剖分式油润滑艉轴密封装置的技术难点与发展趋势探析

叶 华 曹海健 崔元桃

（东台船用配件有限公司，江苏 盐城224200）

0 引言

油润滑艉轴密封装置是大型船舶推进系统的关键设备，其密封性能的好坏直接决定船舶推进系统能否正常工作。该设备一旦失效，将会发生海水内漏或润滑油外漏。如果发生海水内漏，将导致艉轴轴承的加速磨损甚至损坏；如果发生润滑油外漏，除了会造成油料的大量浪费，更可能导致严重的环境污染事故。常规整体式油润滑艉轴密封装置失效后，只有在船舶进坞上排，拆除螺旋桨和艉轴后才能更换损坏的零件并进行修理。这种修理方式费用高昂，且修理周期长，严重影响了船舶的营运和作业计划，给用船单位带来巨额经营成本。因此，各用船单位十分重视油润滑艉轴密封装置的选型、使用和维护工作。剖分式油润滑艉轴密封装置的全部零件可以在不拆除螺旋桨和艉轴的状态下进行更换，相对于常规的整体式密封装置，极大地提高了设备的可维修性，可大大缩短维修周期，降低维修费用。

1 产品的结构和功能简介

整套剖分式油润滑艉轴密封装置由前密封装置和后密封装置组成，其中，前密封装置安装于舱内艉轴穿过船体的部位，用于阻挡艉管内的润滑油泄漏到舱内；后密封装置安装于舷外艉轴穿出船体的部位，用于阻挡舷外海水进入艉轴管，以及艉管内的润滑油泄漏到舷外水体中。剖分式油润滑艉轴密封装置的前后密封装置的结构分别如图1、图2所示。

图1 前密封装置

图2 后密封装置

2 技术性能指标

剖分式油润滑艉轴的主要技术性能指标沿用了整体式密封装置，并从根本上提高了设备的可维修性。

2．1 沿用整体式密封装置的技术性能指标

工作压力：目前，船舶油润滑轴系的最大吃水深度不超过20 m，均在15 m左右。相应的油润滑艉轴密封装置的工作压力一般规定为P≤0．2 MPa。艉轴衬套线速度：艉轴衬套线速度与船舶轴系转速及船舶营运效率直接相关，并受密封圈和耐磨衬套材料性能限制。目前，采用丁腈橡胶密封圈的密封装置，其艉轴衬套线速度v≤5 m／s；采用氟橡胶密封圈的密封装置，其艉轴衬套线速度v≤7 m／s。润滑油工作温度：润滑油工作温度范围主要受密封圈材料的性能限制。目前，采用丁腈橡胶密封圈的密封装置，其润滑油工作温度范围为－5～80℃；采用氟橡胶密封圈的密封装置，其润滑油工作温度范围为－10～120℃。泄漏量：根据密封装置规格大小和使用工况的不同，综合用户使用要求、相关标准要求以及现有生产技术水平限制，目前油润滑艉轴密封装置的允许泄漏量为静态无泄漏，动态5～30 mL／h。耐腐蚀性能：艉轴密封装置安装后，其后密封装置长期浸泡在水中。因此，密封装置所有零件均需要具备耐淡水、海水腐蚀的能力。

2．2 可维修性

剖分式油润滑艉轴密封装置的密封外壳和耐磨衬套均采用2半组合结构，密封圈可以剖切后现场硫化胶接。当密封装置发生损坏时，其全部零件可以在不拆除螺旋桨和艉轴的状态下进行更换。根据CB1062．6—1987《轮机船上安装工时定额－轴系》的规定，由于涉及螺旋桨、艉轴和联轴节的拆装，整体式密封装置根据密封规格大小不同，在船坞内更换需要4～6级技工消耗工时240～540 h。而剖分式油润滑艉轴密封装置在船坞内更换时，不需要拆装螺旋桨、艉轴和联轴节，设备维修的工作量、劳动强度、修理时间均有大幅度下降，所需消耗工时仅为24～72 h。

3 技术难点分析

3．1 剖分式结构件的变形控制

剖分式油润滑艉轴密封装置的结构件包括耐磨衬套和密封外壳，均采用剖分式结构设计，其中耐磨衬套为薄壁套类零件，密封外壳由4～6件环类零件叠加组合而成。当这类零件采用全剖分结构设计时，首先就要考虑如何控制零件剖分后的变形问题。在所有剖分式零件中，耐磨衬套的加工难度最大。耐磨衬套是密封装置中的关键零件，与密封圈一起组成密封副。目前，耐磨衬套均采用奥氏体不锈钢制造，这种材料具有耐磨、耐腐蚀的优良特性，但也具有难以切削加工的特点。同时，该零件为薄壁套类零件，采用剖分式设计后，加工过程中极易发生变形。为解决变形问题，需要进行必要的材料热处理，选择适用的切削刀具和编排合理的加工工艺路线。必须注意的是，在材料热处理过程中，应适当控制加热温度、保温时间和冷却速度，避免奥氏体不锈钢晶粒长大，从而对耐磨和耐腐蚀性能带来不利影响。

3．2 橡胶密封圈的胶接

要在不拆卸艉轴和螺旋桨的状态下进行密封装置的拆、装，就必须实现密封圈剖切后现场胶接。密封圈现场胶接的方法主要有以下2种：（1）硫化胶接法。在密封圈剖切部位预留一段未完全硫化的生橡胶，现场胶接时，采用专用硫化工装对剖切部位进行夹持，施加一定的压力和温度并保持一段时间，使预留的生橡胶融合硫化，橡胶分子链产生交联反应，从而将剖切开的密封圈胶接成一个整圈。由于产生了交联反应，硫化胶接法能够得到较高的胶结强度及可靠性。但该方法要求严格控制预留生胶的成分和质量，否则在胶接部位易产生海绵状硫化组织，很难保证胶接强度。另外，需要制作高精度的硫化工装，以得到平整的胶接密封唇口。因此，该胶接方法的综合成本较高。（2）粘接法。将密封圈事先完全硫化成整圈，现场胶接时，用刀片将整圈切开，在对剖切面进行去污、活性处理后，涂上专用的双组分粘接剂，然后将剖切部位夹持于专用粘接工装，施加一定的压力和温度并保持一段时间，待双组分粘接剂完全固化后，剖切开的密封圈即粘接成整圈。粘接法的胶接强度和可靠性不及硫化胶接法，但该方法的密封圈在剖切前已采用传统硫化工艺加工，具有工艺简便、质量可靠的特点。粘接工装的结构简单，精度要求也相对较低。选用高质量的双组分粘接剂，按使用要求进行施胶、粘接后，胶接质量也能够满足使用要求。该胶接方法的综合成本相对较低，并且随着粘接剂质量的提高，粘接法将会得到更多应用。因此，在实际应用中，需根据使用工况要求，综合考虑经济性和工艺性来选择合适的胶接方法。

4 发展趋势

4．1 技术性能指标要求的提升

随着船舶向大型化发展，船舶轴系的吃水深度将会进一步加大。2010年发布实施的国家推荐标准GB／T25017—2010《船艉轴油润滑密封装置》中，已将密封装置的工作压力加大到0．3 MPa。随着用户对提高营运效率的要求增加，船舶轴系工作转速将会提高，艉轴衬套线速度将会随之提高到8～10 m／s。

4．2 新型材料的应用

（1）密封副材料。目前，密封圈大都使用丁腈橡胶或氟橡胶制造，耐磨衬套使用奥氏体不锈钢制造。随着密封装置性能指标要求的不断提高以及材料技术的发展，一些耐高温、耐磨损、耐腐蚀的密封副材料如氢化丁腈橡胶、双相不锈钢等将得到应用。（2）密封圈粘接胶水。目前，密封圈粘接胶水均采用进口双组分胶水，这种胶水常温下的固化时间较长，即便使用加热方法促进固化，其完全固化仍需10～30 min。而快速固化胶水常温下的完全固化时间不超过30 s，可大幅减少粘接密封圈所用时间。国外已有采用快速固化胶水进行粘接的案例，国内也正在进行相关尝试。

［1］陆金铭．介绍国外几种船用艉轴密封装置［J］．武汉造船，2000（1）

［2］陈钢耀，包晓亮，黄宝玉．船舶艉轴密封装置技术的进展［J］．航海技术，2000（2）

［3］黄志涵．船舶油润滑艉轴密封装置安装注意事项［J］．航海技术，2010（2）