某巡邏船尾軸密封裝置漏水原因分析及對(duì)策研究

侯顯斌

摘 要：介紹某巡邏船SMB型尾軸密封裝置的特點(diǎn)，分析了SMB型尾軸密封裝置漏水的原因，對(duì)SM型尾軸密封裝置與SMB型尾軸密封裝置的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，根據(jù)巡邏船的工作水域環(huán)境、安裝使用條件，提出用SM型尾軸密封裝置代替SMB型尾軸密封裝置的改進(jìn)措施。實(shí)船應(yīng)用結(jié)果表明：使用SM型尾軸密封裝置工況穩(wěn)定，未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，可延長(zhǎng)上排周期，節(jié)約修船費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：巡邏船 尾軸密封裝置 漏水原因 對(duì)策

1.引言

船舶尾軸密封裝置，根據(jù)潤(rùn)滑形式可分為兩種，一種是“水潤(rùn)滑密封裝置”，另一種是“油潤(rùn)滑密封裝置”；根據(jù)密封機(jī)理也可分為兩種，一種是“徑向密封”，另二種是“端面密封”。文章針對(duì)某部門(mén)多條使用 SMB型尾軸密封裝置的同類(lèi)型巡邏船都存在漏水現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查分析，總結(jié)出該類(lèi)密封裝置漏水的原因，對(duì) SMB型和SM型尾軸密封裝置進(jìn)行比較，得出這兩種密封裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合該類(lèi)型巡邏船的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出在后續(xù)建造的該類(lèi)型巡邏船上更換尾軸密封裝置的改進(jìn)措施，即用SM型尾軸密封裝置替代 SMB型尾軸密封裝置。通過(guò)實(shí)船應(yīng)用表明，SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置運(yùn)行穩(wěn)定、密封性能好、上排周期延長(zhǎng)。

2.分析SMB型尾軸密封裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

2.1SMB型尾軸密封裝置的結(jié)構(gòu)

船用SMB型尾軸密封裝置是一種水潤(rùn)滑密封裝置（見(jiàn)圖1），密封裝置用水進(jìn)行潤(rùn)滑。這種裝置的基本結(jié)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)件和固定件組成，主要分為三大部分，氣管、水管、氣胎是第一部分，屬于固定件；靜環(huán)總成是第二部分，也是固定件，靜環(huán)、密封座和氣胎等幾個(gè)部件組成靜環(huán)總成；動(dòng)環(huán)總成是第三部分，屬于運(yùn)動(dòng)件，動(dòng)環(huán)座、動(dòng)環(huán)和夾環(huán)以及襯套等幾個(gè)部分組成動(dòng)環(huán)總成。其中靜環(huán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，而動(dòng)環(huán)總成隨尾軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2分析SMB型尾軸密封裝置的工作原理

SMB型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置是尾軸與安裝在其上面的動(dòng)環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)端面與運(yùn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)接觸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在接觸表面形成潤(rùn)滑水膜，潤(rùn)滑水膜不但有潤(rùn)滑作用，還有密封作用，壓緊彈簧緊壓動(dòng)環(huán)使動(dòng)環(huán)與靜磨環(huán)面緊密接觸實(shí)現(xiàn)密封。船舶停止、尾軸不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)面緊緊貼在一起實(shí)現(xiàn)密封。夾緊彈簧使動(dòng)環(huán)座可在軸套上做軸向自由滑動(dòng)，夾緊彈簧使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)緊貼在一起，并在兩者的接觸面形成一定的比壓。動(dòng)環(huán)座具有軸向自由滑動(dòng)的能力，可以補(bǔ)償軸系動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的軸系竄動(dòng)。當(dāng)密封圈靜環(huán)與動(dòng)環(huán)間由于磨損量過(guò)大導(dǎo)致密封不起作用時(shí)，尾軸被通入壓縮空氣的氣胎抱緊實(shí)現(xiàn)應(yīng)急密封，此時(shí)可在船不進(jìn)塢的情況下對(duì)尾軸密封裝置進(jìn)行應(yīng)急修理、臨時(shí)檢查和調(diào)整。

3.某巡邏船尾軸密封裝置漏水的原因分析

某巡邏船建成后使用不久出現(xiàn)尾軸密封裝置漏水現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)動(dòng)環(huán)的彈簧預(yù)緊力進(jìn)行應(yīng)急處理，但漏水量依然較大。船舶上排后發(fā)現(xiàn)情況如下：

（1）密封裝置靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的接觸面嚴(yán)重磨損。

（2）水垢和泥沙等垃圾顆粒進(jìn)入動(dòng)環(huán)座，動(dòng)環(huán)座被卡住失去彈性補(bǔ)償作用。

經(jīng)分析，該船尾軸密封裝置漏水的主要原因有：

（1）靜環(huán)與動(dòng)環(huán)接觸處是面接觸，接觸處所承受的比壓較小，冷卻不好，耐高溫能力比較差， 尤其是巡邏船的工作水域特殊，大部分時(shí)間在錨地、航道、港區(qū)巡邏航行，這些水域的水比較淺，泥沙垃圾等顆粒容易進(jìn)入密封裝置的摩擦面加快密封面的磨損，從而造成泄露。

（2）巡邏船有時(shí)在港區(qū)停泊時(shí)間比較長(zhǎng)，主機(jī)停機(jī)，軸系停轉(zhuǎn)，動(dòng)環(huán)座與襯套配合面之間聚集了不少水垢、泥沙和垃圾顆粒，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這些顆粒不但增加密封裝置摩擦表面的摩擦阻力，還容易使動(dòng)環(huán)座被卡住，造成動(dòng)環(huán)座的彈性補(bǔ)償作用消失，密封裝置的密封作用失效，導(dǎo)致尾軸漏水。

據(jù)調(diào)查，某部門(mén)采用SMB型尾軸密封裝置的巡邏船在密封裝置使用壽命期內(nèi)大部分都存在漏水現(xiàn)象，故該部門(mén)計(jì)劃在后續(xù)建造同類(lèi)型巡邏船時(shí)選用替代產(chǎn)品。

4.介紹SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

4.1 SM型尾軸密封裝置的結(jié)構(gòu)

SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置為開(kāi)放式的密封裝置，所謂開(kāi)放式的密封裝置就是尾軸管的尾部不設(shè)密封裝置，只設(shè)有首部密封裝置，裝置直接與舷外水相通。這種尾軸密封裝置的基本結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分（見(jiàn)圖2），第一部分是裝置總成（包括本體氣胎），是基本部件；第二部分是水氣管路，屬于輔助管系；第三部分是密封總成，主要作用是實(shí)現(xiàn)密封，密封總成包括端蓋、襯套、夾環(huán)、密封圈、彈簧共5個(gè)部件。

4.2介紹SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置的工作原理

S M型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置包括軸向密封和徑向密封，軸向密封是在尾軸的軸向?qū)崿F(xiàn)密封，防止尾軸管內(nèi)的水沿著軸向一直進(jìn)入船體內(nèi)，軸向密封是通過(guò)密封圈3緊套在軸套5上來(lái)實(shí)現(xiàn)；徑向密封是在尾軸直徑方向?qū)崿F(xiàn)密封，目的是防止尾軸管內(nèi)的水一直沿徑向進(jìn)入船體內(nèi)，徑向密封通過(guò)1號(hào)密封圈與端蓋4的緊密接觸。當(dāng)船舶尾軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，密封圈3的底部和側(cè)面唇形邊分別實(shí)現(xiàn)軸向和徑向密封。從水管來(lái)的壓力水的作用是冷卻、潤(rùn)滑、清潔尾軸承。密封圈有兩道，當(dāng)?shù)谝坏烂芊猸h(huán)唇邊磨損過(guò)大使密封失效時(shí)，可以很方便的讓2號(hào)備用密封圈投入使用，只需把氣胎充氣膨脹后將尾軸抱緊實(shí)現(xiàn)密封，然后剪掉第一道密封環(huán)。

5.兩種尾軸密封裝置的性能比較

5.1SMB型尾軸密封裝置的性能特點(diǎn)分析

通過(guò)前面的分析可知SMB型尾軸密封裝置具有以下性能特點(diǎn)。

（1）密封環(huán)密封效果好。由于壓緊彈簧的作用，密封裝置密封圈緊密接觸，可以實(shí)現(xiàn)良好的密封。

（2）密封件可軸向自由滑動(dòng)，具有補(bǔ)償軸向變形的能力。該密封裝置動(dòng)環(huán)座可做軸向自由滑動(dòng)，所以裝置補(bǔ)償軸向變形的能力強(qiáng)。該類(lèi)型密封裝置的適用范圍為： 轉(zhuǎn)速較高，軸向串動(dòng) ≤±3 mm。

（3）密封裝置的動(dòng)環(huán)密封圈易磨損，有效使用壽命較短。

（4）動(dòng)環(huán)座容易被泥沙等垃圾卡住，造成密封失效出現(xiàn)漏水。

5.2 SM型尾軸密封裝置性能特點(diǎn)分析

通過(guò)前面的分析可知SM型尾軸密封裝置具有以下性能特點(diǎn)。

（1）節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。尾軸密封裝置用水作為潤(rùn)滑和冷卻劑，水不會(huì)污染水域環(huán)境，而且水獲取方便，直接由海水泵提供，無(wú)需成本。

（2）摩擦環(huán)帶窄，密封效果好。SM型尾軸密封裝置之所以具有摩擦環(huán)帶窄，密封效果好的特點(diǎn)，是因?yàn)槲草S運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作密封圈跟隨尾軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，每道工作密封圈的兩道唇口都與靜磨環(huán)緊密接觸。

（3）壽命較長(zhǎng)，維修費(fèi)用較低。該密封裝置由主密封和輔助密封組成，正常情況下，主密封起作用，主密封由密封圈端面密封實(shí)現(xiàn)；應(yīng)急情況下，輔助密封投入使用，輔助密封由氣胎密封實(shí)現(xiàn)。出現(xiàn)緊急情況時(shí)，即當(dāng)主密封第一道密封圈磨損漏水后，只需把輔助密封的氣胎充氣抱緊尾軸進(jìn)行密封，把主密封中失效的第一道密封圈剪掉，把主密封中備用的第二道密封圈投入使用，等第二道密封圈磨損失效后，船舶才進(jìn)塢上排更換密封圈。因此能夠延長(zhǎng)船舶上排周期，節(jié)省船舶維修費(fèi)用。

（4）潤(rùn)滑效果差，磨損嚴(yán)重。SM型尾軸密封裝置用水作為潤(rùn)滑劑，水雖然具有廉價(jià)方便的優(yōu)點(diǎn)，但水的粘度比較小，潤(rùn)滑效果不是很好。舷外水與尾軸后端直接相通，帶有一定比例的泥沙等垃圾的水進(jìn)入尾軸管，會(huì)使軸與軸承間的磨損加劇。

6.某類(lèi)型巡邏船尾軸密封裝置的改進(jìn)措施

通過(guò)前面的分析和比較可知，SMB型與 SM型尾軸密封裝置都是水潤(rùn)滑尾軸密封裝置，都是用水作為潤(rùn)滑劑，都裝有氣胎作為輔助應(yīng)急密封裝置。除此以外，它們的結(jié)構(gòu)性能也有差異，各有優(yōu)缺點(diǎn)。 SM型尾軸密封裝置有兩道密封圈，每一道工作密封圈上有兩道唇口與靜磨環(huán)接觸，每道唇口的摩擦接觸面小，所以摩擦面的環(huán)帶比較窄，密封的效果比較好，而SMB型尾軸密封裝置只有一個(gè)密封接觸面，接觸面比較大，所以承受的比壓比較小，不能耐高溫，容易磨損。而且該類(lèi)型巡邏船軸系及船體結(jié)構(gòu)比較特殊，尾軸密封裝置剛好在軸系軸包架的低洼處，如果采用SMB型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置，一旦尾軸密封裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，密封裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)部件會(huì)把低洼處集聚的水?dāng)噭?dòng)起來(lái)而導(dǎo)致艙底水四處飛濺。由于該類(lèi)型巡邏船的軸系布置和船體結(jié)構(gòu)較為特殊，有一段軸穿過(guò)船體20號(hào)到24號(hào)實(shí)肋板（實(shí)肋板上開(kāi)有穿軸孔），這段軸無(wú)法直接水平地從船內(nèi)吊起。SMB型尾軸密封裝置的特點(diǎn)是密封效果好，但因?yàn)槭艿降膹椈深A(yù)緊力很大，密封圈的摩擦面也比較大，所以磨損較快，使用壽命較短，特別是巡邏船的工作水域特殊，經(jīng)常在含有大量垃圾顆粒、水質(zhì)比較臟的錨地、航道、港區(qū)等水域航行，這些水域含有大量的泥沙垃圾等顆粒，這些顆粒成了磨料，加速了密封裝置的磨損。 SMB型尾軸密封裝置只有一道密封圈，如果這道密封圈磨損失效了，沒(méi)有備用的第二道密封圈，需要直接更換密封圈，所以船必須上排，同時(shí)由于軸系含有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器需要專業(yè)人士才能拆檢，拆尾軸時(shí)需請(qǐng)聯(lián)軸器廠家工程師先拆卸聯(lián)軸器，然后拆卸舵葉和螺旋槳，再抽出螺旋槳，將位于20號(hào)到24號(hào)實(shí)肋板之間的那段中間軸部分通過(guò)尾軸管位置拉到機(jī)艙外，這樣才能更換整道密封圈。所以該類(lèi)巡邏船安裝SMB型尾軸密封裝置時(shí)維修更換密封裝置極不方便。相反，如果安裝 SM型尾軸密封裝置，不但可以提高密封性能，而且在第一道密封圈磨損失效后，只要將氣胎充氣抱緊尾軸即可實(shí)現(xiàn)密封，船舶可以不上排，只要減掉已經(jīng)磨損過(guò)大而失效的第一道密封圈， 把備用的第二道密封圈投入使用即可， 等兩道密封圈都磨損后，船舶才需上排更換磨損部件，這樣就使上排周期延長(zhǎng)，船舶維修費(fèi)用降低，提高船舶經(jīng)濟(jì)性。

由于巡邏船大部分時(shí)間在港口、航道和錨地附近航行，根據(jù)巡邏船的工作水域環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并根據(jù)前面的分析，建議在該類(lèi)型巡邏船上使用 SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置。鑒于此，某部門(mén)在后續(xù)建造的同類(lèi)型巡邏船中采用了SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置。

7.實(shí)船應(yīng)用

某巡邏船建造時(shí)原計(jì)劃選用SMB型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置，由于在此前已經(jīng)建造的同類(lèi)型巡邏船上使用 SMB型密封裝置，密封裝置在使用壽命期內(nèi)都出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，所以，后來(lái)改用SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置。該船自建成出廠后，通過(guò)對(duì)SM型尾軸密封裝置進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)使用壽命期內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況，通過(guò)測(cè)量尾軸密封處外殼的溫度，運(yùn)行期間低于65℃，尾軸密封裝置前面密封處沒(méi)有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，整個(gè)軸系工作情況穩(wěn)定，滿足船舶規(guī)范的要求。目前，某部門(mén)已經(jīng)有8艘該類(lèi)型巡邏船先后安裝SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置，都沒(méi)有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

8.結(jié)束語(yǔ)

實(shí)船應(yīng)用證明：該類(lèi)型巡邏船選用 SM型水潤(rùn)滑尾軸密封裝置時(shí)工作可靠， 穩(wěn)定性好，管理方便，可以推遲上排，減少船舶維修費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周旭輝，劉正林，孟祥坤，等.船舶尾軸機(jī)械密封面形狀對(duì)密封性能的影響[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2016（1）：95-102.

[2]韓利昆，畢國(guó)穩(wěn)，張凱.SM190型艉軸密封裝置漏水故障分析與排除[J].珠江水運(yùn)， 2013（20）：25-26.

[3]任剛.內(nèi)河船舶尾軸管常用密封裝置形式[J].交通科技，2013（2）：158-170.

[4]劉焰明.船舶尾軸與機(jī)械密封裝置工作狀態(tài)耦合特性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2003.