葉 華 曹海健 崔元桃

（東臺船用配件有限公司，江蘇 鹽城224200）

0 引言

油潤滑艉軸密封裝置是大型船舶推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其密封性能的好壞直接決定船舶推進(jìn)系統(tǒng)能否正常工作。該設(shè)備一旦失效，將會發(fā)生海水內(nèi)漏或潤滑油外漏。如果發(fā)生海水內(nèi)漏，將導(dǎo)致艉軸軸承的加速磨損甚至損壞；如果發(fā)生潤滑油外漏，除了會造成油料的大量浪費(fèi)，更可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染事故。常規(guī)整體式油潤滑艉軸密封裝置失效后，只有在船舶進(jìn)塢上排，拆除螺旋槳和艉軸后才能更換損壞的零件并進(jìn)行修理。這種修理方式費(fèi)用高昂，且修理周期長，嚴(yán)重影響了船舶的營運(yùn)和作業(yè)計(jì)劃，給用船單位帶來巨額經(jīng)營成本。因此，各用船單位十分重視油潤滑艉軸密封裝置的選型、使用和維護(hù)工作。剖分式油潤滑艉軸密封裝置的全部零件可以在不拆除螺旋槳和艉軸的狀態(tài)下進(jìn)行更換，相對于常規(guī)的整體式密封裝置，極大地提高了設(shè)備的可維修性，可大大縮短維修周期，降低維修費(fèi)用。

1 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能簡介

整套剖分式油潤滑艉軸密封裝置由前密封裝置和后密封裝置組成，其中，前密封裝置安裝于艙內(nèi)艉軸穿過船體的部位，用于阻擋艉管內(nèi)的潤滑油泄漏到艙內(nèi)；后密封裝置安裝于舷外艉軸穿出船體的部位，用于阻擋舷外海水進(jìn)入艉軸管，以及艉管內(nèi)的潤滑油泄漏到舷外水體中。剖分式油潤滑艉軸密封裝置的前后密封裝置的結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。

圖1 前密封裝置

圖2 后密封裝置

2 技術(shù)性能指標(biāo)

剖分式油潤滑艉軸的主要技術(shù)性能指標(biāo)沿用了整體式密封裝置，并從根本上提高了設(shè)備的可維修性。

2．1 沿用整體式密封裝置的技術(shù)性能指標(biāo)

工作壓力：目前，船舶油潤滑軸系的最大吃水深度不超過20 m，均在15 m左右。相應(yīng)的油潤滑艉軸密封裝置的工作壓力一般規(guī)定為P≤0．2 MPa。艉軸襯套線速度：艉軸襯套線速度與船舶軸系轉(zhuǎn)速及船舶營運(yùn)效率直接相關(guān)，并受密封圈和耐磨襯套材料性能限制。目前，采用丁腈橡膠密封圈的密封裝置，其艉軸襯套線速度v≤5 m／s；采用氟橡膠密封圈的密封裝置，其艉軸襯套線速度v≤7 m／s。潤滑油工作溫度：潤滑油工作溫度范圍主要受密封圈材料的性能限制。目前，采用丁腈橡膠密封圈的密封裝置，其潤滑油工作溫度范圍為－5～80℃；采用氟橡膠密封圈的密封裝置，其潤滑油工作溫度范圍為－10～120℃。泄漏量：根據(jù)密封裝置規(guī)格大小和使用工況的不同，綜合用戶使用要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以及現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)水平限制，目前油潤滑艉軸密封裝置的允許泄漏量為靜態(tài)無泄漏，動態(tài)5～30 mL／h。耐腐蝕性能：艉軸密封裝置安裝后，其后密封裝置長期浸泡在水中。因此，密封裝置所有零件均需要具備耐淡水、海水腐蝕的能力。

2．2 可維修性

剖分式油潤滑艉軸密封裝置的密封外殼和耐磨襯套均采用2半組合結(jié)構(gòu)，密封圈可以剖切后現(xiàn)場硫化膠接。當(dāng)密封裝置發(fā)生損壞時(shí)，其全部零件可以在不拆除螺旋槳和艉軸的狀態(tài)下進(jìn)行更換。根據(jù)CB1062．6—1987《輪機(jī)船上安裝工時(shí)定額－軸系》的規(guī)定，由于涉及螺旋槳、艉軸和聯(lián)軸節(jié)的拆裝，整體式密封裝置根據(jù)密封規(guī)格大小不同，在船塢內(nèi)更換需要4～6級技工消耗工時(shí)240～540 h。而剖分式油潤滑艉軸密封裝置在船塢內(nèi)更換時(shí)，不需要拆裝螺旋槳、艉軸和聯(lián)軸節(jié)，設(shè)備維修的工作量、勞動強(qiáng)度、修理時(shí)間均有大幅度下降，所需消耗工時(shí)僅為24～72 h。

3 技術(shù)難點(diǎn)分析

3．1 剖分式結(jié)構(gòu)件的變形控制

剖分式油潤滑艉軸密封裝置的結(jié)構(gòu)件包括耐磨襯套和密封外殼，均采用剖分式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中耐磨襯套為薄壁套類零件，密封外殼由4～6件環(huán)類零件疊加組合而成。當(dāng)這類零件采用全剖分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先就要考慮如何控制零件剖分后的變形問題。在所有剖分式零件中，耐磨襯套的加工難度最大。耐磨襯套是密封裝置中的關(guān)鍵零件，與密封圈一起組成密封副。目前，耐磨襯套均采用奧氏體不銹鋼制造，這種材料具有耐磨、耐腐蝕的優(yōu)良特性，但也具有難以切削加工的特點(diǎn)。同時(shí)，該零件為薄壁套類零件，采用剖分式設(shè)計(jì)后，加工過程中極易發(fā)生變形。為解決變形問題，需要進(jìn)行必要的材料熱處理，選擇適用的切削刀具和編排合理的加工工藝路線。必須注意的是，在材料熱處理過程中，應(yīng)適當(dāng)控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度，避免奧氏體不銹鋼晶粒長大，從而對耐磨和耐腐蝕性能帶來不利影響。

3．2 橡膠密封圈的膠接

要在不拆卸艉軸和螺旋槳的狀態(tài)下進(jìn)行密封裝置的拆、裝，就必須實(shí)現(xiàn)密封圈剖切后現(xiàn)場膠接。密封圈現(xiàn)場膠接的方法主要有以下2種：（1）硫化膠接法。在密封圈剖切部位預(yù)留一段未完全硫化的生橡膠，現(xiàn)場膠接時(shí)，采用專用硫化工裝對剖切部位進(jìn)行夾持，施加一定的壓力和溫度并保持一段時(shí)間，使預(yù)留的生橡膠融合硫化，橡膠分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，從而將剖切開的密封圈膠接成一個(gè)整圈。由于產(chǎn)生了交聯(lián)反應(yīng)，硫化膠接法能夠得到較高的膠結(jié)強(qiáng)度及可靠性。但該方法要求嚴(yán)格控制預(yù)留生膠的成分和質(zhì)量，否則在膠接部位易產(chǎn)生海綿狀硫化組織，很難保證膠接強(qiáng)度。另外，需要制作高精度的硫化工裝，以得到平整的膠接密封唇口。因此，該膠接方法的綜合成本較高。（2）粘接法。將密封圈事先完全硫化成整圈，現(xiàn)場膠接時(shí)，用刀片將整圈切開，在對剖切面進(jìn)行去污、活性處理后，涂上專用的雙組分粘接劑，然后將剖切部位夾持于專用粘接工裝，施加一定的壓力和溫度并保持一段時(shí)間，待雙組分粘接劑完全固化后，剖切開的密封圈即粘接成整圈。粘接法的膠接強(qiáng)度和可靠性不及硫化膠接法，但該方法的密封圈在剖切前已采用傳統(tǒng)硫化工藝加工，具有工藝簡便、質(zhì)量可靠的特點(diǎn)。粘接工裝的結(jié)構(gòu)簡單，精度要求也相對較低。選用高質(zhì)量的雙組分粘接劑，按使用要求進(jìn)行施膠、粘接后，膠接質(zhì)量也能夠滿足使用要求。該膠接方法的綜合成本相對較低，并且隨著粘接劑質(zhì)量的提高，粘接法將會得到更多應(yīng)用。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)使用工況要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和工藝性來選擇合適的膠接方法。

4 發(fā)展趨勢

4．1 技術(shù)性能指標(biāo)要求的提升

隨著船舶向大型化發(fā)展，船舶軸系的吃水深度將會進(jìn)一步加大。2010年發(fā)布實(shí)施的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB／T25017—2010《船艉軸油潤滑密封裝置》中，已將密封裝置的工作壓力加大到0．3 MPa。隨著用戶對提高營運(yùn)效率的要求增加，船舶軸系工作轉(zhuǎn)速將會提高，艉軸襯套線速度將會隨之提高到8～10 m／s。

4．2 新型材料的應(yīng)用

（1）密封副材料。目前，密封圈大都使用丁腈橡膠或氟橡膠制造，耐磨襯套使用奧氏體不銹鋼制造。隨著密封裝置性能指標(biāo)要求的不斷提高以及材料技術(shù)的發(fā)展，一些耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的密封副材料如氫化丁腈橡膠、雙相不銹鋼等將得到應(yīng)用。（2）密封圈粘接膠水。目前，密封圈粘接膠水均采用進(jìn)口雙組分膠水，這種膠水常溫下的固化時(shí)間較長，即便使用加熱方法促進(jìn)固化，其完全固化仍需10～30 min。而快速固化膠水常溫下的完全固化時(shí)間不超過30 s，可大幅減少粘接密封圈所用時(shí)間。國外已有采用快速固化膠水進(jìn)行粘接的案例，國內(nèi)也正在進(jìn)行相關(guān)嘗試。

［1］陸金銘．介紹國外幾種船用艉軸密封裝置［J］．武漢造船，2000（1）

［2］陳鋼耀，包曉亮，黃寶玉．船舶艉軸密封裝置技術(shù)的進(jìn)展［J］．航海技術(shù)，2000（2）

［3］黃志涵．船舶油潤滑艉軸密封裝置安裝注意事項(xiàng)［J］．航海技術(shù)，2010（2）