某型舰炮炮塔防护罩与活动护板密封装置优化设计

邵中年，王 鼎，苏 冰

(1.海军驻西安舰炮军事代表室，陕西 西安 710043；2.海军驻包头地区军事代表室，内蒙古 包头 014033)

某型舰炮防护罩与活动护板密封处漏水造成炮塔内机械和电气零部件锈蚀，影响火炮的机构动作和零部件的使用寿命，使火炮故障率增加，不能有效地完成作战使命。针对该问题，笔者通过对故障原因进行分析，有针对性地对旧装置存在的问题进行改进，用液压力替代弹簧力，使原密封毡条承受一种压力状态变为火炮进行高低向运动和不运动时的两种受力状态，并对新密封装置设计进行可行性论证，为该故障的解决提供了有效的理论依据。

1 密封装置功能及存在的问题

某型舰炮炮塔防护罩与活动护板密封装置是实现防护罩窗口与活动护板动密封的关键部件。活动护板密封接口处漏水是目前舰炮普遍存在的问题，原设计缺乏长期适用性的考虑，其结构设计无法解决和避免活动护板密封接口经较长时间使用后的漏水问题。该型舰炮服役至今已有十余年，舰上原装的活动护板与防护罩由于多年的风吹雨打、盐雾侵蚀、海浪冲击、操作训练、射击试验等诸多因素的影响，原加工精良的密封面已产生锈蚀磨损以及防护罩与护板接口变形，使局部密封间隙变大，导致密封件不能有效地将密封面全部密封。因此，雨水、水雾、海水这些带有腐蚀性的液体就流入炮塔内部，造成火炮机械零部件和电器元件的锈蚀与毁损[1-2]。

2 现役密封装置结构及故障机理分析

2.1 现役密封装置结构

火炮大部分时间是处于航行或停靠码头状态，射击状态只占整个服役期间的很小比例，所以漏水主要出现在航行和停靠码头的状态[3]。

防护罩与防护板密封结构如图1所示，原炮密封装置的结构是在防护罩窗口的密封槽内安装了由若干个弹簧挤压的钢钣条，钢钣条压住浸油毛毡，利用浸油毛毡紧密接触活动护板密封表面进行密封。

2.2 故障机理分析

该型舰炮炮塔防护罩与活动护板密封装置密封性差的原因分析如下。

2.2.1 毡条失油和板结

浸油毛毡很容易失油或干枯板结，如不及时浸油或更换就会因干枯板结造成密封失效。原设计在维修和浸油毛毡的更换上可操作性差，浸油工艺应现场进行实施和操作，目前舰上不具备实施条件；而浸过油的毛毡备件由于存放时间过长的关系，同样也有失油和干枯板结问题。

2.2.2 弹簧力的调整作用失效

原密封装置的另一个弊端是弹簧力作用于钢板条，钢板条具有刚性，它将来自弹簧的作用力传给护板密封面上的密封毡条，整个护板密封曲面的间隙有大有小，钢板条对密封毡条的作用力产生不同变化，间隙大的浸油毡条由于受力小不能完全填充满密封间隙而导致密封失效。当需要调整弹簧力改善密封效果时，将弹簧的作用力调整加大，一方面容易将密封间隙小的浸油毛毡条挤出，造成浸油毡条失油或损毁；另一方面增加了火炮高低向运动的摩擦阻力，给火炮高低向运动造成困难。而当弹簧的作用力调整减小时，护板密封曲面间隙大的密封效果会进一步恶化。

2.2.3 作用力无法对局部间隙增大的毡条施压

原密封装置中使用的钢板条是沿活动护板曲面制造的刚性零件，当防护罩和活动护板因局部变形而产生局部密封间隙增大时，钢板条无法将弹簧力有效地作用于因局部变形间隙增大的密封毡条上，使局部变形间隙扩大处的密封毡条的受力减小或不受力，因而密封毡条无法将这些扩大的间隙充填满，致使局部间隙增大的密封面不能实现密封，造成海水与雨水的渗漏故障。

2.2.4 密封表面盐雾腐蚀

防护罩与活动护板的密封件是非金属物质，密封的原理是密封件紧密填充到防护罩与活动护板两密封面的间隙之内，使得液体或气体不能从密封件之间通过。活动护板上的密封面是在金属材质上加工出来的光洁表面，在缺乏润滑油且长期处于海水及盐雾的侵蚀下，密封表面产生腐蚀性的凹凸不平，密封毡条就无法将凹凸不平的表面间隙填充满，渗漏也就难以避免。

由此可知，产生漏水的原因是由多种因素造成的，所以解决起来就较为困难[4-6]。

3 密封装置的优化设计

3.1 改进设计原则

根据漏水原因，结合现有条件和具体情况，设计一个切实可行的全新方案，从根本上彻底解决该型舰炮漏水问题。同时也为其他舰炮有效解决炮塔防漏水故障提供技术储备[3]。

3.2 改进后密封装置结构及原理

经分析与研究，改变密封设计思路，采取一种新的密封技术彻底解决漏水问题。即将作用于密封毡条上的刚性力改为全方位作用于密封毡条上的柔性力,使处于密封面上各个位置的所有密封毡条都能够接受到相同的作用力。其方法是对原密封结构和密封方式进行改造，用液压力替代弹簧力，并使原来的密封毡条承受一种压力状态变为火炮进行高低向运动和不运动时的两种受力状态。

具体措施是将原密封处的弹簧和钢板压条去除，沿密封槽安装一条矩形橡胶软管(如图2所示)，软管的三面均为刚性密封槽本体，另一面开口面向护板密封面，且压装浸油毛毡条，橡胶软管内充满有一定压力的液体与安装在炮塔内部的管路及液压密封油缸联接。密封油缸借用高低锁航油缸的动作与作用力。

当锁航时，锁航油缸活塞杆伸出完成锁航，同时顶压安装在相对位置的密封油缸的活塞杆迫使其收回密封油缸内，将密封油缸内的液压油挤出进入密封橡胶软管内，使密封橡胶管内压力升高，并迅速传递到安装在活动护板四面密封口处的所有橡胶软管。软管在液压力作用下向密封面方向膨胀变形挤压密封毛毡条，迫使密封毛毡条紧紧地贴压在护板密封面上，将防护罩与活动护板间的密封间隙填充满，达到良好的密封效果。采用新的密封装置设计后，可以实现的功能如下所述。

3.2.1 实现浸油毡条的失油与吸油

由于浸油毛毡容易失油，勤务处理不方便，因此内设自动补油装置。即在密封槽口部沿浸油毛毡装1根油管并开小孔为毛毡补油，油管通储油箱，勤务只需要定期给储油箱加油，保持储油箱有油即可。由于橡胶软管内有两种压力在变换，当压力增大时浸油毛毡受挤压会失油，而当压力减小时浸油毛毡复原时又会吸油，因此可以有效地解决毛毡失油和干枯板结问题。

3.2.2 两种压力的自动转换

为密封橡胶软管提供两种压力，当火炮处于锁航状态时，火炮不运动，适当加大橡胶软管内液体压力，使密封毡条紧紧地贴压密封面，从而有利于实现密封的可靠性。此时会使摇动火炮的阻力增大，甚至无法摇动火炮，但漏水主要出现在占服役期很大比例的航行和停靠码头两种状态，而这时火炮的高低向是处于锁航状态不允许运动的，因此可以给密封毡条适当增大压力，从而得到很好的密封效果。在解航后橡胶软管内压力会减小处于低压力状态，在这种状态下，火炮即保证适当密封又可以进行高低向运动。即当锁航油缸解航时，锁航油缸活塞杆收回，同时带动密封油缸活塞杆伸出，挤出的液压油又被吸回密封油缸内，橡胶软管内压力减小，膨胀的软管就会收缩，挤压毛毡条的压力随之减小，此时就能轻松地摇动火炮起落部分了，密封毡条复原时通过密封槽注油管完成补油，将浸油毡条在高压下失去的油补充回来。

3.2.3 金属表面防腐

密封表面有腐蚀性的凹凸不平，排除方式采取对防护板密封表面进行局部修复，对所有凹坑进行修补，然后打磨密封表面，使其达到密封面光洁平滑的技术要求。光洁平滑的密封表面在实际使用中，由于密封毡条在两个压力变化下能够持续地进行失油与补油，因此密封表面始终保持有润滑油附着金属表面，为密封面提供了很好的防腐措施。

3.3 新密封技术的可行性分析

采用新密封技术后，由锁航油缸来带动密封油缸进行工作后，对锁航的动作及功能不会产生任何影响。因为锁航油缸的工作压力为16 MPa，此压力使活塞杆伸出将锁销插进止动槽内，而密封油缸的输出压力为2～4 MPa，2 MPa为预压力，4 MPa为最高输出压力，由密封油缸产生4 MPa输出压力，给锁航油缸所增加的阻力可以说微乎其微，所以新的密封装置不会影响火炮的任何动作和功能，并且具有以下优点。

3.3.1 无需人工操作且免维护

新密封技术实施后，改进装置经调试安装完毕后，无需人工操作与维护，只需要火炮在进行一级或二级勤务保养时给储油箱适时加油即可。火炮的操作与机构动作保持不变，防护罩与活动护板间密封状态的转换随着锁航油缸动作的转换而自动完成。

3.3.2 密封毡条失油后自动补油

新密封技术从原理上解决了长期使用后密封毛毡条失油与板结干枯的弊病，并且由于密封表面长期有油处于润滑状态，可以有效避免密封面的磨损与腐蚀，延长密封装置的使用周期与寿命。

3.3.3 对密封毡条施加柔性力

新密封技术由于采用液压力对密封毛毡条施加柔性作用力，从根本上解决了由于防护罩与活动护板的局部变形使密封间隙或大或小的变化导致密封失效的弊病。新的密封装置可以保证密封毡条不论处于任何位置及密封间隙的大小都可以得到同样的作用力，使密封效果可靠性大大提高。

3.3.4 新密封技术密封可靠且寿命延长

新密封技术改善了密封件的受力形式，具备密封毡条在加压失油和减压吸油的自动补油功能，保持密封表面不断得到润滑，减少密封表面磨损及防止金属腐蚀现象发生，即提高了密封效果，又增加了防护罩窗口密封的可靠性，也增加了密封装置的使用寿命。

新密封技术从原理和结构上彻底消除了旧密封装置的弊病，有效地提高和延长了火炮防护罩窗口密封的寿命和使用功能。该密封装置改进技术的原理和结构设计是可行的。

4 结束语

解决舰炮炮塔活动护板漏水的目的是要从根本上消除所有舰炮炮塔漏水这一共性问题，保护炮塔内的火炮零部件不再受漏水的损害，并且减少勤务保养的工作量，使火炮的技术状态保持良好，从而有效地完成作战使命。

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