空氣圍阱的頂部，當(dāng)潛艇在通氣管狀態(tài)航行時(shí)，活動(dòng)空氣圍阱在液壓機(jī)的作用下將浮閥頂升起至工作位置。但活動(dòng)空氣圍阱露出水面部分有一定的高度，且活動(dòng)空氣圍阱的直徑較大，較大面積的圍阱裸露在水面上必將導(dǎo)致潛艇的隱蔽性下降。

(4)該型通氣管升降裝置在通氣管航態(tài)時(shí)，以較短的行程升起浮閥，為柴油機(jī)發(fā)電提供空氣。受較短伸距的限制，潛艇圍殼部分浸水深度淺，在大浪情況下，浪峰時(shí)浮閥關(guān)閉，影響通氣管的正常工作;浪谷時(shí)，又可能會(huì)造成潛艇圍殼露出水面，對(duì)潛艇的隱蔽性造成很大的影響。

4 改進(jìn)建議

通過(guò)對(duì)該裝置特點(diǎn)及存在問(wèn)題的分析，提出的有針對(duì)性地改進(jìn)建議如下:

(1)改進(jìn)浮閥殼體的材料。從該型裝置的使用和修理情況來(lái)看，浮閥殼體銹蝕嚴(yán)重，但不銹鋼浮子整體情況良好，反映出該浮子材料良好的抗海水腐蝕性能。建議浮閥殼體采用不銹鋼板制作，可具備與浮子相同的抗腐蝕性能。但在制造過(guò)程中，應(yīng)注意不銹鋼與碳鋼的區(qū)別。不銹鋼材料強(qiáng)度高，焊接應(yīng)力較大，結(jié)構(gòu)件制作完畢后應(yīng)進(jìn)行有效的退火處理，消除焊接應(yīng)力，減少或消除浮閥殼體加工后或使用中的變形，以保證安全性。

(2)改進(jìn)浮閥的密封結(jié)構(gòu)。浮閥上所使用的J型密封圈，長(zhǎng)期浸泡在海水中，不可避免會(huì)出現(xiàn)硬化的現(xiàn)象，隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)，導(dǎo)致浮閥開(kāi)啟深度的改變。建議改進(jìn)浮閥的結(jié)構(gòu)形式:柵條和圍欄環(huán)采用金屬刃口與閥盤(pán)和浮子密封。這樣，當(dāng)潛艇下潛時(shí)，能在浮子上形成穩(wěn)定的壓力差，而浮子自重和浮力是不變的，可以保證浮子長(zhǎng)期穩(wěn)定的開(kāi)啟深度。

(3)改進(jìn)活動(dòng)空氣圍阱露出水面后雷達(dá)波的反射面積，增強(qiáng)隱蔽性?；顒?dòng)空氣圍阱表面分布有4塊金屬導(dǎo)向板，其與導(dǎo)向圍阱殼體內(nèi)的導(dǎo)板形成導(dǎo)向摩擦副。建議在活動(dòng)空氣圍阱表面4塊導(dǎo)板的空檔處涂刷雷達(dá)吸波層，導(dǎo)板處涂刷耐磨層(耐磨層需進(jìn)行機(jī)加工)和吸波層，不但可保證導(dǎo)向作用，還可以大大減小裝置露出水面部分雷達(dá)波的發(fā)射面積，進(jìn)而增強(qiáng)隱蔽性。

(4)改進(jìn)通氣管升降裝置的行程，進(jìn)一步提高隱蔽性。增加裝置的行程，可加大潛艇通氣管航態(tài)時(shí)的潛深，也可提高潛艇的隱身性能。如能將該裝置活動(dòng)空氣圍阱的行程適當(dāng)增加，則潛艇在通氣管狀態(tài)航行時(shí)，可在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上再下潛相當(dāng)?shù)纳疃?，可進(jìn)一步提高潛艇通氣管航態(tài)時(shí)的隱蔽性?，F(xiàn)有狀態(tài)下，通氣管行程的加長(zhǎng)，使活動(dòng)空氣圍阱的加長(zhǎng)。當(dāng)裝置下降到位后，過(guò)長(zhǎng)的活動(dòng)空氣圍阱會(huì)對(duì)固定空氣圍阱的進(jìn)氣肘管造成遮擋，使得潛艇在碼頭系泊狀態(tài)時(shí)，在不升起通氣管的狀態(tài)下，不能向潛艇機(jī)艙供氣。為此，可將活動(dòng)空氣圍阱設(shè)計(jì)成階梯狀圓柱結(jié)構(gòu)，上半部分結(jié)構(gòu)形式與原結(jié)構(gòu)一致，為耐壓密封結(jié)構(gòu);下半部分在圓柱面合適位置開(kāi)孔，當(dāng)活動(dòng)空氣圍阱降下時(shí)，該孔與固定圍阱進(jìn)氣肘管重合。這樣，既加大了潛艇通氣管航態(tài)的潛深，有利于增加隱蔽性，又具備水面航態(tài)或碼頭系泊狀態(tài)時(shí)不升起升降裝置仍可向機(jī)艙供氣的功能。