淺析尾軸DX型油封與AX型氣封對比

蔡小鎮(zhèn)

（常石集團（舟山）造船有限公司，浙江舟山 316261）

0 引言

船舶為了防止舷外海水沿螺旋槳軸進入船內，以及尾軸管潤滑油泄漏到船外，都安裝有尾軸密封裝置，包括艏密封與艉密封。艏密封是防止尾軸管滑油泄漏到機艙內部，艉密封主要用來阻止海水通過尾軸管進入機艙，以及防止尾軸管滑油泄漏到海水中。我廠自建廠以來所建的35000DT、45000DT、58000DT、82000DT和 98000DT等船型廣泛采用KOBELCO生產的唇形橡皮環(huán)式DX型滑油密封裝置，隨著近幾年廠里技術的研發(fā)，逐步采用該公司生產的唇形橡皮環(huán)式AX型壓縮空氣密封裝置。以下是對DX型油封與AX型氣封簡要的分析對比，由于DX型與AX型的艏密封結構原理相似且裝置簡易，在此不作介紹對比。

1 DX型滑油密封裝置結構原理和優(yōu)缺點

1.1 DX型滑油密封裝置艉密封裝置的結構原理

在通常狀態(tài)下四道橡膠密封環(huán)的唇部與鉻鋼套（防磨襯套）接觸，唇部被緊壓在旋轉的防磨襯套表面，并通過海水壓力、滑油壓力和密封環(huán)的彈性壓緊力來保持密封效果[1]。#1和#2密封環(huán)向后翻用來密封海水防止進入，且#1密封環(huán)還可用來防止水中異物（泥沙和破損的漁網(wǎng)等）的進入。#2與#3密封環(huán)之間的油腔通過艉密封重力油柜注入滑油密封，靠尾軸的轉動循環(huán)潤滑。#3和#3S密封環(huán)向前翻用來防止尾軸管中的滑油外泄漏到海水中，且#3S作為#3環(huán)的備用，在#3密封環(huán)損壞時，關閉通往#3和#3S之間油腔管路上相關的閥，#3S密封環(huán)隨即擔當原#3密封環(huán)的角色，防止尾軸管油腔中的滑油外泄漏到海水中。如圖1所示。

圖1 DX型艉密封裝置壓力平衡圖

1.2 DX型滑油密封裝置艉密封裝置的主要優(yōu)點

艉密封裝置有裝設滑油管系（艉密封重力油柜）和沒有裝設滑油管系到#2和#3密封環(huán)之間的滑油腔兩種方式。我廠廣泛使用前者，以我廠所建造的58000DT系列散貨船為例，在建造過程中，只需建造安裝與設計圖紙相對應的艉密封重力油柜與相關管路，加注滑油時，調節(jié)油柜內液面，依靠重力，從而調節(jié)油壓。根據(jù)吃水深度調節(jié)相關閥門，即通常情況下艉密封重力油柜的出油閥與回油閥在全開位置，只有當船舶吃水小于6.8米時關閉此兩閥，進一步達到密封效果。建造工藝及操作過程簡易，技術成熟。另外，#3S作為#3環(huán)的備用，起到雙重保險的作用。

1.3 DX型滑油密封裝置艉密封裝置的主要缺點

在船舶日常保養(yǎng)中，尾軸密封裝置常見的故障是泄漏。經船東反饋的大量數(shù)據(jù)表明DX型密封裝置滑油泄漏量與傳統(tǒng)尾軸密封裝置相類似，故可借用傳統(tǒng)尾軸密封裝置漏泄量模型 Q[2]來表達，其如下：

單位：ml/h

式中：d為密封圈內防磨襯套外徑，mm；p1-p2為密封圈兩側壓差，bar；h為密封圈與防磨襯套外圓的間隙，mm；s為系數(shù)，隨防磨襯套外圓圓周速度而變化；p為密封圈作用在防磨襯套外圓的徑向壓力，bar。

從上式可以得出，漏泄量與防磨襯套的直徑、密封圈兩側的壓差、密封圈與防磨襯套外圓間隙的平方以及防磨襯套外圓圓周速度成正比，而與密封圈作用在防磨襯套外圓的徑向壓力的平方成反比。防磨襯套外徑越大，圓周速度就越大，從而密封圈與防磨襯套的磨損就越嚴重，泄漏量也就越大。密封圈作用在防磨襯套外圓的箍緊力越大，摩擦力就越大，油膜就越薄，此時漏泄量雖減少，但唇口與防磨襯套磨損就會加劇，泄漏量最終還是變大而且會更嚴重，所以為減小漏泄量，采取增大密封圈作用在防磨襯套外圓的箍緊力的方法顯然是不可取的。因此，唯一正確有效的途徑就是減小密封圈兩側的壓差p1-p2，當p1=p2時，Q=0。然而DX型密封裝置雖然可以通過艉密封重力油柜管路上進油閥與回油閥來調節(jié)#2與#3密封油腔中的油壓，但其只是根據(jù)船舶吃水深度而進行粗獷調節(jié)，難以追蹤性調節(jié)而趨于恒定。因此在船舶吃水改變時，橡皮圈兩側就可能存在較大的油水壓差，進而在軸系的振動、校中質量和磨損等因素的影響下，DX密封裝置仍可能發(fā)生較嚴重的漏泄。一旦尾軸漏油漏水，會造成海洋環(huán)境污染，也會造成尾軸管嚴重腐蝕和磨損，甚至將銅套燒壞，影響航行安全，更易造成的是船舶被罰款和被滯留，使船東蒙受重大損失。

2 AX型壓縮空氣密封裝置結構原理和優(yōu)缺點

2.1 AX型壓縮空氣密封裝置艉密封裝置的結構原理

AX型空氣密封裝置是在DX型滑油密封裝置的基礎上改進而來，將#2與#3之間的腔室通入定量壓縮空氣，形成一個氣腔，因此可以將海水與滑油徹底分開。#2與#3間油腔改為氣腔就可將#1與#2間油水混合腔室與#3與#3S間油腔及尾軸管滑油腔室隔開，漏入的海水與油通過回收管進入尾軸殘油收集裝置，從而不造成污染。AX型空氣密封裝置有定壓力型和定流量型兩種，我廠所采用的是KOBELCO公司生產的定流量型[3]，其空氣壓力大于海水壓力且通過自動化控制，空氣壓力始終保持在最佳值，因此，封水環(huán)與封油環(huán)都能在極小的負荷下工作，大大延長了其使用壽命。如圖2與3所示。

圖2 AX型壓縮空氣密封裝置的壓力平衡圖

圖3 船尾管滑油壓力與密封空氣壓力隨海水壓力的變化示意圖

2.2 AX型壓縮空氣密封裝置艉密封裝置的主要優(yōu)點

由上文可知，AX型壓縮空氣密封裝置是在DX型滑油密封裝置基礎上優(yōu)化改進而來，擁有DX型滑油密封裝置的絕大部分優(yōu)點。但其有更多優(yōu)點：

1）高可靠性：施加在密封圈正背面的壓力形成的壓差常常是一定范圍內的小壓差，因此密封圈工作負荷小，延長了使用壽命；若發(fā)生滑油和海水泄漏情況，泄漏的滑油與海水被回收到尾軸殘油收集艙；

2）易保養(yǎng)性：通過自動化控制，自動調整空氣壓力，使其跟蹤性適應密封圈外海水壓力的變化波動，隨著海水壓力的變化而變化，因此，船尾管與尾軸容易保養(yǎng)；

3）低空氣消耗性：30NL/min至50NL/min；

4）易于應對緊急情況：在#3S作為#3環(huán)的備用有雙重保險的基礎上，還有一個優(yōu)點是，根據(jù)簡單的閥操作，即使是以前的DX類型也能使用，易于應對緊急情況。

2.3 AX型壓縮空氣密封裝置艉密封裝置的主要缺點

AX型密封裝置有著眾多的優(yōu)點，但其也并非完美。首先，該裝置的自動化控制部分相對較復雜，如圖4所示。其次，自動化部分只有部分數(shù)字化，并非完全數(shù)字化，數(shù)字化程度有待提高。最后，這樣一套設備的價格較高，有待發(fā)展新技術降低其制造使用價格，從而能夠推廣使用。如圖5所示，其銷售量隨造船行情的波動情況。

圖4 AX型密封裝置的部分空氣控制單元圖

圖5 AX型密封裝置的銷量隨年份的變化示意圖

3 總結

由上文可知，AX型壓縮空氣密封裝置有著更自動化、更可靠、更環(huán)保等眾多優(yōu)點。但DX型滑油密封裝置技術更成熟，裝置結構更簡潔，價格更實惠。但隨著技術的逐步發(fā)展與完善，AX型壓縮空氣密封裝置預計會逐步取代DX型滑油密封裝置而成為市場的主角。

[1]許朝暉.DX型尾軸密封裝置結構原理及管理要點[J],珠江水運,2013(20).

[2]吳恒.輪機管理[M].大連海事大學出版社,1993(2).

[3]KOBELCO EAGLE MARINE ENGINEERING.ANTI-POLLUTION AIR SEAL-TUBE SEAL SYSTEM[M].2009.