船舶尾軸機械密封改造研究

丁旭紅 張良平 邵愛明

摘 要：船舶尾軸機械密封性在航行中意義重大?；诖?，本文簡單介紹船舶尾軸機械密封存在的不足，闡述船舶尾軸機械密封運轉(zhuǎn)原理及失效成因，重點探討了船舶尾軸機械密封改造措施，包括選擇尾軸機械密封、改善橡膠密封結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)確掌握箍緊力度、使用優(yōu)質(zhì)襯套材料、更改防網(wǎng)罩的設(shè)計以及合理選擇密封材質(zhì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：船舶尾軸;機械密封;改造研究

中圖分類號：U672 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

通常情況下在使用螺旋槳推進的船只中，為避免出現(xiàn)海水進入船內(nèi)和防止?jié)櫥托孤┰谖膊吭O(shè)置密封裝置。該裝置的工作環(huán)境復(fù)雜且周圍影響因素較多，正常的轉(zhuǎn)動和磨損都會對原有的密封裝置造成嚴(yán)重?fù)p傷。尾部密封裝置性能的好壞直接影響船只運行效果，因此提升船舶尾部密封裝置的可靠性具有現(xiàn)實意義。

1 船舶尾軸機械密封存在不足

現(xiàn)階段，船舶尾軸使用的機械型密封裝置主要包括徑向和軸向，徑向式常見的樣式包括唇口型和填料函型;軸向又被稱為端面密封用于船舶的機械潤滑。迄今為止，市面上比較常見的還是唇口型密封裝置。通過分析上述裝置的實際使用情況，了解到其本身存在著不足，以及當(dāng)前水資源存在的污染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致船只的螺旋槳比較容易受到外部因素影響，進而造成船舶尾部裝置的損傷，進水和潤滑油泄漏都極有可能造成船只無法正常運行，尾軸裝置的運轉(zhuǎn)情況是否正常一定程度上影響船只經(jīng)營成本和運作安全。

2 船舶尾軸機械密封運轉(zhuǎn)原理與失效成因

2.1 運轉(zhuǎn)原理

船只的密封裝置就是一種在機械基礎(chǔ)上完成的密封，主要是針對水下環(huán)境進而設(shè)計的特殊部件。其中密封裝置的轉(zhuǎn)動表面中存在相互摩擦的效果，此類表面的材質(zhì)主要為碳化硅和石墨，其中密封座的材料組成為不銹鋼材質(zhì)。為保證船舶的正常行進其中密封座中應(yīng)保持穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使用機械地工作方式主要是為避免推進泵不工作時密封圈的內(nèi)部情況被干擾。一般情況下，密封裝置不僅防止水進入船室還防止尾部部件的運行溫度過高，具備一定的散熱導(dǎo)熱作用。

其中的密封部件主要是由靜環(huán)和動環(huán)二者之間的相互摩擦，進而產(chǎn)生更好的密封效果，靜環(huán)需要安裝在密封底座上;動環(huán)則需要安裝在密封套筒之上隨其一同運轉(zhuǎn)。尾軸機械密封裝置主要是根據(jù)尾部固定拉環(huán)，再通過旋轉(zhuǎn)等密封方式帶動套筒的轉(zhuǎn)動，形成的相互摩擦，尾部的彈簧壓力保證動環(huán)和靜環(huán)之間的接觸方式，進而實現(xiàn)更好的密封條件、有效防止管道內(nèi)部的水流入船艙。

2.2 失效原因

在船舶尾軸機械密封裝置日常運轉(zhuǎn)過程中，時常會發(fā)生密封端面受到磨損不均的情況，造成一些部位的發(fā)生形變和破裂。大部分機械型尾部密封都極大地可能造成尾軸變形或者螺旋槳運行效率下降，致使靜環(huán)和動環(huán)表面不同的軸未形成液膜失去穩(wěn)定性、開裂、磨損等等情況，大大降低該裝置的使用壽命。比如，某游輪的實際使用過程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尾部發(fā)生潤滑油乳化和泄漏，據(jù)調(diào)查顯示，尾軸的機械密封密度不夠高進而發(fā)生嚴(yán)重形變，此后經(jīng)過一段時間的使用中發(fā)現(xiàn)尾軸機械斷面受到嚴(yán)重的磨損。

3 船舶尾軸機械密封改造措施

3.1 選擇尾軸機械密封

船舶尾軸的頭部和尾端都裝有密封部件，其中頭部的密封裝置是為了避免潤滑油經(jīng)管道留到船艙內(nèi)部;尾部的密封裝置主要是為了防止?jié)櫥土魅牒Ｑ笤斐晌廴疽约盀榱吮苊夂Ｋ?jīng)管道流入船艙尾部機械軸承。市面上常見的橡皮式密封裝置可以很好地根據(jù)船舶的實際情況提升機械密封性能，該裝置具有結(jié)構(gòu)相對簡單、磨損的損失小、機械壽命長以及密封效果較高等等便捷優(yōu)勢。通過與市場中其他常見的船舶尾軸密封裝置對比，其具有性價比高的特性，是較好的選擇[1]。

3.2 改善橡膠密封結(jié)構(gòu)

為促使尾軸密封性能更加優(yōu)異還可以對其進行適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)改造。選擇材質(zhì)、功能性、以及摩擦功耗都比較小的橡膠式密封裝置，能夠很好地應(yīng)對船只尾部軸承機械型密封裝置磨損較高的現(xiàn)狀。

3.3 準(zhǔn)確掌握箍緊力度

唇口型密封裝置實際使用效果，一定程度上由整體結(jié)構(gòu)密封圈對軸承的箍緊力度而決定。當(dāng)前，使用的唇口式密封環(huán)裝置的唇口是一個類似刀刃的裝置，其規(guī)范內(nèi)的表面接觸寬度為0.05～0.1公分。根據(jù)受力公式的基本判斷可以得出，在整體箍緊力度過大的情況下，很容易發(fā)生摩擦力度增強的情況，進而致使整個裝置的表面疏油膜厚度下降，嚴(yán)重時還會形成損壞的現(xiàn)實情況，很大程度上影響船舶的運行效果、迫使摩擦程度增加唇口破壞;若箍緊力度達不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)時，摩擦力將出現(xiàn)一定程度的下降，使得表面疏油膜厚度增加，更容易造成潤滑油發(fā)生泄漏。站在長遠發(fā)展的視角上得出，尾部軸承的間隙過大，必將發(fā)生螺旋槳軸承出現(xiàn)不正常的振動，設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合實際情況，使整個軸承具有良好的補償性。

3.4 使用優(yōu)質(zhì)襯套材料

結(jié)合之前襯套材質(zhì)耐磨力度不強而造成的不良情況，應(yīng)選擇綜合能力更強并符合船舶實際運轉(zhuǎn)的材料。經(jīng)過測試型號為M02的材質(zhì)更加符合整個船只的實際使用情況，該材質(zhì)較以往的材料強度更高并且磨損的期限更好，從而一定限度的延長了船只的修理周期。

3.5 更改防網(wǎng)罩的設(shè)計

通常情況下，船舶的防網(wǎng)罩都是采取鋼板焊接結(jié)構(gòu)，無法接受長期的海水侵蝕和波浪沖擊。一段時間后將因為原有裝置的機械能力不足，進而損失背部網(wǎng)面和纏繞繩。為有效改善此類狀況，在改進后的防網(wǎng)罩上通常采取不銹鋼材質(zhì)，并且強化反向網(wǎng)罩的性質(zhì)和合理性，采取將網(wǎng)罩防撞的方式強化合理性和結(jié)構(gòu)強度，將原本防網(wǎng)罩和部件之間的距離縮減，最大程度地減少防網(wǎng)罩和機械裝置之間的發(fā)生纏繞進而損傷內(nèi)部密封環(huán)的機會。

3.6 合理選擇密封材質(zhì)

3.6.1 增加O型圈

在傳播尾軸機械密封處和螺旋槳之間增加金屬結(jié)構(gòu)的O型環(huán)裝置，能夠保證密封唇口位于正常工位，進而減少機械發(fā)生形變和翻邊的可能。

3.6.2 完善裝置檢驗

當(dāng)船只即將進行尾部機械型軸承裝備時，應(yīng)將船只部件進行清洗盡量避免船只發(fā)生密封性差的可能，隨即將排泄閥門關(guān)閉按照規(guī)定將尾部油箱打開先內(nèi)部供油，觀察是否發(fā)生潤滑油泄漏的情況，若發(fā)生泄漏需及時完成裝置的內(nèi)部修繕。

3.6.3 增加密封裝置

根據(jù)船只不同的運行情況和航行狀態(tài)，可以選擇管道密封的方式有效提升船只的密封性能，比如時常經(jīng)過多泥沙區(qū)域需及時加裝防沙橡膠。橡膠密封裝置中氟化橡膠和丁晴橡膠很有可能發(fā)生漏油的可能，為解決實際問題應(yīng)采取塑扣密封最大限度地降低橡膠材料發(fā)生潤滑油泄漏的可能性[2]。

4 結(jié)論

綜上所述，尾軸機械密封是重要的船舶部件之一。在完善對機械密封性改造的過程中應(yīng)首先考慮到相關(guān)組成部分的實際密封程度，該裝置經(jīng)過不斷的完善當(dāng)前常見種類比較多，因此選擇時更應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實情況找到相應(yīng)的裝置，最大程度的提升船舶尾軸機械密封性，將來一段時間內(nèi)該裝置存在的不足勢必得到完善。

參考文獻：

[1]劉良瑞.船舶尾軸環(huán)機械密封裝置端面變形分析[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2019，41（16）：77-79.

[2]簡多榮.船舶尾軸環(huán)機械密封裝置端面變形研究[J].價值工程，2020，39（13）：291-292.