Седло клапана в корпусе судовой арматуры

Полезная модель относится к арматуростроению и предназначена в качестве судовой арматуры из алюминиевой бронзы типа БрА9Ж4Н4Мц1 для использования в судостроении и в других отраслях промышленности.
Для трубопроводов систем забортной воды из меди и медно-никелевых сплавов судовая арматура изготавливается из алюминиево-никелевой бронзы. Алюминиево-никелевая бронза типа Бр.А9Ж4Н4Мц1 обладает высокой стойкостью к струевой коррозии, скорость коррозии составляет 0,02 мм/год при скорости потока воды до 4 м/с. Однако эта бронза в морской воде подвержена структурно-избирательной (язвенной) коррозии со скоростью до 0,3 мм/год. Наиболее уязвимым местом арматуры в отношении коррозионного воздействия агрессивной среды являются уплотнительные поверхности узла затвора (седло клапана - тарелка), где протекают самые активные процессы коррозионно-эрозионного разрушения. Поэтому срок эксплуатации арматуры из этой бронзы из-за образования протечек в узле затвора незначительный - 5-6 лет [А.Е. Вайнерман, М.М. Веретенников / Исследования наплавок медно-никелевого сплава с высоким содержанием никеля на алюминиево-никелевую бронзу / Вопросы материаловедения, 2010, №1(61), с. 78-85].
Высокой стойкостью к общей, струевой и структурно-избирательной коррозии в морской воде обладают медно-никелевые сплавы с высоким (40-60%) содержанием никеля [Коррозионно-стойкий медно-никелевый сплав для судовых трубопроводов морской воды / Кирилин Э.Ф., Королев В.В., Ушков С.С., Хомов С.Н., Шекалов В.И. / Вопросы материаловедения, 2000, №4(24). с. 39-44; ОСТ 5.9208-81. Металлы цветные и сплавы на основе меди, никеля, олова и цинка. 141 с.]. Однако большинство медно-никелевых сплавов относится к числу деформируемых материалов и для изготовления фасонных отливок их не применяют.
Решением данной проблемы является создание конструкции судовой арматуры из алюминиевой бронзы типа Бр.А9Ж4Н4Мц1, где уплотнительное поле седла клапана будет из коррозионно-стойкого медно-никелевого сплава с высоким (40-60%) содержанием никеля.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является принятая нами за прототип конструкция (запорного проходного клапана) судовой арматуры из бронзы марки Бр.А9Ж4Н4Мц1 [Российская академия наук. Машиностроение. Энциклопедия в сороках томах. Том IV-20. Корабли и суда. Стр. 528]. Корпус арматуры по прототипу изготавливается целиком из бронзы марки Бр.А9Ж4Н4Мц1.
Недостатком конструкции по прототипу является низкий срок службы арматуры. Низкий срок службы арматуры (5-6 лет) из алюминиево-никелевой бронзы марки Бр.А9Ж4Н4Мц1 связан с коррозионным разрушением уплотнительного поля седла клапана арматуры из-за структурно-избирательной (язвенной) коррозии. Алюминиево-никелевая бронза типа Бр.А9Ж4Н4Мц1 подвержена в морской воде структурно-избирательной (язвенной) коррозии со скоростью до 0,3 мм/год.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции корпуса судовой арматуры, где уплотнительное поле седла клапана будет из сплава, стойкого к структурно-избирательной (язвенной) коррозии в морской воде, что снизит коррозионные повреждения уплотнительного поля, а следовательно, повысит срок службы арматуры в целом.
Технический результат достигается за счет того, что в конструкции корпуса судовой арматуры согласно полезной модели седло клапана состоит из композиционного материала: медно-никелевый сплав с содержанием 4-6% никеля - переходный слой, толщиной 2-4 мм; медно-никелевый сплав с содержанием 40-60%) никеля - уплотнительное поле толщиной 3-4 мм.
На чертеже показано седло клапана в корпусе судовой арматуры из бронзы типа Бр.А9Ж4Н4Мц1 (1) в разрезе, где седло клапана состоит из композиционного материала: медно-никелевый сплав с содержанием 4-6% никеля - переходный слой толщиной 2-4 мм (2); медно-никелевый сплав с содержанием 40-60% никеля - уплотнительное поле толщиной 3-4 мм (3).
3
Переходный слой толщиной 2-4 мм из медно-никелевого сплава с содержанием 4-5% никеля необходим для предотвращения образования трещин, которые возникают в результате образования интерметаллидов при непосредственном соединении основы из бронза типа БрА9Ж4Н4Мц1 и медно-никелевого сплава с содержанием 40-60% никеля, из которого состоит уплотнительное поле. Согласно диаграмме состояния системы Cu-Ni-Al при содержании в сплаве более 5% никеля и более 1% алюминия при охлаждении сплава ниже температуры кристаллизации из него выделяются дисперсные интерметаллидные фазы NiAl и NiAl [Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. - М.: Машиностроение. 2004. - 336 с.].
При толщине переходного слоя менее 2 мм наблюдается проплавление основного металла из-за чего из бронзы в металл уплотнительного поля переходит алюминий до 4%, что приведет к образованию интерметаллидов.
Толщина переходного слоя более 4 мм приводит к увеличению трудоемкости и лишним затратам на материалы.
Уплотнительное поле толщиной 3-4 мм из медно-никелевого сплава с содержанием никеля 40-60% необходимо для обеспечения высокой коррозионной стойкости.
Толщина уплотнительного поля менее 3 мм не обеспечит высокую коррозионную стойкость.
Толщина уплотнительного поля более 4 мм приводит к увеличению трудоемкости и лишним затратам на материалы.
Конструкция седла клапана корпуса судовой арматуры с уплотнительным полем из коррозионно-стойкого медно-никелевого покрытия с содержанием никеля 40-60%) работает аналогично судовой арматуре по прототипу.
При использовании предложенной полезной модели седла клапана в корпусе судовой арматуры обеспечивается повышение коррозионной стойкости уплотнительного поля, а следовательно, срока службы судовой арматуры и в результате повышение эксплуатационной надежности судов.
Технико-экономическим результатом полезной модели является увеличение по сравнению с прототипом срока службы судовой арматуры из-за повышения коррозионной стойкости уплотнительного поля седла клапана. Повышение срока службы судовой арматуры увеличивает межремонтный срок эксплуатации и снижает затраты на ремонт.