許瓊俊，馬培良，李曉燕

（中交廣州航道局有（yǒu）限（xiàn）公司）

導讀（dú）

世界貿易離不開數以（yǐ）萬計的大中型船舶為主的航運，船舶艉軸及螺旋槳係統是大中型船舶能夠正常航行的關鍵（jiàn）部件，艉軸密封裝置具有隔絕船體內外、保證艉軸正常運轉的關鍵作用（yòng），艉軸密封由前艉軸密（mì）封和（hé）後艉軸密封兩部分組成。

前艉軸密封主要用於隔絕艉軸管與船艙，由於其位於船（chuán）艙內，一旦損（sǔn）壞，艉軸（zhóu）管內滑油會泄漏入船艙，容易發現和維護，因此其結構相對簡單。

後（hòu）艉軸密封主要在於保證艉軸管和舷外海水的隔絕，以阻止舷（xián）外海（hǎi）水的內漏和艉軸管內（nèi）滑油的外漏，因後艉軸（zhóu）密（mì）封承受可能來自舷外（wài）海水、泥漿（航（háng）行於（yú）淺水區域時）、漁網、艉軸及螺（luó）旋槳的振動等的破壞，工作環境惡劣，較為容易損壞，後艉軸密封裝置一旦（dàn）發生（shēng）故障，輕則海水內漏，艉（wěi）軸和艉軸承磨損加劇，重則滑油外漏，汙染水域，所以後艉軸密封裝置是現代大中型船舶（bó）推進係統設計和使用管理的關鍵部件（jiàn）之一，隨著造船、材料、工藝等技（jì）術的（de）發展和環保要求的提高，後艉軸密封裝置也在不（bú）斷（duàn）發展更新中，下麵就對後艉軸密封裝（zhuāng）置的發展情況做一簡單介紹。

一、船舶（bó）電（diàn）力推進係統的技術特點

傳統（tǒng）艉軸後（hòu）密封裝置基本組成包括艉軸密封軸封套（艉（wěi）軸白（bái）鋼套）、L型唇式油封和水封、高置重力油櫃以及簡單的軸封保護外罩。

圖1　傳統型後艉軸密封結構圖（tú）

唇式密封膠圈一般有3道（圖1），第二、第三道方向向後布置作為水（shuǐ）封，道方向向前布置作為油（yóu）封，油封腔連接高置重力油櫃；密封膠（jiāo）圈油（yóu）封受彈簧預緊力、密封膠圈本身預緊力、高（gāo）置重力油櫃的油壓（yā）力而緊緊抱住後艉軸白鋼套；水封（fēng）亦因彈簧預緊力、膠圈預緊力和舷外水壓力的綜合（hé）作用（yòng）而緊緊抱住後艉軸白鋼套，因為船（chuán）舶吃水或（huò）者波浪的影響，舷外水壓力會不斷變化，所以白鋼套和水封唇口相互磨損嚴重，一旦密封失效（xiào），則舷外水就會進入艉軸管，造成滑油乳（rǔ）化變質，嚴重（chóng）時（shí）甚至滑油外泄汙染水域，傳（chuán）統型後艉（wěi）軸密封裝置通常設計壽命隻有1～2年，如果要更換艉軸密封和白鋼套，則船舶必須進塢修理，拆卸螺旋槳（jiǎng）或抽出（chū）整條艉軸，維修耗時長，成本高。

針對更換後艉軸（zhóu）密封和白缸套不方便的缺點，在上世紀90年代中，荷蘭（lán）Lagersmit公司發明了艉（wěi）軸密封膠圈現場粘接技術（shù）。

二、粘接型艉（wěi）軸密封裝置

圖2　膠圈（quān）粘接專用工具與現場粘接

粘接型（xíng）艉軸密封裝置主要具有（yǒu）一套專用粘接工具和膠水（圖2），軸封套設計成對開式，可以用螺栓連接成一個完整的（de）整（zhěng）體，因此需要（yào）更（gèng）換（huàn）密封膠圈或（huò）軸（zhóu）封套時可以在不抽出艉軸或拆卸螺（luó）旋槳的情況下實現現場更換，可以節省大量的船舶進塢時（shí）間和修理費用。

1.艉軸白鋼套的修理、更（gèng）換（huàn）

整體式艉軸白缸套磨損後一般可采取（qǔ）調整墊片厚度（dù）的方法臨時處理，通過增/減艉軸管與軸封盒間的墊片數（shù）量或厚度（dù），或者調整（zhěng）白鋼套的安裝墊片厚度，使密封圈唇口與白鋼套接觸（chù）位置位移（yí）到一個新的未磨損位，等待（dài）多次調整位移或者白鋼套磨損、腐蝕嚴重時（shí），才拆卸螺旋槳或（huò）者整體抽出艉（wěi）軸後換新白鋼套，為減少腐（fǔ）蝕（shí）和磨損，延長（zhǎng）使用（yòng）壽命，一般整體式白（bái）鋼套采用表麵鍍層（céng）處理。

對開兩半式艉軸白鋼（gāng）套則可在船舶進塢時直接拆開兩半，現場（chǎng）更（gèng）換（huàn），但對開（kāi）兩半式（shì）白鋼套要求安裝好後兩半結合（hé）處無（wú）縫隙（xì），整體表麵光潔度、尺寸和形狀誤差與整體式無異，所以對（duì）開兩（liǎng）半式白（bái）鋼套製造加工精（jīng）度要求（qiú）高，目前國內較少使用。

2.艉軸密封膠圈的現場粘接

艉軸密封膠圈的現場（chǎng）更換主（zhǔ）要利用專門的膠圈粘接劑和膠圈粘接工具，該專用工（gōng）具可在艉軸密封狹窄空間處操（cāo）作，可保（bǎo）證切割後的新密封膠圈兩端（duān）切口對接後的良（liáng）好對位，同時其具有的加熱和恒（héng）溫及定時功能可保證膠圈接口在設定的（de）溫（wēn）度和時間（jiān）條件下（xià）在粘接劑作用（yòng）下（xià）實現良好的粘接，一般粘接好一道（dào）膠圈的時間周期約需（xū）半小時甚至更（gèng）短（加熱溫度和恒溫時間主要依據膠水（shuǐ）特性而定）。

由於新型膠水隻有在達到一定溫度和保溫時間才能讓膠圈接口有效粘合，常溫下不（bú）起作（zuò）用，所以操（cāo）作者可以慢（màn）慢放心操作，一般換新整套艉軸油/水封膠圈隻需（xū）要2h～3h即可完成，粘接好的膠圈接口平滑（huá），性能與原裝無（wú）異。

艉軸密封膠圈的現場粘接更換工藝雖然解決了不需要拆卸螺旋槳或抽出艉軸的情況下即可換新密封膠（jiāo）圈的難題，節省了大量的進塢時間和拆裝費用，但後密封（fēng）膠圈油封（fēng）、水封唇口和軸（zhóu）封套相（xiàng）互磨損嚴重，使用壽命短的（de）缺陷依（yī）然未能解決，所以約在10年前，由荷蘭Lagersmit公司發（fā）明了（le）supperme SGV型空氣平衡式艉軸密封裝置。

三（sān）、空氣平衡式艉軸密封裝置（zhì）

針（zhēn）對傳統型艉軸密封膠圈和軸封套磨損快、壽命短以及密封失效後判斷困難以及滑油外（wài）泄（xiè）汙染水域環境等的缺陷，新型艉軸密封裝置設計成空氣平衡式，大大延緩（huǎn）了艉軸密封膠圈的磨損，軸封套表麵也采用硬質合金或陶瓷（cí）鍍（dù）層工藝處理，大大減少了磨損和腐（fǔ）蝕，故軸封套設計壽命一般超過5年，當密封膠圈遇意外（wài）情況提早失效時，隻需要進塢采用現場膠圈粘（zhān）接技術換新艉軸密（mì）封膠圈（quān）即可。

新型空氣平衡式艉軸密封裝置還設有報警監控和泄（xiè）放單元，根據控製空氣的流量和泄放單元收集櫃內的介質，即可判斷艉軸密封的狀態。

水封失效或（huò）油（yóu）封失效，或油、水封均失效，或空氣釋（shì）放閥失效（xiào）等故障均可（kě）及時診斷。

(1)結構特點與工作原（yuán）理

圖3　空氣（qì）平衡式艉軸（zhóu）密封結構原理圖

空氣（qì）平衡式後艉軸密封裝置（圖3）主要由傳統艉軸密封組件、低置重力油櫃、控製空（kōng）氣單（dān）元、泄放監控（kòng）單元、報警（jǐng）監控單元組成。

低置重力油櫃布置於船艙內，一般隻高（gāo）於艉軸2m～3m，經減壓後的控（kòng）製空氣（初始設（shè）定壓力依船舶Z大吃水而定）同時通至低（dī）置重力油櫃與艉（wěi）軸（zhóu）油封、水封之間的空間，艉軸油封、水封間的安裝殼體上安裝有（yǒu）空氣釋放（fàng）閥，艉軸油封、水封間的控製空氣還（hái）從（cóng）空間底部的專設通路連通至低於艉軸管布置的泄放單（dān）元（yuán），再經（jīng）過節流閥泄放至大氣（qì），這樣（yàng）就可以保證始終有一部分控製（zhì）空氣的流動，防（fáng）止艉軸油封（fēng）、水封空間及泄放（fàng）管路的堵塞。

空氣釋放（fàng）閥相當於（yú）一個自動放氣的單向閥，正常工作時，控製空氣的壓力由空氣釋（shì）放閥外的水壓實（shí）現自動控製，當船舶吃水增加，空氣釋放閥外的水壓增加，控製空氣釋（shì）放至舷外水裏的空氣量減少，壓力相應增加，當船舶（bó）吃水減少，空氣釋放閥外的水壓下降，控製空氣釋（shì）放至舷外（wài）水裏的控製空氣量增加，壓力相應下降。

由於控製空氣壓力能跟隨舷外水壓的變化（huà）而變化（huà），所以（yǐ）艉軸水封膠圈兩側的壓力（lì）基本恒定，則密封膠圈水（shuǐ）封唇口與艉軸後軸封套的接觸隻受膠圈本（běn）身預緊力（lì）、彈簧（huáng）預緊力而有恒定而輕微的壓力接觸；密（mì）封膠（jiāo）圈油封唇口與艉軸（zhóu）後軸封套的接觸亦隻受彈簧預緊力、膠圈本身（shēn）預（yù）緊力和低置重力油櫃的油壓力而有恒定（dìng）而輕微的壓力接（jiē）觸，所以油封、水封唇口和艉軸軸封套磨損較小，使用壽命（mìng）長。

(2)應急措施與結構（gòu）改（gǎi）進

空氣（qì）平（píng）衡式艉軸密封裝置雖然理論上使用壽命可（kě）以超過5年，但水下情況複雜多變，意外性的軸封損壞（huài）、失效故障時（shí）有發生，為了保（bǎo）證在特殊情況下的應急使用，空氣平衡式艉（wěi）軸密封裝置在空氣管路和滑油管路上均裝設有截止閥，依據從泄放櫃的放殘可以判斷是否油封或水封失（shī）效，如果僅是水封輕微失效，則可以常開放殘單元收集櫃泄放閥，讓泄漏水直接流入機艙內堅（jiān）持使用，如（rú）果泄放單元收集櫃有滑油放出，則證明油封失效，如果伴隨低置（zhì）重力油櫃液位下降過快，則可以關閉兩道油（yóu）封之間的油路（lù）閥，隻讓道油封起密（mì）封作用，堅（jiān）持使用，等待進塢時機。

在使用過程中還（hái）經常發（fā）生如下現象（xiàng）：

泄放櫃經常有水流出（chū），進塢檢查油/水封狀態卻完好無損，原來是空氣平衡閥髒汙、異物（wù）阻塞閥芯不靈活而漏水，為了能夠不（bú）進塢而能檢查清洗空氣（qì）平衡閥，可以考（kǎo）慮將此閥安裝於船艙內（nèi）同等水（shuǐ）平高度的位置，在艙內（nèi）另（lìng）設一個通海舷外閥（fá），利用管路連接並使空氣平衡閥（fá）達到（dào）與（yǔ）舷（xián）外水直接接觸的效果，這樣就（jiù）可以（yǐ）隨時（shí）現（xiàn）場拆洗（xǐ）、保養（yǎng）此空氣平衡閥了。

四、迷（mí）宮式艉（wěi）軸密封保（bǎo）護罩

圖4　漁網（wǎng）纏繞螺旋槳和進入艉軸密封空間

前述空氣平衡式（shì）艉軸密封裝置匹配耐磨陶瓷鍍層的軸封套雖然結構設計精巧，理論使用壽命長，但在實際使用中卻經常會被水下漁網（wǎng）纏繞車葉（圖（tú）4），過多的漁線或繩索進入艉軸密封空間造成唇式密封損（sǔn）壞而漏油或漏水，尤（yóu）其是近岸航行船舶，由於近海養殖、捕撈的增加，漁網垃圾隨（suí）處可見，有時同一條船舶一次塢修間隔期螺旋槳會多次被漁網纏繞而出現艉軸漏（lòu）油的情況，從而船舶被迫多次進塢修（xiū）理，造成直接或間接的經濟損失，迷宮式艉軸密封保護罩能有效阻止漁網、繩索等進入艉軸密封空間，延長唇式密封的使用壽命。

圖（tú）5　迷宮式艉（wěi）軸密封保護（hù）罩結構圖

迷宮式艉軸密封罩的結（jié）構特點主要是在常規的艉軸（zhóu）密封保護罩的內部空間設計（jì）安裝有迷宮結構（圖5），在原艉軸密封保護罩內部（bù）空間設計安裝（zhuāng）2道圓環作為定環，再在螺旋槳轂安裝（zhuāng）螺栓（shuān）頭上鑽孔攻牙安裝一個圓環支架，支架上焊接兩（liǎng）道圓環（huán）作為動環，這樣定環和動環（huán）相間布置（zhì）就形成一（yī）個迷宮結構，定環和動環的頂（dǐng）部均車削成（chéng）鋒利的刀鋒結構。

同時保護罩外邊緣上還焊接有多個（gè）漁網割刀，刀鋒順著螺旋槳旋轉方向傾斜一定角度形（xíng）成鋸齒結構（gòu）利於割斷漁網。

為便於拆卸/安裝，保護罩、迷宮支架、定環、動環均做成對稱的兩半結構，現場安裝到位後（hòu）焊接（jiē）即形成一個完整的保護罩整體（tǐ）。

當（dāng）船舶螺旋槳被漁網或其他繩索（suǒ）垃圾等纏（chán）繞時，首先會被保護罩外邊緣的（de）割刀切除，沒有被切斷的（de）漁網、繩索就會被纏繞在（zài）漁網支架上，由於有內部迷宮結構的阻擋和動環、定環頂部刀（dāo）鋒的（de）切割，多餘的漁網、繩索等無法進入到艉（wěi）軸密封空間（jiān）從而可有效保護艉軸唇式密封，延長艉軸密封的（de）使用壽命。

經過近5年時間的使（shǐ）用觀察，多次發現螺旋槳（jiǎng）軸雖然被（bèi）大量的漁網纏繞，但艉軸密封空間內卻無（wú）任何漁（yú）網（wǎng）、繩索等異物，說明迷宮式（shì）艉軸密封保護罩的防護效果良好。

五、結論

艉軸密封裝置是大中型（xíng）船舶的關鍵部件之一，先進的材料和結構設計是保證其正常和長周期壽命的關鍵（jiàn），使用中的精心維護和正確管理與操（cāo）作也是（shì）保證其正常和延（yán）長（zhǎng）其使（shǐ）用（yòng）壽（shòu）命的有效措施，針對使用中可能出現的新問題和新要求，不斷地進行改良和結構優化（huà）設計，必將（jiāng）為用戶帶來（lái）新的體驗。

來源：《船舶工程》2019年第S2期