船舶尾轴密封

船舶尾轴密封的发展展望 第一章 绪论

在采用螺旋桨推进的船舶中，尾轴和尾轴承之间要按一定的规定留有间隙，尾轴又处于水面以下，工作时需要润滑和冷却，因此为了防止海水沿螺旋桨轴流入船内及润滑油泄漏，在尾轴管中必须设置密封装置。尾轴密封装置的工作环境和条件极其恶劣，其在工作时不仅受到由轴系转动带来的磨损外，轴系自然下沉产生产生的不均匀作用力的影响，主机正倒车时尾轴还会产生一定的横向和轴向震动，这些都会对尾轴密封装置造成不良影响。尾轴密封装置是船舶轴系的重要部件之一，其性能的好坏直接影响到船舶的正常营运和经济型，同时对防止尾轴滑油污染海洋环境起着十分重要的作用，因此国内外造船界和航运部门对其可靠性和可维修性等提出了更高的要求，所以对尾轴密封装置的研究是及其必要的。下面笔者就对尾轴密封的发展及其展望做一个粗浅的分析。 第二章 船舶尾轴密封的类型、原理及其发展 2.1填料函型首密封装置 “填料函型密封”俗称“盘根密封”，这种装置是最早出现的尾轴密封形式，多用于铁梨木尾轴承。 2.1.1填料函型首密封装置的工作原理 图1为填料函型首密封装置的工作原理简图，此种密封装置主要是靠填料5来阻止舷外水流入机舱，填料5在压盖3的预紧力作用下与螺旋桨轴紧密接触，达到密封的目的。尾轴承下沉时，可径向调节填料函本体4使与尾轴同心，以保持良好的密封效果。该密封装置一般都设有进水管1，引入具有压力的舷外水，冷却和冲走积存在填料内的泥沙。

图1填料函型首密封装置的工作原理简图 2.1.2填料函型首密封装置的特点 填料函型首密封装置具有以下特点： （1） 结构简单，易维护管理，当发现密封处漏水过多时，稍加压紧压盖即可；更换填料也很方便。但由于盘根比较容易磨损，定时的对密封进行调整和填料（盘根）的更换，增加了轮机人员的劳动量，同时也增加了调整的随意性和不安全因素。 （2） 造价低廉，使用可靠，现在该种密封装置一般都采用橡胶轴承。相对来说橡胶轴承价格低廉，且使用可靠。但橡胶的磨损和老化会直接影响到轴系的情况且适应尾轴径向跳动的能力差。 （3） 轴功率损耗大，对尾轴（套）的磨损严重，必须定期抽轴更换防磨衬套或对尾轴的磨痕进行堆焊、光车，维修成本高、周期长。 2.1.3填料型首密封装置的发展 随着船舶技术的发展，油润滑尾轴承及轴封应运而生，它的磨损少、摩擦功率小、使用寿命长，因此在一些大中型船舶上逐渐取代了填料型首密封装置。虽然后期出现了诸如“EVK型水润滑密封装置”和“带补偿装置的水润滑密封装置”等改进型，但主要趋势是用于小型船舶

2.2油润滑密封装置 2.2.1油润滑密封装置的工作原理 笔者认为油润滑密封装置的原理可以以典型的辛泼莱克斯（simplex）型为例来说明，如图2，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2最初的simplex尾轴密封装置 2.2.2油润滑密封装置的特点 油润滑密封装置有以下优点：1、尾轴轴承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。2、密封装置有良好的跟踪性，使其在尾轴下沉、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。3、它的磨损少、摩擦功率小、轴功率损耗小。4、使用寿命长。但是如何确保润滑油能有效地封闭在轴承区间而不向舷外和机舱泄露，一直是油润滑密封装置的难题。漏油不仅增加油耗，造成润滑不良，更会污染水面。因此就出现了一系列的改进型。 2.2.3油润滑密封装置的发展 上面2.2.1已经介绍了最早的simplex尾轴密封装置，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。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。 2.2.3.1回收型无漏泄型尾轴油润滑密封装置 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。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3防漏型simplex尾轴密封系统 2.2.3.2改进型尾轴油密封装置 改进密封环的数量和滑油系统，图4是一种改进形式，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#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为另一种后密封装有备用密封环的一种形式，在3#环和4#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4#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4#环油腔油管上的阀门，使4#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 2.2.3.3空气式尾轴油润滑密封装置 传统型的尾轴密封装置油与水都是仅由一密封环间隔，这样油和水就不可避免的有互相掺混的现象。研究表明，通过密封间隙的漏泄量Q可以表达成：

从上式可以看出，漏泄量与不锈钢套的直径、密封圈两侧的压差、密封圈与不锈钢套外圆间隙的平方以及钢套外圆圆周速度成正比，而与密封圈作用在不锈钢套外圆的径向压力的平方成反比。不锈钢套外径越大,圆周速度就越大，则密封圈与不锈钢套的磨损就越严重,?泄漏量也更大。密封圈作用在不锈钢套外圆的箍紧力越大，摩擦力越大，油膜越薄,漏泄量虽可减少，但唇口与不锈钢套磨损就会加剧。因此，为减小漏泄量采用增大密封圈用在不锈钢套外圆的箍紧力的方法显然是不可取的。因而，惟一正确有效的途径就是减小密封圈两侧的压差（P1－P2）, P1=P2时Q=0。但对于传统型的尾轴密封装置密封油腔中的油压是难于调节而趋于恒定的。因此,在船舶吃水改变时，橡皮圈两侧就可能存在较大的油水压差。故在轴系的振动、校中质量、磨损等因素的影响下，密封装置仍可能发生较严重的漏泄。由此产生空气式尾轴油润滑密封装置。图6为该种类型的原理简图，尾部密封有4道密封圈，船内的空气源通过管路通到＃2/3环之间的腔室，然后以气泡形式从尾部释放到海水中。根据物理学经典原理可知，液面下任一点的压强与该点至液面的高度成正比，因此该装置利用从尾部以气泡形式释放的空气压力来检测船舶吃水的变化。任何船舶吃水的变化能够自动地被空气控制单元跟踪并自动调整输出压力和尾轴管内油压，从而防止海水侵入船内和润滑油流出船外。

图6空气式尾轴密封装置原理简图 如图7所示为装有空气式尾轴油润滑密封装置的尾轴密封及其系统图。空气式尾轴密封能较好地解决滑油漏泄造成海洋环境的污染，最大限度地解决了密封环和衬套的磨损。另外，该装置可靠性高，应急情况下可以比较方便地转换成传统的油密封，因此空气式密封具有很大的发展空间。作为轮机管理人员，掌握该装置的工作原理和管理要点，适时根据工况参数调整和维修保养有关部件，是确保该装置正常工作的关键。 图7装有空气式尾轴油润滑密封装置的尾轴密封及其系统图 第3章结论与展望 目前，在大中型船舶中广泛采用的是传统的唇形橡皮环式密封装置，并以Simplex型最为著称，经过半个世纪的发展这种密封方式已经较好地满足了船舶对尾轴密封的要求，?但随着各国对环保要求的日益严格，以及船舶的日益大型化，世界各尾轴密封厂商相继开发了改进设备，空气式的尾轴密封方式就是其中一个很好的较新颖的改进方式。空气式尾轴密封能较好地解决滑油泄漏造成的环境污染，减轻尾轴的轴向和径向振动对密封造成的影响，以及最大限度地解决密封环和轴套的磨损。另外它可靠性高,?紧急情况下可以转换成常规的油密封。综上所述空气密封有着很大的发展空间。但目前系统还存在着一定的差距：首先，空气压力调节的灵敏度和精确性尚有待提高；其次，整个控制系统尚未实现数字化；三，系统操作比较复杂。随着造船科技的进步，这些难题会慢慢地解决，更为先进的空气式船舶尾轴密封技术必将出现

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