船舶尾轴密封装置的结构和漏油处理
船舶尾轴密封装置的结构和漏油处理
徐毅山
目前，越来越多的船舶尾轴管轴承采用白合金轴承替代传统的铁梨木轴承。这一方面是由于铁梨木本身的奇缺、价格上涨使得造船成本的提高，另一方面随着船舶吨位的不断增大，尾轴轴承的负荷也不断增加，铁梨木轴承的承载能力受到了一定的限制，铁梨木轴承主要是采用的水润滑，因水的粘度较低、水膜较薄因而其承载能力低，另外铁梨木轴承是海水直接进行润滑、冷却，因此其密封性能差、泥沙容易随海水的进入加速铁梨木轴承的磨损，。
采用油润滑的白合金轴承，由于油膜承载能力大，油的润滑性能好，尤其是其密封装置能有效地密封，海水和泥沙不易进入尾轴管，因而白合金轴承的磨损很小，主机和轴系的工作相对平稳、可靠。
油润滑的白合金轴承的特点：
1． 工作可靠、结构合理，便于安装和维修；
2． 耐磨性好、磨损小，使用寿命长；
3． 尾轴和尾轴管轴承的摩擦温升低、热性好，不易损害尾轴；
4． 密封装置有良好的跟踪性，使其在尾轴有下沉、或径向跳动及偏心转动、或轴向窜动时具有同样良好的密封性；
5． 允许较高的线速度。
一、尾轴密封装置的结构
尾轴密封装置分前、后密封装置。前密封装置的作用是防止尾轴管内的润滑油泄漏到机舱，后密封装置的作用是既防止尾轴管内滑油泄漏到舷外污染海面又防止海水进入尾轴管内乳化润滑油。
后密封装置主要是由铬钢衬套（或称白钢套）、密封环和密封环壳体（法兰环、中间环、罩环）组成。铬钢衬套直接套在尾轴上，铬钢衬套法兰由安装螺栓固定在螺旋桨上随螺旋桨的转动而转动。为了防止海水从铬钢衬套和尾轴之间渗入到尾轴管内，铬钢衬套法兰和螺旋桨之间设有密封床垫或0-令。后密封装置一般有三道密封环（#1，#2和#3），后面二道密封环（#1，#2）的作用是防止海水进入尾轴管内、第三道密封环（#3）的作用是防止尾轴管内滑油泄漏。
密封环是由丁晴橡胶（NBR）或氟橡胶（VITON）制成，可根据不同的使用条件选择使用。每个密封环的唇部内侧装有一根固紧的弹簧环，这个弹簧环的作用是以一定的预紧力作用在密封环上，使密封环以适当的紧度贴合在铬钢衬套上，保证密封环和铬钢衬套之间的密封性，另一方面当密封环由于长时间工作而有磨损时能得到一定的补偿。
三道密封圈（#1，#2和#3）由固定螺栓紧紧地固定在密封环壳体中，密封环壳体由安装螺栓固定在船尾的尾轴输出端本体上，密封环壳体是静止不动的、不随螺旋桨转动。
密封
环的工作原理是：利用肘拐型的密封形
状，在海水压力、润滑油压力、密封环自身的弹性及弹簧提供的预紧力的共同作用下，使密封环的唇部与铬钢衬套保持一定的径向力，从而达到其密封性。作用在密封环上密封面的压力P2大于背压P1时，密封环的唇部被紧压在铬钢衬套上，即可达到密封的目的，当P2 - P1的压差很小或几乎无压差时，能够保证密封系统的密封性，不发生渗漏；当P2－P1的压差为0.3MPa时，能够保证密封环良好的润滑及密封性能，且温升及磨损较小，能延长密封的寿命并保持密封在工作期限内的性能；当P2 - P1的压差过大，密封环虽能够提供更好的密封性，但同时也加剧密封环和铬钢衬套之间的磨损和因摩擦温度升高而加速密封环的老化。
图一 后密封装置
前密封装置的结构基本上与后密封装置结构基本相同，不同的是前密封装置只有两道密封环（#4和#5），用于阻止尾轴管内的润滑油泄漏到机舱；另一个不同是前密封装置的铬钢衬套由安装螺栓紧紧固定在一个夹紧环上，而夹紧环分为上、下环由固定螺栓又紧紧夹在尾轴上随尾轴的转动而转动，同样铬钢衬套法兰和夹紧环之间设有密封床垫或0-令。
图二 前密封装置
二、尾轴装置的润滑油系统
尾轴装置的润滑油系统比较简单，由尾轴管和前、后密封装置组成一个密封空间并充满润滑油，尾轴和尾轴轴承浸透在尾轴管的润滑油，是一个闭式的润滑系统。
在机舱高于船舶设计水线的3 - 4 米处，安装一个重力油柜通过管路与尾轴管上方的进油管连通，并通过尾轴管下方的回油管返回重力油柜。重力油柜的作用是补充和保持尾轴管的油位、产生一定的压力能作用在#3密封环上，保持尾轴密封装置内润滑油压力和外部海水压力一定的压差，同时重力油柜还起到放气、润滑油的循环和散热作用。
在后密封装置中，有二个独立的密封腔室（即密封环#1、密封环#2和中间环组成的密封空间、密封环#2、密封环#3和中间环组成的密封空间），这二个密封腔室在安装时注满润滑油，其作用是增加密封环的背压，保持润滑油与海水之间的平衡，保证密封环的密封性。
同样在前密封装置中，也有一个独立的密封腔室（即密封环#4、密封环#5和中间环组成的密封空间），也需要注满润滑油来保持润滑油与外界大气压力的平衡，保证密封环的密封性。
通常大部分船舶（尤其是直径大于125㎜的尾轴）都是在前密封装置的上方设置一个小油柜与这个密封腔室连通，小油柜的高度一般距前密封装置上端的0.3 - 0.5M，其作用也是为了
增加密封环的背压，保持润滑油与大气压力之间的平衡，保证密封圈的密封
性，同时也起到这个密封腔室内的润滑油与小油柜之间自动地循环润滑和冷却。
同样也有极少部分的船舶，也在前密封装置的上方再设置一个小油柜与后密封装置的二个密封腔室连通，其作用与前密封装置中设置一个小油柜的作用完全相同，但因连接的管路较长采用的船舶并不多。
三、内设“备用”密封环的尾轴后密封装置
为了完全防止尾轴管内的润滑油的泄漏，近来许多新造的船舶已开始安装内设“备用”密封环的尾轴密封装置。这种内设“备用”密封环的尾轴密封装置其实就是在后密封装置中再增加一道密封环#3S，在正常情况下密封环#3S并不投入使用，只有在后密封装置有泄漏时才投入使用。
图三 正常情况下，备用密封环不投入工作
如图三，在正常情况下，重力柜与密封环#3、密封环#3S和中间环组成的密封空间之间的润滑油连接管上的截止阀常开，使这个密封空间的润滑油压力和尾轴管内的润滑油压力保持同一压力，密封圈#3S处于无负载的空转状况、不投入工作。
图四 发生泄漏时，备用密封环投入工作
如图四，当后密封装置的密封环#3由于种种原因发生泄漏时，关闭润滑油连接管上的截止阀，使这个密封空间的润滑油压力小于尾轴管内的润滑油压力，密封环#3S投入使用，这样从理论上来说，增加了后密封装置一倍的使用寿命，能够保证船舶更长期地安全航行。
这种内设“备用”密封环的后密封装置的铬钢套长度和船尾安装后密封装置的组装长度都要比常规的要长。
四、具有回收系统的尾轴后密封装置
当尾轴后密封装置密封性能下降时，为了防止尾轴管内的润滑油向舷外泄漏或防止海水进入尾轴管内乳化润滑油，可在尾轴后密封装置上设有回收系统。
图五 具有回收系统的尾轴后密封装置
如图五，在尾轴后密封装置的回收室（密封环#2、密封环#3和中间环组成的密封空间）接上一路回收用的管路，使回收室的压力定为比海水和尾轴管内的润滑油压力要低一些，当万一后密封装置的密封性能下降时，舷外的海水和尾轴管内的润滑油会集中到回收室，通过回收管道，被回收到船舱内的回收柜中。
图中： Pst = Psw + 0.3 kg/cm2
Psw - 0.3 ≥ P2/3 ≥ Pst - 1.1
Pst: 尾轴管内的润滑油压力
Psw：海水压力
P2/3：回收室压力
五、尾轴密封装置的漏油处理
尾轴密封装置的最常见的故障就是漏油，尾轴密封装置漏油不仅是浪费大量的润滑油，造成直接的经济上的损失，更对
海洋环境造成严重的污染，一旦发现尾轴密封装置漏油必需高度的重视。
尾轴密封装置漏油最彻底、最有效
的处理方法当然是尽快进坞换新密封环，或在港内允许的情况下、利用船舶空载吃水较小时设法将船尾翘起露出水面、由经验丰富的专业厂家进行水上换新。
当尾轴密封装置漏油时，在润滑油中加入部分或全部换用高粘度的润滑油、利用高粘度润滑油的粘度大、流动性差的特点，来减少或改善尾轴密封装置的漏油。
但船舶在海上航行时，有时是很难立即做到上述的补救措施的，因此在尾轴密封装置漏油不是很严重的情况下，可采用常用的临时的措施来减少或改善尾轴密封装置的漏油。
具体的方法是：
1． 尾轴漏油至舷外时，用一个空油桶，作为临时的重力油柜，代替原来的重力油柜，在油桶的近桶底处装一个小的截止阀，用临时油管（可以用塑料软管代替）与尾轴进油管、回油管分别连通。临时重力油柜用一个葫芦吊起，可随时调节其高度，临时重力油柜的高度需要根据润滑油压力和海水压力的压力差计算出来、或根据实际经验、实际效果来决定。
悬挂临时的重力油柜的高度公式：
（单位:米）
H = 1.16(DA) + K
H - 临时重力油柜内油位内油位至尾轴外圆上端的高度
D - 尾吃水
A - 船底至尾轴外圆上端的高度
K 常数,( 通常在0 2 )
相当于润滑油压力比舷外的海水压力大0.50 0.20 kg/cm2
1.16的系数是由海水比重1.025 ÷ 滑油比重0.89( 在45°C时)得出来的。
降低临时重力油柜的高度，可减少漏油量，但如果一下子降得太低（如果这时候#1，#2也有漏的话）则海水就会漏入滑油中，因此应根据实际情况来控制临时重力油柜的高度。
当卸货时，可适当降低临时重力油柜的高度；装货时，可适当升高重力油柜的高度；利用临时重力油柜的高度变化来控制尾轴密封装置的漏油量。
2． 当前密封装置漏油向机舱漏油时，有三种情况要具体分析和分别对待：
如果是#4密封圈损坏，前密封装置的小油柜很快就会溢满，这时可将前密封装置的小油柜上面的盖子封住，不让润滑油流出来；
如果是#5密封圈损坏，可设法将漏出来的润滑油收集后回收起来，沉淀、过滤后可继续使用；
如果是铬钢衬套法兰和夹紧环之间设有密封床垫或0-令损坏，可将尾轴管内的滑油放空后换新。