Sự tiến hóa của ống cửa bướm trên tàu sân bay

Van bướm là một phần không thể thiếu để giữ cho hệ thống phòng cháy chữa cháy của tàu sân bay hoạt động trơn tru. Nhưng chúng đã được sửa đổi và cải tiến rất nhiều kể từ những ngày đầu sử dụng.

Hệ thống chữa cháy

Hệ thống chữa cháy của tàu phân phối nước biển có áp suất cho các dịch vụ chữa cháy, làm mát và xả nước. Dịch vụ chữa cháy trên các tàu này bao gồm trạm vòi chữa cháy, trạm bọt và dịch vụ chữa cháy trong các khoang dùng để chứa vật liệu dễ cháy. Trạm bọt phun hỗn hợp bọt và nước biển được phân phối đến các khu vực có nguy cơ tràn hoặc cháy chất lỏng dễ cháy, chẳng hạn như nhà chứa máy bay, buồng lái, phòng máy móc và phòng bơm nhiên liệu hàng không.

Chữa cháy là một trong những hệ thống phân phối chất lỏng quan trọng nhất đối với bất kỳ chiến binh hải quân nào. Nó cung cấp phương tiện làm mát cho các thiết bị quan trọng, bao gồm cả bộ làm lệch hướng phản lực - thiết bị an toàn trên máy bay phản lực dùng để chuyển hướng phát thải năng lượng cao. Chủ yếu cũng cung cấp các biện pháp đối phó xả nước bằng hóa chất, sinh học và phóng xạ cũng như nước để làm mát máy móc phụ trợ, máy phun (máy bơm), thiết bị ổn định tàu và xả nước tiểu và nhà vệ sinh.

Bởi vì nó rất quan trọng đối với dòng nước xuyên suốt con tàu, van cách ly lửa không chỉ cho phép bảo trì định kỳ mà quan trọng hơn là tiếp tục hỗ trợ tàu và thủy thủ đoàn sau khi hệ thống bị hư hỏng do chiến đấu.

Tôi nhớ vào đầu những năm 1990, khi tôi còn là kỹ sư trưởng trên tàu USS Nimitz (CVN-68), nhóm của tôi đã chỉ ra một chiếc van bướm cũ không quay được. Sau nhiều nỗ lực, nó đã rò rỉ nước mặn vào một trong những kênh chính trên tàu sân bay. Khi tìm đến vị trí của van tôi thấy tay cầm đã bị ngắt hoàn toàn. Tôi đoán là nhóm của tôi đã sử dụng một tay cầm mở rộng để tối đa hóa mô-men xoắn trên van trong một nỗ lực vô ích để xoay nó. Do tác động tiềm tàng của van không hoạt động này đối với hoạt động vận hành, chúng tôi đã phải cố gắng thực hiện các hoạt động bảo trì khi tàu đang ở cảng. Nhóm chúng tôi dự định khóa các van bướm thượng nguồn và hạ lưu để cách ly chúng, sau đó loại bỏ và thay thế các van hỏng.

Con tàu cuối cùng đã thả neo ở Bremerton, Washington, nơi nhóm cố gắng sửa chữa. Vài giờ trôi qua, người giám sát sửa chữa báo cáo rằng họ đã đóng và ngắt ba hoặc bốn van ở thượng lưu và hạ lưu của van mà không làm giảm áp suất. Tôi đã được thuyền trưởng cho phép đóng cửa nguồn cung cấp nước chống cháy cho bờ biển. Khi hệ thống đã cạn kiệt (sau vài giờ), việc sửa chữa có thể hoàn tất. Chúng tôi phát hiện ra rằng van sẽ không quay vòng vì nó chứa đầy vỏ sò, hà (một loại động vật chân đốt biển) và các mảnh vụn khác cũng như vật liệu làm chân van bướm khác.

Vào thời điểm đó, tôi tự hỏi tại sao chúng ta lại có một chiếc van kém hiệu quả như vậy trên một hệ thống quan trọng như vậy. Công tác chữa cháy rất quan trọng đối với nhiệm vụ của con tàu, đó là phóng máy bay để đạt được các mục tiêu của Cơ quan Chỉ huy Quốc gia Hoa Kỳ. Loại van bướm trên Nimitz lúc đó là van bướm có mặt ngồi bằng cao su (Hình 1). Khi van quay, tấm van luôn tiếp xúc với bề mặt ghế, một hành động được mô tả là "van bướm không lệch tâm". Do vật liệu mặt tựa luôn cọ sát vào tấm van trong mỗi chu kỳ nên hiện tượng ăn mòn bề mặt mặt tựa van là điều thường xảy ra. Thêm vào đó là hàm lượng canxi cao của sinh vật biển trong môi trường, cản trở sự chuyển động của van và làm hỏng đế van, và thật dễ hiểu tại sao các van này thường bị hỏng. Xem xét rằng thông số kỹ thuật quân sự cho van bướm biển bù đắp kép đã được công bố vào năm 1983, thật ngạc nhiên khi Nimitz vẫn lắp đặt những van cũ này trên thuyền. Các tàu sân bay mới được chế tạo có thể đã được trang bị van bướm cải tiến và các tàu sân bay đang hoạt động cũng dự kiến ​​sẽ được nâng cấp trong tương lai.

Đặc điểm kỹ thuật quân sự năm 1983 của Hải quân đối với van bướm biển (MIL-V-24624) thể hiện sự cải tiến đáng kể so với van bướm không lệch tâm. Thông số kỹ thuật yêu cầu chức năng lệch tâm kép (Hình 2). Thông thường, độ lệch đầu tiên đạt được bằng cách định vị trục phía sau đường tâm của bệ van. Điều này cho phép bề mặt bịt kín 360 độ hoàn toàn không bị cản trở. Độ lệch thứ hai định vị trục lệch tâm so với trục thẳng đứng của đế van. Sự kết hợp của hai độ lệch này tạo ra hiệu ứng cam khi tấm van bắt vít vào và xoay ra khỏi bệ van. Trong vài góc di chuyển đầu tiên, đĩa sẽ nhanh chóng nhấc ra khỏi ghế và không tiếp xúc với ghế nữa cho đến khi ghế gần đóng lại. Không có điểm mòn giữa đế van và tấm van. Van bù đôi có mô-men xoắn vận hành giảm và tuổi thọ ghế dài hơn đáng kể. Van này đã được biết đến rộng rãi như một loại van bướm hiệu suất cao, thậm chí ngày nay còn có nhu cầu lớn đối với hầu hết các tàu chiến trên mặt nước, bao gồm cả tàu sân bay. Tuy nhiên, dù có ưu điểm nhưng loại van này thường phải thay ống vì sử dụng chất liệu gioăng 2 mặt và khi thay van bướm bằng cao su hoặc đàn hồi đôi khi không vừa với khoảng trống còn lại. Với lần nâng cấp tiếp theo của van, ngành công nghiệp đã nỗ lực giải quyết vấn đề này. Cải tiến tiếp theo là van mô-men xoắn bù ba (TOTS), có đệm kín bằng kim loại với kim loại và quay một phần tư, không ma sát (Hình 3 và 4). Ghế bịt kín mô-men xoắn có nghĩa là lực ghế được tạo ra bởi mô-men xoắn tác dụng từ bên ngoài chứ không phải do sự can thiệp cơ học. Một vòng đệm ma sát được tạo ra bởi áp suất tiếp xúc chứ không phải ma sát giữa tấm van và mặt tựa.

Van TOTS không chỉ có tính năng lệch tâm kép của van MIL-V-24624 mà còn tạo ra độ lệch tâm thứ ba. Độ lệch thứ ba này là độ nghiêng của mặt ngồi và đường tâm hình nón bịt kín so với đường tâm của ống/van. Độ lệch tâm này giúp loại bỏ hoàn toàn ma sát mà vẫn đảm bảo không rò rỉ. Những tính năng này giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng, giảm yêu cầu bảo trì và giảm chi phí sở hữu so với van cổng truyền thống, van bướm và các thiết kế van khác. Ngoài ra, vì không cần miếng đệm nên TOTS thường hoàn toàn phù hợp với không gian còn trống của các van bướm cũ. Năm 2003, người quản lý chương trình tàu sân bay đã phê duyệt việc sửa đổi tàu và thông báo rõ ràng rằng mục đích của sự thay đổi này là thay thế 20 van bướm hiện có bằng van bướm TOTS tại các vị trí quan trọng trong toàn bộ hệ thống phòng cháy chữa cháy. Các van này chỉ dùng để thay thế nhánh cách ly chính (không phải trọng tâm của tác giả). Van TOTS thường đắt hơn để sản xuất, do đó, việc đảm bảo các điểm cách ly quan trọng nhất là điều hợp lý, vì hệ thống chữa cháy (có hàng km đường ống trên tàu) phải có van cách ly hiệu quả và chức năng nhất. Van TOTS là "Cadillac" của van bướm và chúng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt nhất. Tuy nhiên, ngành công nghiệp vẫn tiếp tục cải tiến chiếc "Cadillac" này. Van bướm hiện đại nhất và thậm chí còn có khả năng đàn hồi cao hơn là một phiên bản thú vị và độc đáo giúp giải quyết một trong những nhược điểm nhỏ của van niken-nhôm-đồng - ăn mòn/ăn mòn chân van. (Hình 5 thể hiện bằng chứng trên ghế TOTS). TOTS thế hệ tiếp theo có mặt ngồi được gia cố hoặc cứng lại. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ phun lạnh, giúp hấp thụ các hạt nhỏ ở trạng thái rắn của Inconel 624 và tăng tốc chúng lên hơn 3.000 feet mỗi giây. Kết quả là một lớp phủ trên bề mặt. Thế hệ TOTS này có vật liệu dày nửa milimet để tăng độ cứng đáng kể và khả năng chống ăn mòn/ăn mòn tốt hơn 2000%. Với tốc độ này, sẽ phải mất hàng trăm năm để làm mòn lớp phủ phun lạnh (không bao gồm thiệt hại do vật thể lạ).

Tóm lại là

Mọi tàu chiến của Hải quân Hoa Kỳ đều dựa vào hệ thống cách ly tốt để bảo trì và kiểm soát thương vong. Hãy tưởng tượng nếu cái van Nimitz tồi tệ đó bị hỏng nghiêm trọng. Vì không có cách nào để cách ly hệ thống (do một số van ở thượng nguồn và hạ lưu không chịu được), việc ngăn chặn lũ sẽ là một thách thức. Đối với hầu hết, nếu không phải tất cả các tàu, giải pháp duy nhất có thể là giảm áp gần như hoàn toàn hệ thống phòng cháy chữa cháy. Nếu điều này xảy ra khi tàu của chúng tôi đang được triển khai, hậu quả sẽ rất đáng kể: không gian bị ngập, mất khả năng sử dụng một số máy phóng, mất khả năng làm mát của hầu hết các hệ thống phụ trợ, v.v. Đây có thể sẽ không phải là một sự cố kết thúc nhiệm vụ vì một phi hành đoàn tài năng đã được đào tạo về thảm họa sẽ cho phép họ khắc phục sự cố và khôi phục hệ thống phòng cháy chữa cháy. Tuy nhiên, trong một khoảng thời gian ngắn, nó làm giảm tính sẵn sàng của một trong những tài sản quan trọng nhất của đất nước.

Do hiệu suất của van bướm quan trọng như thế nào đối với hạm đội, Hải quân Hoa Kỳ đã thúc đẩy ngành công nghiệp tiếp tục cải tiến các loại van này. Rất may, ngành công nghiệp đã phản hồi và sản phẩm có hiệu suất cao nhất hiện nay là biến thể ghế có mô-men xoắn lệch tâm ba (ghế cứng) - loại van bướm hiệu suất cao tốt nhất trên thế giới.

Mark Petersen-Overton biên tập, Gordon dịch và biên tập

Mark Peterson-Overton

là thuyền trưởng Hải quân Hoa Kỳ đã nghỉ hưu và hiện đang

Phó chủ tịch kinh doanh của ESI Acquisition Corp.

Chủ tịch, chịu trách nhiệm về hoạt động kinh doanh của JA Moody.