某工作船CWS型水润滑艉轴密封拆检及维修

苏朝君，王 寻，白艳祥，李 梓

(1.中国船舶重工集团公司第七〇四研究所，上海 200031;2.上海中船重工船舶推进设备有限公司，上海 200031)

艉轴密封是船舶主推进系统的重要设备，其主要作用是防止海水从艉轴处流入船舱内，关系到整船安全和进坞维修间隔。艉轴密封根据润滑介质可以分为水润滑和油润滑。随着全球环保意识的增强，对防止船舶艉轴滑油泄漏造成污染的公约、规范日趋严格，水润滑密封方式不存在润滑油泄漏的风险，被越来越多地应用于各类船舶[1]。近年来不少国产水润滑密封装置投入使用，但无论可靠性还是使用寿命等关键指标都与国外先进产品存在差距，因此目前国内高端船舶基本使用进口水润滑密封装置。本文所介绍CWS型水润滑艉轴密封装置(以下简称CWS型艉轴密封)被引进国内使用已有近5年时间，在国内多型工作船上批量使用。CWS型艉轴密封是1种依靠弹簧对动、静环密封副的预紧和介质压力的压紧而达到密封效果的轴向端面密封装置。本文介绍某工作船推进系统为双机双桨，左右舷各设置1套CWS型艉轴密封。该船投入使用已将近5年，按船级社规范要求需要在特别检验期间进坞抽艉轴检查，为了配合抽艉轴，对艉轴密封进行拆检和维修。

1 CWS型艉轴密封结构特点和工作原理

1.1 结构特点

CWS型艉轴密封装置结构示意图如图1。

1-剖分式夹紧环；2-动环座；3-动环；4-静环；5-静环座；6-预紧弹簧；7-方形填料；8-静环壳体；9-密封壳体；10-气胎座；11-艉管前法兰；12-气胎

CWS型艉轴密封由2个部分组成：旋转部分和静止部分。旋转部分安装在艉轴上，静止部分安装在艉管前法兰(或舱壁)上。

旋转部分主要由安装在艉轴上的剖分式夹紧环、动环座、动环等组成。静止部分主要由静环 、静环座、预紧弹簧、静环壳体、密封壳体、气胎、气胎座等组成。静环座与静环壳体之间的间隙由方形填料密封。密封装置的主密封副由动环和静环组成，动环通过夹紧环固定于艉轴上，随轴运转，静环通过壳体与船体连接。气胎用于检查和修理主密封副，或在紧急情况下，向气胎充压缩气，气胎抱紧艉轴，保证水不能从舷外进入舱内。

1.2 工作原理

艉轴密封作用是在艉轴正转、反转、不转的工况下，均能可靠阻止海水从艉轴和船体间隙处进入舱内。

艉轴运转过程中，正车、倒车、主密封副磨损和推力轴承推力块磨损等原因都会造成动环相对静环的轴向位移变化；船体在使用过程中的变形、水润滑轴承磨损会造成动环相对静环径向位移变化。因此，艉轴密封装置要保证可靠地形成动态密封，就要在轴向和径向进行位移补偿[2]。CWS型艉轴密封静环通过预紧弹簧与介质压力始终压紧在动环上，使密封副能够对艉轴的轴向位移进行补偿。动环的密封面宽度大于静环密封面的宽度，静环密封面浮动于动环密封面中间处，确保密封副能对艉轴的径向位移进行补偿。除此以外，由于其预紧弹簧设置在静环壳体部位，无离心力作用，因此弹簧可以有效进行垂直度的倾斜补偿，大大降低了艉轴密封安装时垂直度的要求[3]。

CWS型艉轴密封动、静环材料的选择也具有明显特点。动环为不锈钢材料，有一定的抗压强度、硬度和足够的耐磨性能。静环为石墨材料，材质较软，可以缩短磨合时间，同时具有良好的顺应性、镶嵌性、导热性和耐腐蚀性能。静环石墨材料使用寿命与弹簧预紧力密切相关，因此在安装时需要注意弹簧预紧力，在密封面滴水不成线的前提下，尽量减小弹簧预紧力，减少磨损。

艉轴密封动、静环密封副受损或维修时，可以通过向气胎充气进行应急密封，此时艉轴不能运转。密封壳体上有冷却水接口，接入一定流量海水，确保内部充满海水，用于润滑和冷却端面。

2 艉轴密封拆检及修复情况

某工作船艉轴密封分别安装在左右两舷艉轴上，交付使用时间接近5年，密封下部舱底已经积累了大量静环磨损后的粉末。经了解该船螺旋桨还发生过渔网缠绕情况，因此有必要对艉轴密封进行拆检。

2.1 拆检过程

1)船舶进坞前，检查左右舷艉轴密封无明显的漏水。

2)船进坞后，对气胎充0.5 MPa压缩空气，用手摇泵向密封腔室内供水0.2 MPa，密封副和舷外无渗漏，说明密封副和气胎工作正常。

3)拆卸艉轴密封的压缩空气和冷水管路。

4)拆检主密封副前用螺钉固定的静环座与静环壳体，确保拆卸壳体后静环及静环座不会从静环壳体内弹出。

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5)将静环部件(含静环壳体、静环座、弹簧等)从密封壳体前拆卸下来，拆卸过程注意保护壳体内的静环不与艉轴磕碰，拆卸后用干净的布料包裹保护静环。

6)逐步拆下密封壳体、动环与夹紧环，拆卸过程中注意保护动环密封面，拆卸后用干净的布料包裹保护动环。

7)将静环部件、动环、夹紧环发回车间检查与修理。

2.2 损伤情况

在车间将2套返修密封部件进行清洗，并进行外观检查和测量。经检查发现两舷动、静环端面都有明显的线性拉痕，密封面不平整。左舷静环存在3处严重缺陷：1#缺陷裂纹长度是15 mm，宽5 mm；2#缺陷裂纹长度是10 mm，宽10 mm；3#缺陷是最严重的，裂纹长度为38 mm，深入静环密封面大于1/2位置，缺口深度接近静环座；右舷静环端面外缘有3 mm缺口。图2～图5为左、右舷静环缺陷图。

图2 左舷静环1#缺陷

图3 左舷静环2#缺陷

图4 左舷静环3#缺陷

图5 右舷静环缺陷

2.3 缺陷机理分析

对于左右舷动、静环的环形拉痕和不平整问题，可能的原因为该船长期航行于内河与沿海水域，海水泵所供冷却水含有较多泥沙，导致硬质颗粒进入密封副，随密封面旋转产生环状拉痕和压痕。

对于左舷静环1#、2#缺陷和右舷静环处小缺口，经分析可能为吊装或初次安装时不小心碰伤。对于左舷密封面上的较大缺口(3#缺陷)，以及深入密封面的裂纹，可能的原因是螺旋桨缠绕渔网导致艉轴受到较大变形，静环受到挤压破碎产生缺口和裂纹，随着艉轴运行裂纹不断扩展。

2.4 修复方案

对于密封面动环上的的环状拉痕及轻微的不平整，只需上机床进行修磨，就可以消除。对于右舷密封静环小缺口，修磨后可以正常使用，不需要更换。左舷密封静环缺口较大较深，裂纹深入密封面，无法维修，采用更换静环方式处理。两舷动、静环维修结果如表1所示。

表1 动、静环维修结果 mm

3 艉轴密封安装及试验情况

3.1 安装过程

1)密封安装前，先对艉轴密封安装轴段进行清洗，然后从后往前依次将夹紧环、动环座、动环、密封壳体、静环部件挂于艉轴上。

2)安装夹紧环时，夹紧环与气胎座间的轴向距离通过3个定距块定位，定距块理论厚度为(9±2)mm。实际安装时左右舷定距块厚度不一致，左舷定距块厚度为9 mm，右舷定距块厚度为18 mm，这是因为右舷静环经维修后重新安装的部件，使用磨损加上机床维修使厚度减少了约9 mm。夹紧环安装时注意保证端面轴向跳动不超过0.3 mm。

3)夹紧环安装完成后，依次安装动环座和动环，注意部件间的密封圈为橡胶件，易老化，需全部换新。

4)逐步安装密封壳体，密封静环组件，安装时注意避免动、静环磕碰，保持动、静环密封面清洁。

5)静环部件安装完成后，拆卸静环螺钉固定，确保静环靠弹簧预紧力与动环紧密贴合。

6)连接密封的压缩空气和冷水管路。

3.2 静、动态试验

艉轴密封安装完成后，船舶下水前进行艉轴密封静态试验：向气胎充气0.5 MPa，冷却水压力0.2 MPa，泄漏量满足要求。静态试验结果如表2所示。

表2 艉轴密封静态试验情况

结合船舶的系泊试验，进行艉轴密封动态试验。艉轴从0开始，运转到额定转速，密封滴水不成线，温度正常，满足要求。

通过静态试验与动态试验，证明某工作船艉轴密封安装满足要求，此次检修达到了预期效果。

4 维护管理建议

CWS型艉轴密封静环材料石墨磨损速度直接决定其使用寿命，良好的维护保养能够减慢磨损。根据此次拆检与维修情况，对CWS型艉轴密封使用和维护建议如下。

1)艉轴密封泄漏量是反应是否正常工作的指标，适当冷却水泄漏有利于密封面的冷却和润滑。若艉轴密封泄漏量突然加大，说明密封副可能受损，此时需停艉轴检查，必要时请厂家专业人员登船处理。

2)若船舶经常航行于国内沿海或内河水域，水深较浅含有较多泥沙。需要在冷却水进艉轴密封前设置一定精度的滤器，减少冷却水中泥沙含量，延缓密封副磨损。除此以外，冷却水压力是静环压紧力的一部分，因此在满足流量要求的前提下，减小冷却水压力，以降低磨损。

3)艉轴密封的温度情况也需要保持关注，温度过高一般是因为艉轴密封内空气未排干净，部分密封面干摩擦导致。这种情况容易出现在船舶刚下水时，因此艉轴初次启动前，需要注意排出密封内的空气。

4)拆检该型艉轴密封时发现，密封面出现了不同程度的磨损和不可修复的裂纹情况。该艉轴密封为进口产品，备件采购至少5个月，若拆检后发现无法修复的缺陷，将严重影响船舶下水，因此有必要常备一套动静环，以便需要时更换。

5 结束语

CWS型艉轴密封因其独特的不锈钢—石墨密封副的设计，密封效果良好，已经投入使用的船舶并未出现因艉轴密封故障导致进坞的情况，几次检修都是配合抽艉轴。但CWS型艉轴密封也存在静环石墨材料易磨损，受到外力后容易碎裂的缺陷，日常维护保养需要加强对密封副的保护。

国内应用CWS型艉轴密封的船舶都即将满5年，将陆续进坞进行抽艉轴的特别检验，同时也将对艉轴密封装置进行拆检。本文艉轴密封装置的检修过程与结果，可以为其他船舶该型艉轴密封维修提供参考。