基于BV CLEANSHIP船级符号要求的一种挖泥船艉轴密封系统研究

于化宇，王树山，蔡 君

（大连中远海运重工有限公司技术中心，辽宁大连 116113）

0 引言

艉轴密封是艉轴系统中的关键部件，艉管的前端和后端分别安装艏密封和艉密封，其作用是防止艉管内的滑油泄漏。其中，艉密封具有双重作用，在防止滑油泄漏的同时，可防止海水侵入艉管内污染滑油。

艉管内包含艉管轴承（支撑着整个艉轴）和螺旋桨，为了保证艉轴和螺旋桨的正常运转，艉轴和艉管轴承间的润滑极为重要。任何艉管滑油的泄漏或者由于海水侵入艉管而造成的滑油降级变质都会直接影响到船舶的推进效率和安全，因此艉轴密封装置是船舶安全航行的重要保障。

1 BV船级符号介绍

本文所研究的是一型耙吸式挖泥船项目，入籍BV CLEANSHIP船级符号[1]，根据BV（法国船级社）规范满足此船级符号要求可以通过2种方法来实现[2]，一种是艉轴密封需提供防止滑油泄漏的气密封装置，或使用经标准认可的无毒、生物可降解的环保型润滑油。本项目采用第一种方法也就是艉密封装置中设置气密封腔来满足此船级符号的要求。

第二种方法对于船舶使用环保润滑油作为艉管滑油，通常应用在需要满足美国USCG要求的商船上。根据美国环保署（Environmental Protection Agency，EPA）最新发布的船舶通用许可证（2013 Final VGP）规定，所有进入美国水域（沿海3 n mile）船舶在油水界面上必须使用环保润滑油（EAL），EAL指生物可降解、最低限度毒性、非生物累积的润滑油。除非技术上不可行，这些油水界面包括但不限于：可调距桨、推进器液压油及其它油水界面（明轮、艉轴管、螺旋桨轴承、减摇装置、舵承、全回转推进器、吊舱式推进器、浸没钢丝绳和甲板机械设备等）。对于已运营的船舶艉管系统可推迟至规则生效后的第一个干船坞期再更换环保润滑油，更换需满足如下条件：首先环保润滑油必须通过美国环保署认可的实验室验证环保润滑油的生物可降解性、无毒性和生物不可聚集性等指标，并获得相应的认可证书；同时需获得设备制造商的认证，确保环保润滑油与其设备系统和密封件材料的相容性和适应性；当船舶进干船坞后，首先进行艉管滑油系统排空或清洗、更换滤器等操作，再将整个系统中的滑油置换成环保润滑油。

2 艉轴密封系统研究

本文研究了瓦锡兰研发生产的一种满足 BV CLEANSHIP船级符号的新型艉轴密封系统，由艉密封装置（型号 OLS4AW）和艏密封装置（型号OLS2）组成[3]。其中，艉密封装置内部由4道唇密封构成4个腔室：油密封腔（采用自动调压式艉管滑油强制循环密封形式）、气密封腔、气隔离腔和水冲洗腔；艏密封装置内部由2道唇密封形成一个油密封腔，采用重力油柜密封形式。

2.1 艉密封装置

艉密封装置如图1所示。铜质的艉密封罩内包含4道唇密封，其中2道唇密封朝向艉管、另外2道唇密封背向艉管布置，#2～#3唇密封间为油密封腔，#1～#2和#0～#1唇封间为气密封腔，#0和防渔网罩间为淡水冲洗腔，通过空气控制装置对各唇密封上的油压和气压进行自动调节，保持各密封腔之间具有最理想的压力差，从而保证密封效果。

图1 瓦锡兰艉密封OLS4AW 0450组装图（单位：mm）

P12=P01>P0（其中，P12和P01气压，P0为海水压力），系统实时监测船舶吃水深度。空气控制装置自动调节气密封腔内的气压，使其始终高于外部海水压力。压缩空气会从#0唇密封下吹向海里，防止海水浸入，同时压缩空气会吹除气封管路内的积液，以防进入末端的泄放收集装置（见图3）。此装置可监测艉密封的工作状态，当泄放收集装置内发现油污时，说明艉管滑油已从#2唇密封泄漏。

P23>P12（P23为油压），空气控制装置自动调节气封腔内的压力和艉管滑油柜内的压力，保证油封腔内的压力始终高于气封腔，此时作用在#2唇封上的油压将此唇密封环紧紧压在衬套上，避免滑油泄漏。

此外，淡水供给装置向#0唇密封和防渔网罩间的淡水冲洗腔不断地注入淡水，维持#1唇密封在清洁的水质环境下，避免#0和#1唇密封在泥沙环境下作业，从而减少磨损。

2.2 艏密封装置

艏密封装置如图2所示。铸铁材质的艏密封罩内包含2道唇密封，且均朝向艉管布置，防止滑油泄漏到艉管外。#4～#5油密封腔内艉管滑油起到了冷却和润滑作用，减少了唇密封和衬套间的磨损。

图2 瓦锡兰艏密封OLS2 0420组装图（单位：mm）

2.3 艉轴密封控制系统

艉轴密封控制系统由艉密封、艉轴管、艏密封、艏密封油柜、艉管滑油柜、艉管滑油泵（含滤器和冷却器等组件）、流量计、空气控制装置、淡水供给装置、泄放收集装置等设备组成，主要设备的功能和操作方式如下。

1）空气控制装置。通过传感器实时监测船舶的吃水高度，进而提供合适压力的压缩空气到艉密封装置气密封腔内和艉管滑油柜，以确保各个密封腔在最理想的压差下工作。在实际操作中，海水有可能进入气密封腔（#0～#1），当海水蒸发后，海水中所含的盐分就会沉积在此腔内和泄放收集管路中（如图3所示），造成管路堵塞。因此，需定期进行管路冲洗，而管路清洗需在船舶压载状态、气密封腔压力较低且艉轴停止的条件下，每间隔1个月或2个月进行一次，冲洗方法是将一定压力的淡水从空气控制装置注入到气密封腔和泄放收集管路中，在设定的流量下用淡水将沉积的盐分溶解后再从泄放收集装置排出，反复进行2次到3次，直至管路中的沉积盐分清洗干净。

2）淡水供给装置。不断注入淡水到#0密封腔内，目的是隔离含泥沙海水的侵入，从而避免唇密封和衬套间的磨损。

3）艉管滑油泵和流量计分别安装在艉密封和艉管滑油柜之间，如图3所示。设备在安装调试过程中需通过流量计和阀门来控制进入油密封腔（#2～#3）的滑油流量，艉管滑油泵强制循环，艉管滑油分别进入油密封腔（#2～#3）和艉管后返回油柜，保证了艉管滑油循环的压力和温度在设计范围内，使艉密封和艉管轴承的冷却和润滑达到最佳效果，降低磨损。

4）泄放收集装置。由计量阀和泄放收集单元组成。其中，计量阀可以控制和调节流出量，泄放收集单元用以回收各种可能的泄漏（油或水）。此装置需布置在船上易操作的位置，方便操作人员监控#1和#2唇密封的工作状态。

图3 瓦锡兰艉密封OLS4AW和艏密封OLS2系统图

2.4 艉轴密封系统满足船级符号研究

通过上述研究，新型艉轴密封系统主要从以下3个方面来满足基于BV CLEANSHIP船级符号的挖泥船操作要求。

1）为满足BV CLEANSHIP船级符号要求，较传统艉密封装置增设气密封腔（AIRGUARD），将油密封腔和海水完全隔离，无油水界面，从而避免了滑油泄漏到海水里造成的环境污染。

2）为满足挖泥船的操作要求，较传统艉密封装置增设水冲洗腔，使用一定压力的淡水不停地冲刷最后一道密封腔，保持#1唇密封始终在清洁的淡水环境下工作，避免唇密封在含泥沙、海水的环境下工作，降低磨损。

3）通过各密封腔之间的压差控制以及唇密封朝向，分析出油密封腔的压力最大，其次是气密封腔和水冲洗腔，而且这3种不同的压力会根据船舶吃水进行实时自动调节，维持艉密封装置的各密封腔在最理想的压差下工作，从而降低滑油泄漏的风险，保证船舶安全航行。

3 结束语

本文介绍和研究了新型艉轴密封系统，通过气密封腔将海水侧密封和滑油侧密封完全隔离，具有防止滑油泄漏船外以及阻止海水浸入艉管的双侧密封性能，从而满足BV CLEANSHIP船级符号要求。各唇密封环上的压力是由系统自动调节的，因此各唇密封能在较合理的压力下进行作业，从而降低磨损，延长密封的使用寿命。