我国潜艇艉轴密封装置技术发展概况及趋势探讨

曹海健，叶 华，崔元桃

（东台船用配件有限公司，江苏 东台 224200）

我国自50年代起，开始组建海军潜艇部队，首批潜艇艉轴密封装置随潜艇一起从原苏联引进，从60年代起，我国开始自行设计建造潜艇，限于当时国内的技术和生产能力，所选用重要设备包括艉轴密封装置大部仍由原苏联引进，少量艉轴密封装置由国内科研所牵头在引苏设备的基础上进行测绘、设计、生产，产品性能基本能满足部队使用要求。

随着国际军事科技的快速发展，潜艇艉轴密封装置的技术性能正在由低潜深、低性能、结构简单，向大潜深、高性能、结构复杂发展。

1 技术性能指标

潜艇艉轴密封装置技术性能的核心是潜艇的潜深能力，表现为密封装置在潜艇极限下潜深度范围内，适应于潜艇艉轴恶劣运转工况时的密封性能。相关信息表明，美、俄等军事大国已经拥有或正在建造潜深超过600m的潜艇。随着国际军事科技竞争的日益加剧，部队对潜艇所具备的潜深能力的要求在不断提高。高潜深的潜艇也正在计划建造之中。

潜艇艉轴密封装置技术性能还应包括：良好的应急能力，操作、维护简便，较低的摩擦功率损耗及运转噪音。基于对潜艇总体性能的需要，部队对上述指标的要求日益严格。为满足现代国防建设的要求，研制新一代潜艇艉轴密封装置必须从结构设计、材料选用两方面作广泛而细致的研究。

2 结构形式的演变

早期潜艇艉轴密封装置的结构形式沿袭引苏设备，结构上采用一道机械端面密封作为主密封，轴向串联布置冗余设计的皮碗防砂装置、填料密封装置各一道作为辅助、应急密封。主密封副由一只随艉轴作旋转运动的动环和一只静止的静环组成，圆周均匀布置并随艉轴旋转的弹簧推动动环，实现密封副的轴向补偿运动。当主密封发生故障时，可通过压紧填料密封装置实现短时间的应急密封。皮碗起到防砂装置的作用，是在潜艇停靠港口期间，阻止泥砂进入密封腔损害主密封，同时能提供一定的水面密封性能，以实现在港口期间不进坞，不抽艉轴对主密封副的维修、更换。填料密封装置提供在主密封损坏时的应急密封性能。

上世纪八十年代末，我国开始某型常规动力潜艇的建造，配套的艉轴密封装置由总体科研所牵头研制。借鉴吸收国外艉轴密封装置的结构优点，在广泛调研的基础上，结合我国海况，进行了充分的论证，结构上仍采用冗余设计，在保留某型密封装置皮碗防砂装置、填料密封装置及其性能的基础上，增加一道剖分式气胎密封作为应急辅助密封。当主密封发生损坏时，该气胎密封使潜艇在下潜一定深度范围内，能够座沉海底并保持静态密封，以实现对主密封副的紧急维修、更换。在潜艇下潜一定深度范围内，艉轴以低转速运转时，该气胎密封能够保持动态密封，提供潜艇在紧急情况下的机动性能。

为适应部队对使用性能要求的日益提高，潜艇艉轴密封装置的结构形式将向双端面密封、整体安装式结构发展。采用双端面密封的结构形式，可以进一步提高装置密封的耐压压力和可靠性能。而整体安装式结构的采用，将会克服现有密封装置散件安装结构所固有的安装繁琐，调整、维护困难的缺点。可以预见的是，为保证装置的可靠性能，在结构上将继续采用冗余设计。

3 新型材料的应用

潜艇艉轴密封装置壳体、端盖等结构件的材质，一直选用高强度铸件或高强度锻件。长期使用效果表明，上述两种材料能够较好地满足使用要求。同时，该两种材料存在着加工困难，耐海水腐蚀能力不强的缺点。在满足艇体总体性能要求的前提下，寻找合适的替代材料是提高潜艇艉轴密封装置性能的方向之一。主密封的辅助密封偶件，常选用铜铝合金、合成橡胶作为配对材料，经验表明，该两种材料配对使用性能良好，仅在零件的表面强度、精度和耐候性能上有待进一步提高。

作为影响装置密封性能的关键件，机械主密封动、静环材质的选用显得尤为重要。早期潜艇艉轴密封装置由原苏联引进，出于立足国内、自行配套的国防建设原则，国内科研所对引苏设备的关键件材质作了分析、研究，受技术手段所限，当时只能认定引苏设备的动环材质为高铬合金钢，静环材质为浸渍石墨环。着眼于当时国内的材料工业水平，在自行研制的密封装置上，采用某次聊作为动环材料、浸渍巴氏合金石墨作为静环材料。该两种材料作为主密封副配对材料，较好地满足了装置的密封性能要求。但是，用作动环材料的某材料，存在着热处理性能不稳定，耐磨性差，耐海水腐蚀能力较弱的缺点。而作为静环材料，浸渍巴氏合金石墨环也会因浸渍后组织不均匀，导致磨合、耐磨性能不理想。

针对上述材质在实际使用中的表现，在为某型潜艇及后续艇配套密封装置的研制过程中，结合国际、国内材料工业的发展水平，逐步选用新材料作替代试验。在对比试验的基础上，对装置材料的选用作相关替代：

（1）动环材料

选用碳化钨硬质合金作为动环密封副材料。该材料具有极高的硬度和强度，良好的耐磨性、耐泥砂能力和耐海水腐蚀性能。同时，该材料也有着脆性大，机械加工困难的缺点。针对这个缺点，碳化钨硬质合金动环结构由整体式发展为镶嵌式结构。

（2）静环材料

在工艺手段合理，产品质量有保障的前提下，浸渍巴氏合金石墨环仍然是密封静环的首选材质。同时，国内科研所和相关企业应开展全面合作，做好青铜、浸渍青铜石墨环等备选材质的对比试验工作，力争早日实现更好的静环材料应用，进一步提升装置性能。

（3）结构件材料

在总体所的带动下，生产企业和国内材料专业所开展了多层次的合作，在满足艇体总体性能要求的同时，一些新型材料已实现了成功的应用。其中某材料性能优异，在具备较高的耐海水腐蚀能力的同时，在海水中能够保持较低的固有电位，能够避免对艇体和其他设备造成电化学腐蚀。在研究所委托南海部队进行的海水挂片试验中，某材料被选定为某新型密封装置的结构件材料。

4 结束语

本文从技术性能指标、结构形式的演变和新材料的应用三个方面对我国潜艇艉轴密封装置技术发展概况及趋势进行了分析和探讨。对潜艇艉轴密封装置技术性能指标的要求作了细致的分析，认为潜艇艉轴密封装置技术性能指标应根据国防建设的要求而不断提高；预测了我国潜艇艉轴密封装置的结构形式将向双端面密封、整体安装式结构发展，并预测在新型潜艇艉轴密封装置的结构设计中将继续采用冗余设计以保障潜艇的安全性能；结合工作实践和材料科学技术发展的背景，认为新材料的应用将在我国潜艇艉轴密封装置技术发展的过程中起到不可替代的作用。

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