蘇朝君，王 尋，白艷祥，李 梓

(1.中國船舶重工集團公司第七〇四研究所，上海 200031;2.上海中船重工船舶推進設備有限公司，上海 200031)

艉軸密封是船舶主推進系統(tǒng)的重要設備，其主要作用是防止海水從艉軸處流入船艙內(nèi)，關(guān)系到整船安全和進塢維修間隔。艉軸密封根據(jù)潤滑介質(zhì)可以分為水潤滑和油潤滑。隨著全球環(huán)保意識的增強，對防止船舶艉軸滑油泄漏造成污染的公約、規(guī)范日趨嚴格，水潤滑密封方式不存在潤滑油泄漏的風險，被越來越多地應用于各類船舶[1]。近年來不少國產(chǎn)水潤滑密封裝置投入使用，但無論可靠性還是使用壽命等關(guān)鍵指標都與國外先進產(chǎn)品存在差距，因此目前國內(nèi)高端船舶基本使用進口水潤滑密封裝置。本文所介紹CWS型水潤滑艉軸密封裝置(以下簡稱CWS型艉軸密封)被引進國內(nèi)使用已有近5年時間，在國內(nèi)多型工作船上批量使用。CWS型艉軸密封是1種依靠彈簧對動、靜環(huán)密封副的預緊和介質(zhì)壓力的壓緊而達到密封效果的軸向端面密封裝置。本文介紹某工作船推進系統(tǒng)為雙機雙槳，左右舷各設置1套CWS型艉軸密封。該船投入使用已將近5年，按船級社規(guī)范要求需要在特別檢驗期間進塢抽艉軸檢查，為了配合抽艉軸，對艉軸密封進行拆檢和維修。

1 CWS型艉軸密封結(jié)構(gòu)特點和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點

CWS型艉軸密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

1-剖分式夾緊環(huán)；2-動環(huán)座；3-動環(huán)；4-靜環(huán)；5-靜環(huán)座；6-預緊彈簧；7-方形填料；8-靜環(huán)殼體；9-密封殼體；10-氣胎座；11-艉管前法蘭；12-氣胎

CWS型艉軸密封由2個部分組成：旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分。旋轉(zhuǎn)部分安裝在艉軸上，靜止部分安裝在艉管前法蘭(或艙壁)上。

旋轉(zhuǎn)部分主要由安裝在艉軸上的剖分式夾緊環(huán)、動環(huán)座、動環(huán)等組成。靜止部分主要由靜環(huán) 、靜環(huán)座、預緊彈簧、靜環(huán)殼體、密封殼體、氣胎、氣胎座等組成。靜環(huán)座與靜環(huán)殼體之間的間隙由方形填料密封。密封裝置的主密封副由動環(huán)和靜環(huán)組成，動環(huán)通過夾緊環(huán)固定于艉軸上，隨軸運轉(zhuǎn)，靜環(huán)通過殼體與船體連接。氣胎用于檢查和修理主密封副，或在緊急情況下，向氣胎充壓縮氣，氣胎抱緊艉軸，保證水不能從舷外進入艙內(nèi)。

1.2 工作原理

艉軸密封作用是在艉軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)的工況下，均能可靠阻止海水從艉軸和船體間隙處進入艙內(nèi)。

艉軸運轉(zhuǎn)過程中，正車、倒車、主密封副磨損和推力軸承推力塊磨損等原因都會造成動環(huán)相對靜環(huán)的軸向位移變化；船體在使用過程中的變形、水潤滑軸承磨損會造成動環(huán)相對靜環(huán)徑向位移變化。因此，艉軸密封裝置要保證可靠地形成動態(tài)密封，就要在軸向和徑向進行位移補償[2]。CWS型艉軸密封靜環(huán)通過預緊彈簧與介質(zhì)壓力始終壓緊在動環(huán)上，使密封副能夠?qū)︳狠S的軸向位移進行補償。動環(huán)的密封面寬度大于靜環(huán)密封面的寬度，靜環(huán)密封面浮動于動環(huán)密封面中間處，確保密封副能對艉軸的徑向位移進行補償。除此以外，由于其預緊彈簧設置在靜環(huán)殼體部位，無離心力作用，因此彈簧可以有效進行垂直度的傾斜補償，大大降低了艉軸密封安裝時垂直度的要求[3]。

CWS型艉軸密封動、靜環(huán)材料的選擇也具有明顯特點。動環(huán)為不銹鋼材料，有一定的抗壓強度、硬度和足夠的耐磨性能。靜環(huán)為石墨材料，材質(zhì)較軟，可以縮短磨合時間，同時具有良好的順應性、鑲嵌性、導熱性和耐腐蝕性能。靜環(huán)石墨材料使用壽命與彈簧預緊力密切相關(guān)，因此在安裝時需要注意彈簧預緊力，在密封面滴水不成線的前提下，盡量減小彈簧預緊力，減少磨損。

艉軸密封動、靜環(huán)密封副受損或維修時，可以通過向氣胎充氣進行應急密封，此時艉軸不能運轉(zhuǎn)。密封殼體上有冷卻水接口，接入一定流量海水，確保內(nèi)部充滿海水，用于潤滑和冷卻端面。

2 艉軸密封拆檢及修復情況

某工作船艉軸密封分別安裝在左右兩舷艉軸上，交付使用時間接近5年，密封下部艙底已經(jīng)積累了大量靜環(huán)磨損后的粉末。經(jīng)了解該船螺旋槳還發(fā)生過漁網(wǎng)纏繞情況，因此有必要對艉軸密封進行拆檢。

2.1 拆檢過程

1)船舶進塢前，檢查左右舷艉軸密封無明顯的漏水。

2)船進塢后，對氣胎充0.5 MPa壓縮空氣，用手搖泵向密封腔室內(nèi)供水0.2 MPa，密封副和舷外無滲漏，說明密封副和氣胎工作正常。

3)拆卸艉軸密封的壓縮空氣和冷水管路。

4)拆檢主密封副前用螺釘固定的靜環(huán)座與靜環(huán)殼體，確保拆卸殼體后靜環(huán)及靜環(huán)座不會從靜環(huán)殼體內(nèi)彈出。

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5)將靜環(huán)部件(含靜環(huán)殼體、靜環(huán)座、彈簧等)從密封殼體前拆卸下來，拆卸過程注意保護殼體內(nèi)的靜環(huán)不與艉軸磕碰，拆卸后用干凈的布料包裹保護靜環(huán)。

6)逐步拆下密封殼體、動環(huán)與夾緊環(huán)，拆卸過程中注意保護動環(huán)密封面，拆卸后用干凈的布料包裹保護動環(huán)。

7)將靜環(huán)部件、動環(huán)、夾緊環(huán)發(fā)回車間檢查與修理。

2.2 損傷情況

在車間將2套返修密封部件進行清洗，并進行外觀檢查和測量。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)兩舷動、靜環(huán)端面都有明顯的線性拉痕，密封面不平整。左舷靜環(huán)存在3處嚴重缺陷：1#缺陷裂紋長度是15 mm，寬5 mm；2#缺陷裂紋長度是10 mm，寬10 mm；3#缺陷是最嚴重的，裂紋長度為38 mm，深入靜環(huán)密封面大于1/2位置，缺口深度接近靜環(huán)座；右舷靜環(huán)端面外緣有3 mm缺口。圖2～圖5為左、右舷靜環(huán)缺陷圖。

圖2 左舷靜環(huán)1#缺陷

圖3 左舷靜環(huán)2#缺陷

圖4 左舷靜環(huán)3#缺陷

圖5 右舷靜環(huán)缺陷

2.3 缺陷機理分析

對于左右舷動、靜環(huán)的環(huán)形拉痕和不平整問題，可能的原因為該船長期航行于內(nèi)河與沿海水域，海水泵所供冷卻水含有較多泥沙，導致硬質(zhì)顆粒進入密封副，隨密封面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生環(huán)狀拉痕和壓痕。

對于左舷靜環(huán)1#、2#缺陷和右舷靜環(huán)處小缺口，經(jīng)分析可能為吊裝或初次安裝時不小心碰傷。對于左舷密封面上的較大缺口(3#缺陷)，以及深入密封面的裂紋，可能的原因是螺旋槳纏繞漁網(wǎng)導致艉軸受到較大變形，靜環(huán)受到擠壓破碎產(chǎn)生缺口和裂紋，隨著艉軸運行裂紋不斷擴展。

2.4 修復方案

對于密封面動環(huán)上的的環(huán)狀拉痕及輕微的不平整，只需上機床進行修磨，就可以消除。對于右舷密封靜環(huán)小缺口，修磨后可以正常使用，不需要更換。左舷密封靜環(huán)缺口較大較深，裂紋深入密封面，無法維修，采用更換靜環(huán)方式處理。兩舷動、靜環(huán)維修結(jié)果如表1所示。

表1 動、靜環(huán)維修結(jié)果 mm

3 艉軸密封安裝及試驗情況

3.1 安裝過程

1)密封安裝前，先對艉軸密封安裝軸段進行清洗，然后從后往前依次將夾緊環(huán)、動環(huán)座、動環(huán)、密封殼體、靜環(huán)部件掛于艉軸上。

2)安裝夾緊環(huán)時，夾緊環(huán)與氣胎座間的軸向距離通過3個定距塊定位，定距塊理論厚度為(9±2)mm。實際安裝時左右舷定距塊厚度不一致，左舷定距塊厚度為9 mm，右舷定距塊厚度為18 mm，這是因為右舷靜環(huán)經(jīng)維修后重新安裝的部件，使用磨損加上機床維修使厚度減少了約9 mm。夾緊環(huán)安裝時注意保證端面軸向跳動不超過0.3 mm。

3)夾緊環(huán)安裝完成后，依次安裝動環(huán)座和動環(huán)，注意部件間的密封圈為橡膠件，易老化，需全部換新。

4)逐步安裝密封殼體，密封靜環(huán)組件，安裝時注意避免動、靜環(huán)磕碰，保持動、靜環(huán)密封面清潔。

5)靜環(huán)部件安裝完成后，拆卸靜環(huán)螺釘固定，確保靜環(huán)靠彈簧預緊力與動環(huán)緊密貼合。

6)連接密封的壓縮空氣和冷水管路。

3.2 靜、動態(tài)試驗

艉軸密封安裝完成后，船舶下水前進行艉軸密封靜態(tài)試驗：向氣胎充氣0.5 MPa，冷卻水壓力0.2 MPa，泄漏量滿足要求。靜態(tài)試驗結(jié)果如表2所示。

表2 艉軸密封靜態(tài)試驗情況

結(jié)合船舶的系泊試驗，進行艉軸密封動態(tài)試驗。艉軸從0開始，運轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速，密封滴水不成線，溫度正常，滿足要求。

通過靜態(tài)試驗與動態(tài)試驗，證明某工作船艉軸密封安裝滿足要求，此次檢修達到了預期效果。

4 維護管理建議

CWS型艉軸密封靜環(huán)材料石墨磨損速度直接決定其使用壽命，良好的維護保養(yǎng)能夠減慢磨損。根據(jù)此次拆檢與維修情況，對CWS型艉軸密封使用和維護建議如下。

1)艉軸密封泄漏量是反應是否正常工作的指標，適當冷卻水泄漏有利于密封面的冷卻和潤滑。若艉軸密封泄漏量突然加大，說明密封副可能受損，此時需停艉軸檢查，必要時請廠家專業(yè)人員登船處理。

2)若船舶經(jīng)常航行于國內(nèi)沿?；騼?nèi)河水域，水深較淺含有較多泥沙。需要在冷卻水進艉軸密封前設置一定精度的濾器，減少冷卻水中泥沙含量，延緩密封副磨損。除此以外，冷卻水壓力是靜環(huán)壓緊力的一部分，因此在滿足流量要求的前提下，減小冷卻水壓力，以降低磨損。

3)艉軸密封的溫度情況也需要保持關(guān)注，溫度過高一般是因為艉軸密封內(nèi)空氣未排干凈，部分密封面干摩擦導致。這種情況容易出現(xiàn)在船舶剛下水時，因此艉軸初次啟動前，需要注意排出密封內(nèi)的空氣。

4)拆檢該型艉軸密封時發(fā)現(xiàn)，密封面出現(xiàn)了不同程度的磨損和不可修復的裂紋情況。該艉軸密封為進口產(chǎn)品，備件采購至少5個月，若拆檢后發(fā)現(xiàn)無法修復的缺陷，將嚴重影響船舶下水，因此有必要常備一套動靜環(huán)，以便需要時更換。

5 結(jié)束語

CWS型艉軸密封因其獨特的不銹鋼—石墨密封副的設計，密封效果良好，已經(jīng)投入使用的船舶并未出現(xiàn)因艉軸密封故障導致進塢的情況，幾次檢修都是配合抽艉軸。但CWS型艉軸密封也存在靜環(huán)石墨材料易磨損，受到外力后容易碎裂的缺陷，日常維護保養(yǎng)需要加強對密封副的保護。

國內(nèi)應用CWS型艉軸密封的船舶都即將滿5年，將陸續(xù)進塢進行抽艉軸的特別檢驗，同時也將對艉軸密封裝置進行拆檢。本文艉軸密封裝置的檢修過程與結(jié)果，可以為其他船舶該型艉軸密封維修提供參考。