某船尾軸密封裝置的漏水原因分析及維修

王國壯+彭乃東

摘 要： 尾軸密封裝置是船舶軸系的一個重要部件，能有效隔離海水、泥沙和微生物，并保持軸系的密封性。本文介紹了KWJS型密封裝置的安裝過程，并分析了其漏水原因。

關(guān)鍵詞： 尾軸；密封裝置；安裝；漏水

中圖分類號：U674.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Sealing device is an important part of ship shafting which is effective in isolation of lubricant， seawater and silt. In this paper， the installation procedures of KWJS sealing device are presented and the reasons for its leaking are analyzed.

Key words： Stern shaft； Sealing device； Installation； Leakage

1 引言

尾軸密封裝置是船舶軸系的一個重要部件，不僅能保證尾軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中有下沉、徑向跳動及偏心轉(zhuǎn)動、軸向竄動等情況時具有良好的密封性，而且能有效隔離海水、泥沙和微生物，防止海水灌入機(jī)艙，其工作性能的好壞，對船舶運(yùn)轉(zhuǎn)性能有著重要影響。

本文介紹是瑞典Roplan公司生產(chǎn)的KWJS型尾軸密封裝置。該密封裝置采用唇形密封與機(jī)械密封相結(jié)合的方式，能較大程度的提升裝置的密封性能。

2 尾軸密封裝置結(jié)構(gòu)簡介

KWJS型尾軸密封裝置見圖1。

圖1尾軸密封裝置可分為靜密封組合件，圖1①（包括密封座、螺釘、密封座墊片、驅(qū)動銷、O形圈和靜環(huán)等），鋅環(huán)，圖1 ②，徑向唇形密封，圖1③，襯套圖1 ④和動密封組合件，圖1 ⑤（包括固定夾片、螺釘、旋轉(zhuǎn)密封套筒、彈簧組、O形圈、對開環(huán)和動環(huán)等）共五大部分，其主密封副（動環(huán)與靜環(huán)）靠彈簧組件和水壓使它們緊密貼合，保持持續(xù)接觸壓力，形成嚴(yán)實的端面密封。密封面磨損時，彈簧組件產(chǎn)生的預(yù)緊力能夠使其自動補(bǔ)償。尾部設(shè)有唇形密封，圖1 ③，能有效阻止海水、泥沙和微生物的進(jìn)入。另外，密封裝置還設(shè)有鋅環(huán)，圖1 ②，能起到犧牲陽極，防止腐蝕的作用。

3 尾軸密封裝置的結(jié)構(gòu)特點和工作原理

3.1 結(jié)構(gòu)特點

主密封即葉輪軸密封是一種機(jī)械密封，是為噴水推進(jìn)裝置的特殊環(huán)境而設(shè)計的。密封裝置中相對轉(zhuǎn)動表面（動、靜環(huán)）是相互摩擦的。相互摩擦表面的材料一邊是碳化硅，另一邊是石墨。密封座材料則是不銹鋼。冷卻水是從推進(jìn)泵裝置中引來的，以保證密封座中經(jīng)常充滿水，在密封座內(nèi)的水連接的后部有一唇形密封。采用復(fù)雜的機(jī)械密封形式是因為推進(jìn)泵裝置不工作時，保護(hù)套內(nèi)的靜壓壓住唇形密封圈以防止水進(jìn)入；但當(dāng)推進(jìn)泵裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時保護(hù)套內(nèi)是負(fù)壓，為了避免空氣進(jìn)入而引發(fā)空泡，采取從主機(jī)水冷系統(tǒng)引來高壓水進(jìn)行水封（導(dǎo)葉體處引流作為備用）。具有相互摩擦面的機(jī)械密封即為防水封，此時即便有少量水從唇形密封圈內(nèi)滲入也不會吸入空氣。

該密封裝置不但能防止吸入空氣，而且水封中的水流還可以起散熱的作用。因為葉輪軸轉(zhuǎn)速較高，在葉輪軸轉(zhuǎn)動時該密封裝置中所有接觸面相互摩擦，摩擦過程中會產(chǎn)生熱量。為了使葉輪軸和密封裝置都得到較好地冷卻，該處采用水冷方式，將主機(jī)水冷系統(tǒng)（導(dǎo)葉體處引流作備用）的高壓水通過冷卻水管引入軸封，冷卻水由于壓力差作用將沿葉輪軸流回到進(jìn)流管道，從而形成冷卻水的循環(huán)。

3.2 工作原理

主密封是由動、靜環(huán)兩者之間的連續(xù)持續(xù)摩擦而產(chǎn)生密封效果，靜環(huán)固定在密封座上，而動環(huán)則安裝在密封套筒上隨軸一起轉(zhuǎn)動。尾軸與尾軸管水密封主要是借助固定在尾軸上的固定環(huán)，通過旋轉(zhuǎn)密封套筒帶動動密封件和固定在尾軸管密封座上的靜密封件產(chǎn)生端面連續(xù)摩擦接觸。彈簧組件上的彈簧壓力保證了動環(huán)與靜環(huán)的持續(xù)接觸與自動補(bǔ)償，從而實現(xiàn)了密封，防止進(jìn)流管道內(nèi)的水進(jìn)入船艙。

唇形密封由氟橡膠制成，內(nèi)部裝有一根金屬簧片，金屬簧片能以一定預(yù)緊力作用在唇形密封上，使其以適當(dāng)緊度貼合在襯套上，保證唇形密封與襯套間的密封性。

4 某船尾軸密封裝置

每艘船有4套KWJS型尾軸密封裝置分別安裝在4套軸系的尾軸上，該種船的數(shù)量很多，按規(guī)定每船每間隔2年都要進(jìn)塢或上排修理，每套密封裝置則在抽出尾軸后，拆卸出艙進(jìn)行維修。

5 密封裝置的拆卸步驟

軸系布置圖見圖2。

（1）船上排后，拆下間隔法蘭，圖2 ⑦，然后拆卸齒形聯(lián)軸器，圖2 ⑥，齒形聯(lián)軸器有法蘭套筒、軸轂和錐形套組成，緊固在尾軸上的錐形套和軸轂需用液壓油才能進(jìn)行拆卸，拆卸后，用規(guī)定溶濟(jì)清洗干凈，錐形套外徑與軸轂內(nèi)徑之間的表面上涂上一層合格潤滑油；

（2）拆卸隔艙密封，圖2 ⑤和軸系接地裝置，圖2 ④，拆卸支點軸承，圖2 ③的底座上蓋、內(nèi)外圈、密封和軸承滾珠等零部件，對軸承的零部進(jìn)行清潔保養(yǎng)；

（3）拆除尾軸密封裝置，圖2 ②的接水管，分別松開動、靜環(huán)密封組合件上的緊固螺釘；

（4）關(guān)閉和滑油系統(tǒng)連通的油閥，由導(dǎo)葉體上的下連接口將油泄凈。拆下接傳送器的兩根反饋軟軸。拆下緊接在尾板法蘭內(nèi)側(cè)的油管和水管。在噴水推進(jìn)裝置的吊環(huán)螺栓上系上索具和滑輪，拆下螺釘，圖3 ②將組件圖3 ①連同軸小心地移出。直至動、靜環(huán)密封組合件能從尾軸圖2 ①的前端退出為止，把拆出的動、靜環(huán)密封組合件都送車間進(jìn)行全面分解檢修，見圖3。

6 密封裝置漏水原因分析和修理方案

6.1 原因分析

從密封裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，漏水的主要原因是主密封副的動、靜環(huán)之間出現(xiàn)異常磨損，當(dāng)然，“O型膠圈”的密封失效也會漏水，造成異常磨損的情況有：endprint

（1）彈簧組件預(yù)緊力不當(dāng)，造成動、靜環(huán)間接觸不符合要求；

（2）從主機(jī)來的冷卻水冷卻效果不好，造成密封接觸面溫度過高；

（3）徑向唇形密封密封不良，造成泥沙或微生物進(jìn)入主密封副之間；

（4） 密封裝置的垂直度和同軸度超過規(guī)定值。

6.2 檢查發(fā)現(xiàn)的情況

（1） 主密封副配合面之間有嚴(yán)重拉痕且呈凹凸不平狀；

（2）徑向唇形密封和O型膠圈老化失效；

（3） 密封裝置的垂直度和同軸度超過規(guī)定值；

（4） 彈簧組未發(fā)現(xiàn)有彈簧斷裂、銹蝕等失效情況，其它各部位未發(fā)現(xiàn)異常。

6.3 修理方案

主密封副配合面之間有拉痕且呈凹凸不平狀的，對動環(huán)、靜環(huán)密封副磨損量不大的，零件可以修復(fù)使用，動環(huán)和靜環(huán)的材料一邊是碳化硅，另一邊是石墨，因此，通常用研磨的方法修復(fù)，對研著色檢查接觸面無斷開現(xiàn)象，但對磨損量較大或使用期二年的，則直接換新；還有徑向唇形密封、鋅環(huán)、O型膠圈和螺釘?shù)炔缓细窦Q新。

7 密封裝置的安裝步驟

尾軸密封裝置的安裝檢驗過程，可以分為以下步驟：

（1）徑向唇形密封的安裝

在安裝徑向唇形密封時，需確保密封法蘭內(nèi)安裝徑向唇形密封的內(nèi)腔是清潔的，沒有毛刺和損壞。徑向唇形密封的安裝位置和方向，圖1 ③所示。安裝時應(yīng)小心地將徑向唇形密封充分推到內(nèi)腔槽就位，否則冷卻水流會明顯減少，造成密封裝置過早損壞。另外操作時必須盡量小心，否則可能導(dǎo)致徑向唇形密封內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)損壞，破壞其密封功能。因此，不能直接在徑向唇形密封上過分用力。

（2）鋅環(huán)的安裝

將鋅環(huán)放進(jìn)密封法蘭中，輕輕地預(yù)緊所有的螺釘，再將它們擰緊到額定力矩值8 Nm。

（3）襯套的安裝

將襯套在軸上按規(guī)定尺寸（13，0±1，0 mm）推到預(yù)定位置，需確保對開環(huán)的對開縫隙不在緊定螺釘?shù)南旅?，否則可能出現(xiàn)不能夾緊的情況，造成零件嚴(yán)重?fù)p壞。輕輕將各緊定螺釘預(yù)緊，然后再將它們擰緊到額定的力矩值20 Nm。安裝時應(yīng)保證A的值以防止徑向唇形密封過分磨損，另外A值對保證襯套不碰密封法蘭和密封座是很重要的。

（4）密封座的安裝

安裝密封座時，先將法蘭墊圈安裝到密封法蘭上。然后在密封法蘭的O型圈上輕輕涂一層適當(dāng)?shù)挠湍ぃɡ绻柚蛴停?，并將O型圈安裝在密封法蘭上的O型圈槽內(nèi)。再將法蘭墊圈上的各孔與密封法蘭上相應(yīng)的孔對準(zhǔn)，小心地將密封座在密封法蘭上充分推到位，并超過O型圈，以確保水沖洗連接口正確就位。再安裝螺栓和墊圈，輕輕預(yù)緊所有的螺栓，然后再將它們擰緊到額定力矩4 Nm。

（5）機(jī)械密封的安裝

在靜環(huán)O型圈上薄薄地涂上一層適當(dāng)?shù)臐櫥瑒ㄈ绻柚蛴停㈧o環(huán)的后O型圈安裝到密封座上，并將O型圈外徑安裝到靜環(huán)的外徑上。小心地將靜環(huán)在密封座內(nèi)充分推到位，將驅(qū)動銷與靜環(huán)內(nèi)的驅(qū)動槽對準(zhǔn)。將夾環(huán)安裝在密封座內(nèi)就位，并輕輕地預(yù)緊所有的六角螺釘，然后再將它們擰緊到額定力矩20 Nm。由于靜環(huán)是用脆性材料制成的，因此在安裝時不可過分用力，否則可能造成靜環(huán)的永久損壞，導(dǎo)致泄漏。

從旋轉(zhuǎn)密封套筒上將對開環(huán)拆下。在確保軸上沒有毛刺和銳邊的情況下，用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┦馆S稍微潤滑。在軸O型圈上用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?，例如硅脂或油，涂上一層油膜，并使旋轉(zhuǎn)密封套筒在軸上滑動，直到動環(huán)碰到靜環(huán)。這時候必須小心謹(jǐn)慎，以免密封面的碎裂或者出現(xiàn)豁口，從而造成泄漏。

將對開環(huán)安裝到軸上，并將其充分地推到在旋轉(zhuǎn)密封套筒下就位，需確保對開縫不在驅(qū)動螺釘下。將驅(qū)動螺釘擰出一半長，在螺紋上涂上Loctite243。然后將驅(qū)動螺釘輕輕預(yù)緊到額定力矩20 Nm。

（6）密封裝置的檢驗與調(diào)整

靜態(tài)檢驗與調(diào)整：將冷卻水供應(yīng)接到密封座的進(jìn)口，并將冷卻水按規(guī)定定流量（150～300 l/hr）輸送到密封上。冷卻水溫度應(yīng)不超過60 ℃，施加的水壓應(yīng)不超過0.5 MPa。

當(dāng)船舶已經(jīng)下水后，需以尾軸為基準(zhǔn)，按規(guī)定值校核尾軸密封裝置的垂直度和同軸度（圖4所示）。如果垂直度大于規(guī)定值，必須進(jìn)行調(diào)整。如需進(jìn)行垂直度調(diào)整，則應(yīng)確保冷卻水停止供應(yīng)。將螺栓從密封/管子法蘭上輕輕松開，但并不完全拆下，并用設(shè)定螺釘來調(diào)整此垂直度直到規(guī)定值。調(diào)整完畢后，設(shè)定螺釘應(yīng)鎖定在所達(dá)到的位置上，并使鎖緊螺母按力矩30 Nm擰緊。螺栓按30 Nm擰到密封/管子法蘭上，最后，重新向密封裝置供應(yīng)冷卻水。

動態(tài)檢驗：結(jié)合航行試驗進(jìn)行，檢驗標(biāo)準(zhǔn)是密封副滴漏水不大于20 ml/min（滴水不能成線條）以及磨擦副表面溫度≤55 ℃。

8 結(jié)語

該KWJS型尾軸密封裝置是專門為某類船設(shè)計的，本文闡述該型密封裝置漏水原因分析和維修，旨在提高大家對該型密封裝置的總體認(rèn)識和了解，以便從業(yè)人員更有效地做好該型密封裝置的管理、維護(hù)和維修保障工作，保證船舶的正常航行安全。

參考文獻(xiàn)

[1]張驁.船舶動力裝置「M」.哈爾濱工程大學(xué)出版社.2007.

[2]羅爾斯—羅伊斯公司隨機(jī)資料《噴水推進(jìn)裝置說明書和服務(wù)手冊》第三冊翻譯本，中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七O八研究所譯，2004.endprint