船舶尾轴密封的研究

大连海事大学毕业论文二0一一年六月关于当前尾轴密封技术的研究与介绍专业班级：轮机管理07级13班姓名：林守东指导教师：张鹏轮机工程学院内容摘要本文着重介绍了当前主流的尾轴密封装置的原理,结构,优缺点和应用范围，如水润滑密封的EVK型尾轴密封，油润滑的填料函式和simplex式尾轴密封技术，空气式3AS尾轴密封技术等，并对各个密封技术的发展前景分析展望。

关键词：尾轴；密封；唇形密封；端面密封AbstractSeveral current main stern-shaft sealing technology'working principle,structures,advantages and disadvantages,scope of applicaticn have been introduced in t his paper，such as Water lubrication sealed EVK stern-shaft seal type，oil lubrication of the stuffing box type and simplex type stern-shaft sealing technology，Air guard 3AS seal and so on,And of all the development prospect of the sealing technology are analysed.Key words:Stern-shaft ; Seal; Simplex seal; Face seal目录第1章绪论 (5)第2章当前船舶主要的密封技术 (6)2.1油润滑密封 (6)2.1.1船舶油润滑密封的发展 (6)2.1.2紧凑型辛泼莱克斯尾轴密封 (6)2.1.3船舶尾轴油密封的进一步改进和发展 (7)2.1.4无漏泄型尾轴密封的研究 (9)2.2 水润滑密封 (11)2.2.1填料函式 (13)2.2.2 EVK型水润滑密封装置 (15)2.2.3 带补偿装置的水润滑密封装置 (17)2.3 圆环型密封 (18)2.3.1特点 (18)2.3.2密封环结构的改进 (18)2.3.3密封环材料的改进 (19)2.4 空气式尾轴密封 (19)2.4.1传统密封的主要缺点 (19)2.4.2空气式尾轴密封的基本原理 (20)2.4.3 AIRGUARD 3AS空气式密封 (21)2.4.4 KOBELCO空气式尾轴密封 (22)1，简单介绍 (22)2，基本设计 (23)3,工作原理 (24)第3章结论与展望 (25)第1章绪论船舶尾轴密封装置的工作条件是十分恶劣的，在工作时，它除受到剧烈的磨损及摩擦高温的作用外，尚受到江河含泥沙水的作用。

特别是对吃水比较深的船舶，还要承受较高水压和滑油静压两者压力差的作用，另外螺旋桨在回转时，还会产生悬臂及不均匀载荷，致使尾轴在尾轴承中所产生的径向跳动及偏心运幅度较大。

再者，主机常用正倒车工作情况，尾轴在运转时往往还会产生一定的横向和轴向振动，对尾轴密封装置也会造成不良的影响。

这些工作特点，对尾轴的密封是很不利的。

加之尾轴密封装置一旦出现故障，不仅使滑油泄露或产生大量的机舱污水，对水域造成污染，而且换修往往需要船舶进坞或上排，影响船舶的正常营运，所以对尾轴密封装置的研究是及其必要的。

尾轴密封装置的发展日新月异，主要有三种形式：水润滑密封装置，油润滑密封装置和空气密封装置。

下面，笔者对这三种尾轴密封形式进行一下介绍。

第2章当前船舶主要的密封技术2.1油润滑密封2.1.1船舶油润滑密封的发展最早的油润滑尾轴密封:本世纪五十年代以前，大多数船舶采用盘根做尾轴密封，这种密封型式发热多、磨损快。

1948年德国船厂首次采用由德国公司HDW 研究成功的一种称之为辛泼莱克斯唇形密封，将船舶尾轴由水润滑改为油润滑方式，密封装置结构见图，整个装置包括前密封、后密封和润滑油系统，位于船尾靠近螺旋桨的后密封上设了三道密封环，用于阻止海水的侵入和防止尾管轴承润滑油的向船外泄漏，前密封装置上装配有4#、5#两道密封环，用于防止润滑油漏入机舱。

润滑油系统的设置，主要考虑的是万一密封损坏，宁可让油漏至船外而不让海水侵入尾管。

另外，即使密封完好无损，为使轴承滑动面形成油膜，也需使润滑油有极少量外泄，故尾管内的油压较海水压力为高。

经过反复改进，六十年代以后，这种密封在船舶上迅速得到了推广使用。

图1最初的辛泼莱克斯尾轴密封2.1.2紧凑型辛泼莱克斯尾轴密封七十年代初，德国人经过进一步的改进，成功地推出了紧凑型辛泼莱克斯(simplex-compact)尾轴密封。

和老式辛泼莱克斯密封相比，紧凑型密封装置在结构上作了较大的改进，装置的密封壳体由整体式改为剖分式，便于船舶进坞时或纵倾时不必拆卸螺旋桨或移动螺旋桨轴就能进行密封环的更换，密封环具有一个圆球形头，在安装时能良好定位，密封环的材料和形状适合于在压力较高，轴偏心或轴系振动等不利情况下也能确保其密封性图2紧凑型辛泼莱克斯尾轴后密封根据使用的材料不同，密封装置分成A，B，C和E四种后密封形式，以适应不同的运行状态而共用户选用。

装置的前密封内装有一个循环器。

运转时，使4#和5#密封环之间空腔的润滑油能在一个带有散热片的油箱间进行循环，从而使润滑油温度降低，改进润滑，并避免润滑油中的杂质聚集在密封环和衬套的接触面上，以延长部件的使用寿命。

研制成功的紧凑型辛泼莱克斯尾轴密封，使在温度和油压作用下密封环的永久变形，摩擦损失和磨损比老式得到减少，延长了密封的使用寿命和大大提高了装置的密封性能，其密封压力和尾轴衬套的圆周线速度也有很大提高。

六十年代中期，日本引进前西德专利以后，对辛泼莱克斯密封进行了大力的开发研究工作。

日本人在密封环的应力分布，密封压力、密封形状对密封环的变形和对唇部接触宽度的影响，密封唇接触部温度分布，密封泄漏的原因，泄漏油的回收，尾轴的轴向和径向振动对密封性能的影响等方面进行了深入的理论计算和实验分析，并对密封环的护托方式，密封材料的合理选择进行了大量试验。

通过研究和改进设计，使日本的船舶尾轴密封产品很快大量进入国际市场，到七十年代末，日本的尾轴密封技术已成为能够与前西德竞争的强有力的对手。

2.1.3船舶尾轴油密封的进一步改进和发展随着船舶的大型化和高速化，船舶尾轴密封泄漏事件时有发生，为此造船界对橡胶材料，密封型式和构造进行了进一步的研究和改进，以图提高船舶尾轴密封的可靠性。

下面是对唇形密封进行改进的几例。

图3是在紧凑型辛泼莱克斯前述四型产品基础上发展而成的防漏型产品。

该型的前、后密封上都装有循环器，两循环器串联合用一个沉淀油箱。

图3防漏型辛泼莱克斯密封系统改进后的润滑油系统尾轴管中润滑油压力可减少到低于水压。

后密封第2和第3道密封环之间腔室油压可比尾管内的油压和海水压力都低。

当轴转动时，由于循环器的作用，润滑油经管系和沉淀油箱自动循环，在沉淀箱中水和杂质被分离。

由于润滑油的循环，密封处润滑油温度降低且被清沽，延长了密封使用寿命。

图4是另一种改进形式，结构上和常规紧凑型辛泼莱克斯密封相比没有多大改变，仅在1#与2#密封环之间的空腔设有润滑油油管，使过去主要用以阻挡杂物的1#环也作为实际密封使用，并增设一个剖分式的密封环护托，取下剖分环就能改变轴套和密封环的接触位置，使轴套可继续使用。

该密封装置的润滑油系统相应作了改进。

一般情况下使后密封二个油腔的油压基本相同，使2#环接近无负荷状态，但在满载吃水时，可使1#环2#和环之间的油腔压力适当提高以减轻1#环的负荷。

万一1#环损伤，大量海水侵入到1#环和2#环之间油腔，可关闭该油腔，由2#环承担负荷。

一般尾管油压定得比空船吃水时稍低，以防止向船外漏油。

故前密封的负荷亦较常规式的为低，从而延长了它们的使用寿命，且避免了因吃水变化转换高低油箱的麻烦。

图4改进型船舶尾轴密封结构简图图5后密封装有备用密封环的一种形式，在3#环和3S#备用环之间的腔室，通过管道和阀门和尾管润滑油系统相连，通常情况下可调节该腔室的油压，使3S#环几乎处于无负荷状态。

万一3#密封环发生损伤，产生向船外漏油的情况时，则关闭通向3#和3s#环油腔油管上的阀门，使3s#环代替3#工作，从而提高了装置的安全性。

图5装有备用环的尾轴后密2.1.4无漏泄型尾轴密封的研究1983年，IMO(国际海事机构)的海洋污染防条约生效，向船外泄漏润滑油的限制越来越严，船舶尾轴密封的可靠性和安全性提出了更高的要求，万一密封发生损伤时也能完全防止润滑油向船外漏泄，为此研制出了多种型式的能回收泄漏油的无泄漏型尾轴密封装置。

（1）设计观念的变更：如前所述，常规的密封装置尾管内的润滑油压力定得比海水压力高。

而新型密封装置中则将尾管内的油压定得比海水压力低，使之无论是在正常状态还是密封损伤情况下都不会产生润滑油外泄。

这种密封装置须认真对待的是想方设法来防止海水侵人尾管图6是一种典型的油回收型唇形密封装置的润滑油系统原理图，该系统适合于满载吃水15m以下的船舶。

系统设置了三个彼此独立的补油箱，分别与由四道密封环组成的后密封三个腔室中的后两个腔壁和前密封的一个密封室相通。

在这样一个系统中，0#环和1#环之间腔室的油压亦低于海水压力，形成一个低压腔。

这样的设计就可防止润滑油外漏，而当密封万一发生故障时，从密封装置渗漏出来的滑油可通过集油管道进行回收，如当3#密封环损伤时，溢出油可由1#环和2#环之间的腔室进行回收。

同样，当1#环损伤时，溢出油可由0#和1#环之间的腔室回收。

此外，后密封各环之间腔室的容量和形状的设计，考虑了减低压力起伏的相位差，使由于尾轴的振动而发生的压力波动得以减小，使密封装置具有高的抗振能力图6油回收型密封装置（2）其他几种无泄漏型尾轴密封装置：图7是欧洲一些国家采用的一种由机械密封和唇型密封相组合的无泄漏密封装置，靠海水侧设置机械密封尾管轴承侧设置常规采用的唇形密封，而密封之间的腔室设有通向机舱能在机舱回收泄漏油（水）的管路。

但这种形式的密封由于大轴径用的机械密封的稳定性欠佳，故通常在船舶营运过程中总会回收少量海水。

图7欧洲的无泄漏型密封为了克服上述缺点，于84年推出了一种segment密封盒唇形密封相组合，用压缩空气作为缓冲气体，称之为segment密封方式的无泄漏密封（见图8）。

在后密封中设置了5到密封，1#和2#segment密封对向设置，并供给压缩空气形成比海水压力高约30KPa的压力腔，用以密封海水。

与之相毗邻的腔室，用出气和泄水管通向机舱，并与大气相通。

因此，装置成为海水侧密封和油侧密封完全分离的构造。

这样，通过2#盒2E#segment密封的少量空气，虽能由管路向船内泄漏，而万一发生海水或是润滑油泄漏情况时，亦能通过管路向船内回收，从而防止了润滑油向船外的漏出和海水侵入尾管。