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摘要：本文介绍32500DWT运木散货船在进行压载水效用试验过程中，阀门遥控系统发生液动蝶阀阀体轴向破裂情况。对此进行了原因分析，并提出处理方案。
关键词：蝶阀;破损;干涉;垫片
中图分类号： U664 文献标识码：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
阀门遥控在大中型货船的舱底、压载系统中广泛使用。采用阀门遥控形式，船员可以通过电脑方便地排除舱底水、进行压载水调驳，获得理想的船舶吃水状态，以满足船舶所需的各种工况。目前阀门遥控系统最广泛运用的三种型式是：气动式;液动式;电-液动式。其中，液动式阀门遥控在船舶上的应用越来越广泛。液动蝶阀的主要优点是：结构简单紧凑;体积小;液压传动平稳可靠;可以获得较大的输出力矩;在突发船舶电力中断时，仍然可以靠蓄能器进行一次或数次操作，在紧急情况下自动关闭蝶阀，具有重要的安全意义。
2 液动蝶阀的结构和工作原理
液动蝶阀的结构，主要由液压驱动装置、阀体、阀板（或称碟板、活门）、阀轴、密封圈和阀轴定位等部件组成。常用的液动蝶阀有：对夹式蝶阀（见图1）和法兰式蝶阀两种结构。对夹式蝶阀是利用长螺栓将阀门固定在两段管的法兰之间;法兰式蝶阀是阀门本体上带有法兰，其法兰分别用螺栓连接在前后两段管路的法兰上。
液动蝶阀是通过遥控阀液压泵站提供动能，由油泵输出液压油到各个电磁阀，通过液压油管将液压油输送至液压驱动头驱动阀轴，阀轴带动阀板转动，实现液动蝶阀的开启和关闭，阀的开关动作通常由两位四通电磁阀来控制（见图2）。其液压管通常采用不锈钢多芯管，其优点在于布置方便、接头少，提高遥控阀的工作可靠性。
3 液閥阀体损坏情况及原因分析
3.1 损坏情况
32500DWT运木散货船进行压载效用试验时，发现管隧有进水情况，随即停止相关试验程序，第一时间安排人员对管隧进行检查，在勘察到4#舱压载舱时，发现了第一个漏点;接着继续进行检查，陆续发现还有3处蝶阀渗水。管隧内压载系统共计12个蝶阀，是否还有损坏的蝶阀，需要后期拆检才能确定。
在现场仔细检查4#压载舱液动蝶阀，发现阀体出现细小的裂纹，压载水通过两法兰间的液动蝶阀飞溅出来。将舱室压载水排放至吸口通舱件高度位置后，压载水已经无法从压载舱流出水来，同时关闭所有液动蝶阀，避免其它压载舱的水倒灌。之后将已经损坏的液动蝶阀拆下，管口用盲板法兰临时封堵。仅从拆下的阀件的外观来讲，均可以看出裂纹只出现在阀体轴向两端的连接位置，其它位置并未发现明显裂纹情况。
3.2 原因分析
为了查清裂纹的原因，将此阀拆回车间进行解体检查分析：
（1）阀体外观检查
首先擦拭阀体外表面，并用压缩空气吹净阀体外表面的水迹、泥沙等杂物;随后放置在铺有白布的洁净工作台上;通过肉眼仔细观察了阀体断裂位置情况：裂纹表面平坦，呈明显晶状亮灰色，无气孔等铸造缺陷;阀体表面油漆完好，表面无硬物敲击伤痕;阀体内腔表面未发现明显制造缺陷。
（2）阀板外观检查
检查阀板时，发现蝶阀的阀板边缘位置约有1/4弧长的一道刮痕，正常情况下不应该出现此刮痕，因为阀板外圈有密封橡胶包围，不可能出现阀板和阀体相互干涉和接触的情况。那么，是否阀板和管子内壁出现干涉情况，使得材质相对较弱的阀体出现开裂呢。本船的4#压载舱是穿过燃油舱的，为满足规范要求，穿过油舱的压载管需要使用加厚管，且不得有可拆接头。该压载舱的压载管壁厚选用16mm，壁厚的增加导致管子内孔变小，阀板随阀轴旋转时，阀板的回转半径会出现在管子内部，阀板开启到一定位置后，阀板同管子内壁有可能会出现干涉情况。根据管子与法兰的装配实际情况，在电脑上用AutoCAD绘制阀件和管子的外形，并模拟现场蝶阀的安装情况进行干涉检查，如图3所示：
（1）当蝶阀完全打开（即阀盘旋转90°）时，阀板边缘与加厚管内孔间隙很小，只有约2～3mm。固定阀体的螺栓同螺栓孔是间隙配合，公差比较大，安装过程中由于液动蝶阀比较重，阀体受重力影响其重心向下，就导致了蝶阀的中心线同管子中心线不重合，其同轴度降低，这样就可能出现阀板与管子内壁干涉情况;
（2）船厂使用的法兰是GB/T 2506-2005标准，法兰端面有台阶，从图3可以看出蝶阀密封圈与法兰凸台边缘只有0.5mm间距，蝶阀是采用对夹式安装，无定位螺栓，一旦发生安装位置偏移，蝶阀的中心线同管子中心线就不重合，法兰凸台势必挤压密封橡胶，而橡胶受力后会产生变形，使得法兰凸台直接压进阀体内，蝶阀安装就会产生错位，容易发生泄漏;再者，蝶阀密封圈被过度挤压，变形过大，密封圈内孔变小，阀板与密封圈之间的阻力也将加大，蝶阀开关就不灵活，出现开关卡滞现象;
（3）在拆阀现场，还发现蝶阀与管子法兰连接面之间加装有非石棉垫片。通过观察，液动蝶阀内的橡胶密封圈在厚度方向已经超出阀体1.5～2mm，在蝶阀被正确安装后，仅靠蝶阀内的橡胶密封圈就可以保证法兰与蝶阀之间的密封，无需加装其它密封垫片，增加垫片反而会使蝶阀内的橡胶密封圈过度变形，增加阀板和密封圈的摩擦力，在阀板开关过程中的阻力会变大，开关就不灵活，长期在这样的工况下，蝶阀的橡胶密封圈会加速磨损和提前老化，减少其使用寿命。 （3）阀轴外观检查
接着检查了阀轴，阀轴和阀体之间有橡胶密封及轴套，两者之间没有直接刚性接触，阀体破裂时，阀轴表面没有产生伤痕;将钢直尺沿轴长度方向放置在阀轴表面，用肉眼观察阀杆，接触良好，旋转阀轴一圈也没有发现其存在变形现象。
（4） 液压驱动头检查
通过使用阀门遥控设备厂家提供的便携式手摇泵，将液压驱动头的A/B口与之连接好，操作手摇泵，液压驱动头输出端运转正常，运转过程中没有出现卡顿、漏油等异常情况，说明驱动头部分是完好的。
4 解决方案
通过上述对阀体、阀板、阀轴及液压驱动头检查后的情况分析，蝶阀破损的主要原因有：阀体安装同轴度不好;阀板同管子内壁干涉;蝶阀同法兰连接面加装了非石棉垫片，增加了蝶阀开关的阻力;蝶阀法兰选型不合适，在现场安装时无法保证液动蝶阀上的法兰与管子法兰的同轴度。
为此，采用下列两种方法解决此问题：
（1）对于已经安装好的压载管，特别是穿过油舱的压载管，为满足船舶规范要求，对其管壁进行加厚处理，穿过油舱的管子不能用任何可拆连接件;在满足规范要求情况下，对安装阀件一端的加厚管子内壁进行手工打磨，扩大管口内径，打磨长度控制在15mm以内，成型后的管子端口成斜面，管子最小厚度不得小于10mm，如此可保证阀板与管子至少8mm的净间隙，如图4所示。由于该管是压载管，打磨位置的镀锌层被破坏，整根管子的防腐蚀性能变差，使用寿命会变短。现场管子已经在压载舱安装完毕，舱室油漆、清洁已经完成，几乎无法将压载管整根取出，对管子进行热镀锌处理，而喷涂手工镀锌漆仅适合局部锌层破损修复，在如此情况下，可以采用管子端口涂防锈漆方式处理。防锈漆的涂装工艺和压载舱涂层一样，在管子表面清洁后，先在管子表面涂一道防銹底漆，再涂两道环氧漆，最后涂一道面漆。补涂范围从法兰端面至管子内300mm距离，从而达到防锈蚀要求;安装过程中，注意蝶阀安装定位要可靠，可以在固定蝶阀的螺栓上套一段铜管，消除螺栓同阀体的间隙，保证安装的同轴度，并取消非石棉垫片;在蝶阀安装完毕后，必须用水平尺进行检查蝶阀安装的水平度，即蝶阀两端法兰外径在同一高度。
（2）对于还没安装在船体分段上的管子，根据管子壁厚情况，分为两种方法处理：
（A）压载管不通过燃油舱时，规范对压载管的管子壁厚无特殊要求，连接蝶阀端的管子法兰采用平面法兰，这样就不会出现法兰台阶会嵌入密封圈内，引起密封圈过度变形，增加阀板开启时的阻力情况;压载系统管其它位置的连接法兰，依然可以使用GB/T 2506-2005标准法兰;
（B）压载管需要通过其它特殊舱室（比如燃油舱、滑油舱等）时，按规范要求，管子壁厚需要加厚。通过图3可以看出，加厚管同阀盘完全开启后的间距很小，虽然可以通过打磨管子内壁增加阀盘同管子内壁的间距，但对打磨工技术、经验要求较高，可以参考图5蝶阀右侧法兰形式，对于加厚管的连接法兰采用高颈法兰，法兰端部不要有台阶，从而保证阀板与管子的间隙;压载系统管其它位置的法兰，可以正常使用GB/T 2506-2005标准法兰;管子制作完成后，按工艺要求做管子表面处理后即可在船体分段上正常安装;用于连接蝶阀的法兰改用平面法兰，可以有效防止蝶阀错位现象的发生。
以上两种处理方案通过实船验证，均未发生异常现象，阀门开关正常，液压驱动头工作压力在正常范围内，无较大波动。
5 小结
通过32500DWT运木散货船蝶阀所出现的蝶体问题案例，通过以下几点措施，可以减少其故障率：
（1）液动蝶阀安装时，液动蝶阀与法兰之间不能加装任何垫片、密封件;
（2）液动蝶阀的阀体必须与法兰端面刚性接触，圆周方向不能有间隙;
（3）现场管系安装要满足管子安装工艺要求，保证液动蝶阀与管子必要的同轴度;。
（4）液动蝶阀安装前，保证蝶阀关闭状态，检查外观是否有铸造缺陷。
参考文献
[1]陆培文.《实用阀门设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]成大先.《机械设计手册》第四版 第4卷[M].北京：化学工业出版社，2002.
[3]中国船级社.钢制海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，2006：2-71.
关键词：蝶阀;破损;干涉;垫片
中图分类号： U664 文献标识码：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
阀门遥控在大中型货船的舱底、压载系统中广泛使用。采用阀门遥控形式，船员可以通过电脑方便地排除舱底水、进行压载水调驳，获得理想的船舶吃水状态，以满足船舶所需的各种工况。目前阀门遥控系统最广泛运用的三种型式是：气动式;液动式;电-液动式。其中，液动式阀门遥控在船舶上的应用越来越广泛。液动蝶阀的主要优点是：结构简单紧凑;体积小;液压传动平稳可靠;可以获得较大的输出力矩;在突发船舶电力中断时，仍然可以靠蓄能器进行一次或数次操作，在紧急情况下自动关闭蝶阀，具有重要的安全意义。
2 液动蝶阀的结构和工作原理
液动蝶阀的结构，主要由液压驱动装置、阀体、阀板（或称碟板、活门）、阀轴、密封圈和阀轴定位等部件组成。常用的液动蝶阀有：对夹式蝶阀（见图1）和法兰式蝶阀两种结构。对夹式蝶阀是利用长螺栓将阀门固定在两段管的法兰之间;法兰式蝶阀是阀门本体上带有法兰，其法兰分别用螺栓连接在前后两段管路的法兰上。
液动蝶阀是通过遥控阀液压泵站提供动能，由油泵输出液压油到各个电磁阀，通过液压油管将液压油输送至液压驱动头驱动阀轴，阀轴带动阀板转动，实现液动蝶阀的开启和关闭，阀的开关动作通常由两位四通电磁阀来控制（见图2）。其液压管通常采用不锈钢多芯管，其优点在于布置方便、接头少，提高遥控阀的工作可靠性。
3 液閥阀体损坏情况及原因分析
3.1 损坏情况
32500DWT运木散货船进行压载效用试验时，发现管隧有进水情况，随即停止相关试验程序，第一时间安排人员对管隧进行检查，在勘察到4#舱压载舱时，发现了第一个漏点;接着继续进行检查，陆续发现还有3处蝶阀渗水。管隧内压载系统共计12个蝶阀，是否还有损坏的蝶阀，需要后期拆检才能确定。
在现场仔细检查4#压载舱液动蝶阀，发现阀体出现细小的裂纹，压载水通过两法兰间的液动蝶阀飞溅出来。将舱室压载水排放至吸口通舱件高度位置后，压载水已经无法从压载舱流出水来，同时关闭所有液动蝶阀，避免其它压载舱的水倒灌。之后将已经损坏的液动蝶阀拆下，管口用盲板法兰临时封堵。仅从拆下的阀件的外观来讲，均可以看出裂纹只出现在阀体轴向两端的连接位置，其它位置并未发现明显裂纹情况。
3.2 原因分析
为了查清裂纹的原因，将此阀拆回车间进行解体检查分析：
（1）阀体外观检查
首先擦拭阀体外表面，并用压缩空气吹净阀体外表面的水迹、泥沙等杂物;随后放置在铺有白布的洁净工作台上;通过肉眼仔细观察了阀体断裂位置情况：裂纹表面平坦，呈明显晶状亮灰色，无气孔等铸造缺陷;阀体表面油漆完好，表面无硬物敲击伤痕;阀体内腔表面未发现明显制造缺陷。
（2）阀板外观检查
检查阀板时，发现蝶阀的阀板边缘位置约有1/4弧长的一道刮痕，正常情况下不应该出现此刮痕，因为阀板外圈有密封橡胶包围，不可能出现阀板和阀体相互干涉和接触的情况。那么，是否阀板和管子内壁出现干涉情况，使得材质相对较弱的阀体出现开裂呢。本船的4#压载舱是穿过燃油舱的，为满足规范要求，穿过油舱的压载管需要使用加厚管，且不得有可拆接头。该压载舱的压载管壁厚选用16mm，壁厚的增加导致管子内孔变小，阀板随阀轴旋转时，阀板的回转半径会出现在管子内部，阀板开启到一定位置后，阀板同管子内壁有可能会出现干涉情况。根据管子与法兰的装配实际情况，在电脑上用AutoCAD绘制阀件和管子的外形，并模拟现场蝶阀的安装情况进行干涉检查，如图3所示：
（1）当蝶阀完全打开（即阀盘旋转90°）时，阀板边缘与加厚管内孔间隙很小，只有约2～3mm。固定阀体的螺栓同螺栓孔是间隙配合，公差比较大，安装过程中由于液动蝶阀比较重，阀体受重力影响其重心向下，就导致了蝶阀的中心线同管子中心线不重合，其同轴度降低，这样就可能出现阀板与管子内壁干涉情况;
（2）船厂使用的法兰是GB/T 2506-2005标准，法兰端面有台阶，从图3可以看出蝶阀密封圈与法兰凸台边缘只有0.5mm间距，蝶阀是采用对夹式安装，无定位螺栓，一旦发生安装位置偏移，蝶阀的中心线同管子中心线就不重合，法兰凸台势必挤压密封橡胶，而橡胶受力后会产生变形，使得法兰凸台直接压进阀体内，蝶阀安装就会产生错位，容易发生泄漏;再者，蝶阀密封圈被过度挤压，变形过大，密封圈内孔变小，阀板与密封圈之间的阻力也将加大，蝶阀开关就不灵活，出现开关卡滞现象;
（3）在拆阀现场，还发现蝶阀与管子法兰连接面之间加装有非石棉垫片。通过观察，液动蝶阀内的橡胶密封圈在厚度方向已经超出阀体1.5～2mm，在蝶阀被正确安装后，仅靠蝶阀内的橡胶密封圈就可以保证法兰与蝶阀之间的密封，无需加装其它密封垫片，增加垫片反而会使蝶阀内的橡胶密封圈过度变形，增加阀板和密封圈的摩擦力，在阀板开关过程中的阻力会变大，开关就不灵活，长期在这样的工况下，蝶阀的橡胶密封圈会加速磨损和提前老化，减少其使用寿命。 （3）阀轴外观检查
接着检查了阀轴，阀轴和阀体之间有橡胶密封及轴套，两者之间没有直接刚性接触，阀体破裂时，阀轴表面没有产生伤痕;将钢直尺沿轴长度方向放置在阀轴表面，用肉眼观察阀杆，接触良好，旋转阀轴一圈也没有发现其存在变形现象。
（4） 液压驱动头检查
通过使用阀门遥控设备厂家提供的便携式手摇泵，将液压驱动头的A/B口与之连接好，操作手摇泵，液压驱动头输出端运转正常，运转过程中没有出现卡顿、漏油等异常情况，说明驱动头部分是完好的。
4 解决方案
通过上述对阀体、阀板、阀轴及液压驱动头检查后的情况分析，蝶阀破损的主要原因有：阀体安装同轴度不好;阀板同管子内壁干涉;蝶阀同法兰连接面加装了非石棉垫片，增加了蝶阀开关的阻力;蝶阀法兰选型不合适，在现场安装时无法保证液动蝶阀上的法兰与管子法兰的同轴度。
为此，采用下列两种方法解决此问题：
（1）对于已经安装好的压载管，特别是穿过油舱的压载管，为满足船舶规范要求，对其管壁进行加厚处理，穿过油舱的管子不能用任何可拆连接件;在满足规范要求情况下，对安装阀件一端的加厚管子内壁进行手工打磨，扩大管口内径，打磨长度控制在15mm以内，成型后的管子端口成斜面，管子最小厚度不得小于10mm，如此可保证阀板与管子至少8mm的净间隙，如图4所示。由于该管是压载管，打磨位置的镀锌层被破坏，整根管子的防腐蚀性能变差，使用寿命会变短。现场管子已经在压载舱安装完毕，舱室油漆、清洁已经完成，几乎无法将压载管整根取出，对管子进行热镀锌处理，而喷涂手工镀锌漆仅适合局部锌层破损修复，在如此情况下，可以采用管子端口涂防锈漆方式处理。防锈漆的涂装工艺和压载舱涂层一样，在管子表面清洁后，先在管子表面涂一道防銹底漆，再涂两道环氧漆，最后涂一道面漆。补涂范围从法兰端面至管子内300mm距离，从而达到防锈蚀要求;安装过程中，注意蝶阀安装定位要可靠，可以在固定蝶阀的螺栓上套一段铜管，消除螺栓同阀体的间隙，保证安装的同轴度，并取消非石棉垫片;在蝶阀安装完毕后，必须用水平尺进行检查蝶阀安装的水平度，即蝶阀两端法兰外径在同一高度。
（2）对于还没安装在船体分段上的管子，根据管子壁厚情况，分为两种方法处理：
（A）压载管不通过燃油舱时，规范对压载管的管子壁厚无特殊要求，连接蝶阀端的管子法兰采用平面法兰，这样就不会出现法兰台阶会嵌入密封圈内，引起密封圈过度变形，增加阀板开启时的阻力情况;压载系统管其它位置的连接法兰，依然可以使用GB/T 2506-2005标准法兰;
（B）压载管需要通过其它特殊舱室（比如燃油舱、滑油舱等）时，按规范要求，管子壁厚需要加厚。通过图3可以看出，加厚管同阀盘完全开启后的间距很小，虽然可以通过打磨管子内壁增加阀盘同管子内壁的间距，但对打磨工技术、经验要求较高，可以参考图5蝶阀右侧法兰形式，对于加厚管的连接法兰采用高颈法兰，法兰端部不要有台阶，从而保证阀板与管子的间隙;压载系统管其它位置的法兰，可以正常使用GB/T 2506-2005标准法兰;管子制作完成后，按工艺要求做管子表面处理后即可在船体分段上正常安装;用于连接蝶阀的法兰改用平面法兰，可以有效防止蝶阀错位现象的发生。
以上两种处理方案通过实船验证，均未发生异常现象，阀门开关正常，液压驱动头工作压力在正常范围内，无较大波动。
5 小结
通过32500DWT运木散货船蝶阀所出现的蝶体问题案例，通过以下几点措施，可以减少其故障率：
（1）液动蝶阀安装时，液动蝶阀与法兰之间不能加装任何垫片、密封件;
（2）液动蝶阀的阀体必须与法兰端面刚性接触，圆周方向不能有间隙;
（3）现场管系安装要满足管子安装工艺要求，保证液动蝶阀与管子必要的同轴度;。
（4）液动蝶阀安装前，保证蝶阀关闭状态，检查外观是否有铸造缺陷。
参考文献
[1]陆培文.《实用阀门设计手册》[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]成大先.《机械设计手册》第四版 第4卷[M].北京：化学工业出版社，2002.
[3]中国船级社.钢制海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，2006：2-71.