某型通气管升降装置的特点分析及改进建议

颜少平

(海军驻武汉四六一厂军事代表室，湖北武汉430084)

1 某型通气管升降装置的组成及工作原理

某型通气管升降装置主要承担常规潜艇处于水面及通气管状态航行时向柴油发电机舱和全船通风系统供给空气的任务，因此，该装置在潜艇中所处的地位和重要性是不言而喻的。

通气管升降装置主要由浮阀、导向围阱、活动空气围阱、固定空气围阱、液压升降机、围阱接管、制动器装置和下部灯光信号等部件组成，如图1所示。其工作原理为:单作用液压升降机6借助全船液压系统压力总管提供的压力油，经电液换向阀、固定液缸进入活动液缸，升起活动空气围阱4，将装置核心部件浮阀1升起到预定位置;工作任务完毕后，依靠装置自重下降复位;装置的升起和下降到位与否借助灯光信号8来显示。浮阀能在浪来时关闭，浪退时开启，并能在规定水压作用下自动开启，以完成向发电机舱和通风系统供应空气的任务。

图1 某型通气管升降装置组成结构图

2 通气管升降装置的特点分析

通气管升降装置结构的主要特点为:

(1)进气围阱直径有所增加，结构更趋合理。通气管升降装置是潜艇动力装置进气系统的重要组成部分。通气管进气围阱直径的大小，直接影响着艇内机舱的真空度。而真空度的大小除影响艇员的工作和生活外，还关系着潜艇柴油机功率的发挥。通气管直径过大或过小都是不合适的，通气管进气围阱直径大小的确定原则应该是在满足柴油机发挥出所要求的功率前提下，尽可能选择较小的进气直径，以满足总体及实际需要。该型通气管，在充分考虑各方面因素的情况下确定了合适的进气通径。据此设计制造的活动空气围阱、导向围阱壳体、固定空气围阱的直径均较其他型通气管直径有所改进，设计和使用效率更趋合理。另外，根据动力系统的要求，固定空气围阱上的2个进气肘管相连的法兰孔合二为一，并下倾30°与进气肘管相连，空气流道更为流畅，结构更趋合理。

(2)水面航行状态和通气管航行状态时的进气通道合二为一，减少了水面航行状态时通气管装置的升起。在设计和制造中，在充分考虑了导向围阱对活动空气围阱升降时的导向作用以及导向围阱的支撑强度后，根据围壳的结构和行程要求，合理调整活动空气围阱和固定空气围阱的高度。同时，将固定空气围阱上的进气肘管法兰孔下降一定的高度，减少了装置下降时活动空气围阱对进气肘管的遮挡。由于固定空气围阱直径较大，不会对贮水空间产生大的影响。这样，当潜艇在水面航行状态和码头充电时，能在不升起通气管装置的情况下，保证通气管对机舱和通风系统的正常供气，简化了操作，实现了潜艇水面航行状态和通气管航行状态进气通道的合二为一。

(3)包含阀盘等活动部件在内的浮子具有较小的自重与浮力比，提高了浮阀启闭的灵敏度。从浮阀的作用和工作原理上看，在设计和制造中应趋向于增大浮子尺寸，减少浮子(含阀盘等活动部件)的重量，力求较小的自重和浮力比，增加浮阀开启的灵敏度。通过对该型机械式浮阀的结构形式和工作原理进行分析，浮阀开启的灵敏度主要取决于以下几个方面的因素:浮子(含阀盘)的自重;浮子有效排水体积形成的浮力;浮阀浸水后浮子肩部及阀盘处形成的上下压差;浮子与阀杆的滑动摩擦力。该型装置在设计和制造中，适当加大了浮子的尺寸。通过优化设计计算，实现了较小的浮子自重与浮力比，提高了浮阀开启的灵敏度，保证进气通畅。

(4)通过合理的隐身设计，增强了隐蔽性。潜艇装备了通气管升降装置以后，在通气管状态航行时的目标要比浮出水面航行时小得多，所以大大提高了潜艇的隐蔽性。但潜艇在通气管状态航行时升起通气管装置，它又是敌方雷达发现我方潜艇的主要散射源之一。所以，该型装置的浮阀外表面涂刷雷达吸波涂料，减少了雷达波反射面积，提高了其隐蔽性。

3 存在的问题

尽管该型通气管升降装置在结构、设计、制造和使用中表现出诸多优良的性能，但通过实际操作、维护、保养，发现该装置也存在一些有待进一步改进和完善的方面，主要表现为:

(1)该装置的浮阀壳体为普通碳钢焊接件，虽然采取了必要的防腐措施，但完全在海洋环境中使用，浮阀壳体表现出耐海水腐蚀能力明显不足的现象，影响该装置的使用寿命和安全。浮阀壳体腐蚀严重并烂穿后，当潜艇由水面状态或通气管航态下潜时，浮子不能形成有效的上下压力差，浮阀不能在规定的浸水深度自动开启，将导致通气管装置活动空气围阱、固定围阱不能及时充水。由于通气管装置的活动围阱、固定围阱均不是耐压件，过高的水压会使围阱受压变形，导致升降机构运动卡滞进而影响浮阀的开启功能。

(2)浮阀浮子及阀盘的密封是由安装在栅条及浮阀壳体上的2件J型密封圈来保证的。J型密封圈的材料为普通丁腈橡胶，耐海水性能差。经长期使用，密封圈老化后其硬度发生了变化，影响浮子及阀盘在浸水后压差的建立，进而改变了浮阀浸水后自动开启的深度，影响其定深开启的工作性能，存在一定的安全隐患。

(3)浮阀是通气管升降装置的核心部件，安装在活动空气围阱的顶部，当潜艇在通气管状态航行时，活动空气围阱在液压机的作用下将浮阀顶升起至工作位置。但活动空气围阱露出水面部分有一定的高度，且活动空气围阱的直径较大，较大面积的围阱裸露在水面上必将导致潜艇的隐蔽性下降。

(4)该型通气管升降装置在通气管航态时，以较短的行程升起浮阀，为柴油机发电提供空气。受较短伸距的限制，潜艇围壳部分浸水深度浅，在大浪情况下，浪峰时浮阀关闭，影响通气管的正常工作;浪谷时，又可能会造成潜艇围壳露出水面，对潜艇的隐蔽性造成很大的影响。

4 改进建议

通过对该装置特点及存在问题的分析，提出的有针对性地改进建议如下:

(1)改进浮阀壳体的材料。从该型装置的使用和修理情况来看，浮阀壳体锈蚀严重，但不锈钢浮子整体情况良好，反映出该浮子材料良好的抗海水腐蚀性能。建议浮阀壳体采用不锈钢板制作，可具备与浮子相同的抗腐蚀性能。但在制造过程中，应注意不锈钢与碳钢的区别。不锈钢材料强度高，焊接应力较大，结构件制作完毕后应进行有效的退火处理，消除焊接应力，减少或消除浮阀壳体加工后或使用中的变形，以保证安全性。

(2)改进浮阀的密封结构。浮阀上所使用的J型密封圈，长期浸泡在海水中，不可避免会出现硬化的现象，随着使用时间的加长，导致浮阀开启深度的改变。建议改进浮阀的结构形式:栅条和围栏环采用金属刃口与阀盘和浮子密封。这样，当潜艇下潜时，能在浮子上形成稳定的压力差，而浮子自重和浮力是不变的，可以保证浮子长期稳定的开启深度。

(3)改进活动空气围阱露出水面后雷达波的反射面积，增强隐蔽性。活动空气围阱表面分布有4块金属导向板，其与导向围阱壳体内的导板形成导向摩擦副。建议在活动空气围阱表面4块导板的空档处涂刷雷达吸波层，导板处涂刷耐磨层(耐磨层需进行机加工)和吸波层，不但可保证导向作用，还可以大大减小装置露出水面部分雷达波的发射面积，进而增强隐蔽性。

(4)改进通气管升降装置的行程，进一步提高隐蔽性。增加装置的行程，可加大潜艇通气管航态时的潜深，也可提高潜艇的隐身性能。如能将该装置活动空气围阱的行程适当增加，则潜艇在通气管状态航行时，可在现有的基础上再下潜相当的深度，可进一步提高潜艇通气管航态时的隐蔽性。现有状态下，通气管行程的加长，使活动空气围阱的加长。当装置下降到位后，过长的活动空气围阱会对固定空气围阱的进气肘管造成遮挡，使得潜艇在码头系泊状态时，在不升起通气管的状态下，不能向潜艇机舱供气。为此，可将活动空气围阱设计成阶梯状圆柱结构，上半部分结构形式与原结构一致，为耐压密封结构;下半部分在圆柱面合适位置开孔，当活动空气围阱降下时，该孔与固定围阱进气肘管重合。这样，既加大了潜艇通气管航态的潜深，有利于增加隐蔽性，又具备水面航态或码头系泊状态时不升起升降装置仍可向机舱供气的功能。