安全阀是压力容器、压力管道上使用为广泛的一种安全装置。在船舶动力装置海水系统中,为了防止系统压力超过允许的极限值,确保系统的安全运行,设置了弹簧直接作用式安全阀。在使用过程中,这类安全阀出现了泄漏、腐蚀和可靠性等问题,不能满足使用要求,因此对其进行了改进。

　　船用海水安全阀主体材料一般采用ZCu16Si14Ⅰ或ZCuAl10Fe3,这些材料在实际使用环境条件下抗腐蚀的能力比较差。当阀门外表面接触舱底水和污水等有杂质的介质时,容易受到腐蚀。而弹簧直接作用式安全阀的整定值和回座压力调整不方便,在回座压力低于系统正常工作压力时,对系统工作的可靠性、安全性造成不利影响。

　　根据阀门存在的问题,确定从阀门的材料和结构上进行改进:

　　1、材料选择

　　(1)阀体材料由于安全阀阀体选用的铸造铜合金抗腐蚀能力较差,造成介质沿密封边界泄漏。因此将安全阀的所有零部件(除了垫片、紧固件和弹簧外)材料都更换为HDR(一种双相不锈钢)。HDR抗氯离子腐蚀性能和抗应力腐蚀性能优良,具有较好的耐海水冲刷腐蚀(管子流速可达7m/s以上)和较强的耐砂侵蚀性能,其良好的焊接、冷弯等综合加工性能是舰船海水管路系统的材料。

　　(2)密封面材料为了提高阀门的密封性能,阀门的阀瓣和阀座密封面均采用堆焊钴基硬质合金的方式(图1)。使密封面有足够的刚度和强度,当系统中没有介质压力时,能承受弹簧产生的巨大比压力。而且钴基硬质合金具有良好的机械性能及磨削和研磨性能。且弹性变形能力也较好,能承受阀瓣回座时的冲击。

　　(3)弹簧材料海水安全阀用弹簧需要满足稳定性、强度及耐海水腐蚀的要求,因此在改进设计时,选用In2conel作为适用海水介质的微启式安全阀的弹簧材料。在制作弹簧时,通过时效处理和强压处理,使其具有稳定的弹性和强度,保证了安全阀动作的重复性。

　　2、结构改进

　　船用海水安全阀工作环境较差,因此对于其密封性和抗振性要求较高。为了保证安全阀对于外界的严格隔离,在阀体和阀盖连接处、阀盖和保护罩连接处设置了垫片,而且阀盖和保护罩在连接部位以外的部位都采用封闭状态。这样使整个安全阀除了进口和排放口以外,没有使介质外泄的部位。

　　为了提高安全阀的抗振性能,除了为安全阀配置了必须的弹簧和弹簧座,还配置了合理的密封面定位系统。即用整体阀杆贯穿整个弹簧内部,弹簧两端用弹簧座对夹。阀杆的上端外套调整螺杆,调整螺杆具有调整弹簧的预压缩量,协助弹簧和其他部件使阀门在低于整定压力时保持关闭状态。而且通过其内圆柱面与阀杆上端的间隙配合,对阀杆上端有很好的导向作用。阀杆下端是球形的堆焊硬质层,与阀瓣锥面(或球面)相配合,不但保证了阀杆上端能在调整螺杆内圆柱面内部顺滑移动,而且当阀体倾斜或受到振动而使得阀杆中心线偏离密封面中心线时,可以通过球面与锥面(球面)的接触,自动校正,使阀杆中心线与密封面中心线重新重合。保证阀杆对密封面的作用力始终处于中心位置,从而使密封面各处的受力都比较均匀。在阀瓣外围设置了导向套,使阀瓣只能沿着垂直于密封面的圆柱面内运动。

　　在多个零件的相互制约和作用下,安全阀在振动和倾斜的情况下仍然能够达到较好的密封效果。同时也有利于阀门准确地开启、稳定地排放和及时的回座,使安全阀具有良好的抗振能力。除此之外,在安全阀的阀座上设置了调节圈,使其能够较好的调节回座压力。

　　改进的海水安全阀采用新的结构形式,更换了阀体、弹簧及密封面材料,经过冷态和热态试验,其性能满足了使用要求,解决了原安全阀使用中存在的问题。