船用蝶阀航空母舰蝶阀的演变

火警系统

航母上的消防总管系统分配加压海水，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、泡沫站和为储存易燃材料的隔间提供的消防服务。泡沫站注入泡沫和海水的混合物，将其分配到存在易燃液体溢出或火灾风险的区域，如机库湾、飞行甲板、机房和航空燃油泵舱舱底。

消防总管是任何海军战斗人员中最关键的流体分配系统之一。它为包括喷射气流偏转器在内的关键设备提供冷却介质——喷射飞机上的安全装置可以重新引导高能废气。主要还提供化学、生物和放射性冲洗对策以及冷却辅助机械、喷射器（泵）、船舶稳定设备和小便池和马桶冲洗的水。

因为它对整艘船的水流至关重要，所以消防总管中的隔离阀的设计不仅可以进行日常维护，更重要的是，可以在系统遭受战斗损坏后继续为船舶及其船员提供支持。

我记得在 1990 年代初期，当我担任尼米兹号航空母舰（CVN-68）的总工程师时，我的团队指出了一个不能循环的老式蝶阀。经过多次尝试，它在航母上的一个主要通道中泄漏了盐水。当我访问阀门的位置时，我看到手柄完全折断。我的猜测是，我的团队使用了一个“作弊棒”来最大化阀门上的扭矩，但徒劳地试图循环它。由于这个失效的阀门对操作的潜在影响，我们只能在船舶靠泊港口时才尝试进行维护操作。我们的团队计划在上游和下游标记额外的蝶阀以进行隔离，然后移除并更换损坏的阀门。

这艘船最终停泊在华盛顿州的布雷默顿，团队试图在那里进行维修。几个小时过去了，维修工作的主管报告说，他们已经关闭并标记了损坏阀门上游和下游的三四个阀门，而压力没有降低。我得到了船长的许可，可以关闭岸上供应的消防总管水。一旦系统排空（几个小时后），维修就可以完成。我们发现阀门无法循环，因为它装满了贻贝、藤壶和其他碎屑以及来自其他蝶阀的阀座材料碎片。

当时我想知道为什么我们在如此关键的系统上安装了如此低效的阀门。消防总管对舰艇的任务至关重要，即发射飞机以实现国家指挥局的目标。

当时尼米兹号上的蝶阀类型是橡胶密封蝶阀（图 1）。当阀门循环时，阀瓣始终与阀座表面接触，这一动作被描述为“零偏移蝶阀”。由于阀座材料在每个循环中总是与阀瓣摩擦，阀座表面的腐蚀很常见。再加上高密度的钙质海洋生物会阻止阀门的运动并损坏阀座，很容易看出这些阀门经常失效的原因。考虑到船用蝶阀的双偏置阀军用规范于 1983 年发布，令人惊讶的是尼米兹号上仍然有这些旧阀门。

海军 1983 年定义的舰载蝶阀军用规范 (MIL-V-24624) 代表了对零偏移蝶阀的重大改进。规范要求双偏移功能（图 2）。通常，第一次偏移是通过将轴定位在阀座中心线下游来实现的。这允许完全畅通无阻的 360 度密封表面。第二个偏移使轴偏离座椅垂直轴的中心。当圆盘摆动进出座椅时，这两个偏移的组合会产生凸轮效应。

在前几度的行程中，阀瓣会迅速从座椅中升起，并且在几乎关闭之前不会再次接触座椅。阀座和制动盘之间不存在磨损点。

双偏置阀具有更低的操作扭矩和显着延长的阀座寿命。这种阀门已成为广为人知的高性能蝶阀，即使在今天，几乎所有水面战舰（包括航空母舰）都对这种阀门有很大的需求。然而，尽管有其优点，但这种阀门通常需要修改管道，因为它在两侧都使用垫圈材料，并且在更换弹性或橡胶密封蝶阀时有时无法装入剩余的空间。工业界通过对该阀门的下一次升级加紧解决该问题。

下一个改进是三偏置扭矩阀座阀 (TOTS)，它具有金属对金属阀座和四分之一圈无摩擦旋转（图 3 和图 4）。

扭矩密封是指密封力是由外部施加的扭矩产生的，而不是由机械干涉产生的。锥对锥密封是通过接触压力而不是由阀盘和阀座之间的摩擦产生的摩擦来实现的。

TOTS 阀门还具有 MIL-V-24624 阀门的双偏移功能，但创建了第三个偏移。这第三个偏移是阀座和密封锥中心线相对于管道/阀门中心线倾斜的地方。这种偏移完全消除了摩擦，但仍然导致零泄漏。与传统闸阀、蝶阀和其他阀门设计相比，这些功能可延长预期寿命、减少维护要求并降低拥有成本。此外，由于不需要垫圈，TOTS 通常可以完美地装入旧式蝶阀腾出的空间。

2003 年，航母项目经理批准了一项舰船改造，并特别声明改造的目的是将整个消防总管系统关键位置的 20 个现有蝶阀更换为 TOTS 蝶阀。这些阀门仅用于替换主要的隔离分支（不是作者的重点）。TOTS 阀的制造成本通常更高，因此确保消防总管系统最重要的隔离点是有意义的，该系统在船舶上有数英里的管道，应该配备最有效和功能最强大的隔离阀。TOTS阀门是蝶阀中的“凯迪拉克”，在最恶劣的环境中也能发挥出色的作用。尽管如此，工业界仍在继续改进这款凯迪拉克。

最现代、更具弹性的蝶阀是一个有趣且独特的版本，它解决了镍铝青铜阀门的一个轻微弱点——阀座的侵蚀/腐蚀。（图 5 显示了 TOTS 座位上的证据）。

下一代 TOTS 具有加固或硬化阀座。这是通过使用冷喷涂技术实现的，该技术采用 Inconel 624 固态的小颗粒并将它们加速到每秒 3,000 英尺以上。结果是在基材上形成涂层。这一代 TOTS 具有半毫米厚度的材料，可显着提高硬度，并且在抗侵蚀/腐蚀方面提高了 2000% 以上。按照这个速度，冷喷覆盖层需要数百年的时间才能磨损掉（不包括异物座损坏）。

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，如果尼米兹号上的那个坏阀门发生了灾难性的故障。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），阻止洪水泛滥将是一个挑战。唯一的方法可能是几乎完全消除大部分（如果不是全部）船的消防总管压力。如果这发生在我们的船部署时，影响将是广泛的：被淹没的空间，一些弹射器无法使用，几乎所有辅助系统都无法冷却。名单可以继续下去。这可能不会是一次任务击杀，因为机组人员在伤亡控制方面的才能和训练的深度将使他们能够纠正问题并恢复消防总管。

由于蝶阀性能对舰队的重要性，美国海军推动行业继续改进这些阀门。值得庆幸的是，业界做出了回应，推出了当今性能最佳的三偏置扭矩阀座（硬化阀座）变体——世界上最好的高性能蝶阀。