HPSD410-00型艉轴轴密封装置故障分析及管理要点

陈龙殿

摘要：某轮使用的HPSDA410-00型水润滑艉轴密封装置，因漏水严重，然后调整间隙后运行，端密封盖发烫，经过多次调整后发烫漏水消除，通过这次故障，查清了原因，制定了管理措施，避免类似故障再次发生。

Abstract： In a shipping vessel，the HPSD410-00 stern shaft seal device did’t work properly  because of badly water-leakage. Hot end sealing gland. The problem was solved by checking up causes through analysis and correct management was made in accordance.

关键词：艉轴密封装置;漏水发烫故障;原因分析;管理措施

Key words： stern shaft seal device;failure on water-leakage;hot gland;cause analysis;correct management

中圖分类号：U672                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0191-02

1  HPSD410-00型艉轴密封装置结构与原理

如图（图1）所示，HPSD410-00 型艉轴密封装置总成（本体、气胎）密封总成（密封圈、衬套、夹环、端盖）水、气控制系统三大部分组成。

本装置通过水压及橡胶密封圈动环与端密封盖端面静环最佳过盈起到密封效果，同时通过最佳过盈运转中，在水封圈唇口形成最佳水膜，达到密封、隔离海水的目的。具体密封作用分为：端面密封、轴向密封、径向密封。

端面密封——端密封盖，它由内圈是密封工作面即静环面，外圈是安装面，有螺栓孔和定位块与壳体紧固和定位，有0型圈20封住艉轴管，防止舷外水从密封压盖与轴封装置壳体之间进入机舱。

轴向密封——橡胶密封圈5套紧在衬套3上，环状螺旋弹簧均匀径向力将密封环无唇边一端箍筋在轴套上，防止舷外水经过密封圈端密封盖漏入机舱;衬套套在轴上轴向密封在夹环处靠O型圈14进行密封。

径向密封——密封圈5有两道狭窄的唇边，腰部较长弹性和跟随性好，密封圈的外部有冷却水，冷却水压力将密封环的两道唇边近似线接触压紧密封压盖4内表面，防止舷外水从密封环的外围进入其内侧，再从密封压盖内孔与艉轴之间进入机舱。

在实际运行中，打开反冲击海水控制阀，冲洗淤积沙泥，需要停机检修时，可在机器停转后，打开气管19（图1）充气（0.2-0.6MPa），使气胎箍紧艉轴，再对水密封装置进行检查，调整或更换水密封圈，密封圈上开设小孔，用于保证密封唇边的压力平衡。

该密封装置的特点是采用了渗氮的不锈钢（1Cr18Ni9Ti）作为静环，以橡胶为基体的高分子材料作为动环组成一对硬/软匹配的密封副。橡胶动力环邵氏硬度约为76度，其优点是弹性好适应性强，缺点是能承受的比压小，耐高温能力差，在含泥的浅水中工作时耐磨性差。在这里水的作用非常大，具体总结出来四点：①密封，压紧密封圈9（图1），使其唇边压紧压盖4（图1）;②润滑密封环唇边与压盖，减少磨损;③冷却密封环唇边与压盖，降低温度;④清洁带走密封装置内的磨屑和泥沙。

2  故障现象

船舶在运行当中巡班发现艉管端面处漏水，随停车检查发现密封装置轴套固定在夹环上螺栓松掉三只，随上紧三只，此时漏水问题解决，低速运行正常后，加车到正常速度，发现端面高温，眼看着温度朝上升，用红外线点温计测量显示到65℃时，随立即停车，调整密封装置轴套位置，检查端面动环和静环表面情况，装复调整好后，进行倒车。再运行，再高温，反反复复三次，最后温度稳定在合理范围。

3  原因分析

该型密封装置设计泄露量为平均300ml/h，符合GJB  2479-1997《舰船艉轴管密封装置通用规范》要求。一般的情况下引起漏水有如下几个方面的原因：

①船舶长时间抛锚在泥沙含量较大区域，且涌浪较大，橡胶动环不抗泥沙磨损，异常磨损造成泄露;②不排除密封装置供水不足或不供水，常见的情况有管路、阀件堵塞，或工作时忘了打开供水阀，使相对摩擦的动、静环端面得不到润滑和冷却，造成动环端面烧损而漏水;③由于橡皮动环与端面静环是靠水冷却和润滑的，从温度高水域到温度低的水域，因橡皮热胀冷缩系数较大，到达冷水水域漏水量肯定会增大很多，也许漏水量大到船上管理人员无法接受的程度;④因船舶航行过程中艉轴纵向横向振动，靠、离码头或抛锚、起锚艉轴纵向串动从而导致端面螺栓或者轴套固定夹环螺栓松动，结果是配合面失去过盈配合了，漏水就会很严重了。很明显从船上故障现象及排除过程来看，导致漏水属于最后一种原因。

4  管理及改进

4.1 管理

①水压的管理：船舶在行驶和换向过程中，艉轴径向间隙，推力轴承轴向间隙，螺旋桨推力等不断改变，密封元件只有橡皮密封圈的唇边动环和端面静环是相对运动的，其它的密封元件是相对静止的，因此在安装的时候唇边与端面预设置有一定的过盈量，所以在船舶运行过程中一旦缺水或者水流通量不足，就会反应在端面和密封装置外壳高温即轴承高温，如果发现不及时，一直高温运行，温度超过高分子最高上限104℃，很短的时间高分子就会烧蚀，这会导致艉轴跳动厉害，船舶抖动，主机负荷变化明显，此时机舱人员发现后会立即降速停车，但为时已晚，停车后，高分子经过冷却后，会死死抱住轴，船舶再也开不起来了，这样的后果是船东难以承受的，现在航运市场竞争异常激烈，进坞维修消耗时间较长，维修备件所需费用较大，对船东来说都是致命的。所以船舶航行当中，值班人员定期检查水管压力，压力不能大也不能小，控制在0.12-0.15MPa才合适。

②温度的控制：船舶行驶当中，值班人员定期用红外线温度检测仪测量温度，使端面表面温度控制在45℃以下。

③漏水量控制：在船舶航行当中，使之控制在小于300ml/h漏水量，这样有利于艉轴密封面润滑冷却。

④保护气胎的管理：1）充气压力最大不超过0.6MPa，以免损坏;2）绝对不可在艉轴转动时充气;3）充气后至放气前，绝对不可再转动艉轴;4）每年充气一次，检查漏泄情况。

4.2 改进

那么对于这种密封装置，船上管理人员怎样才能避免这样的事故发生呢？笔者认为除了当班认真负责，加强巡视检查，做到及时发现及时处理以外，硬件设施必须配备：

①专为艉轴配备一个温控器，传感器采集探头就设在端面上，温控器高温报警输出无源开关量，接到主机报警控制系统，报警延迟降速，同时温控器面板时刻显示温度变化量，便于平时巡回检查查看对比。

②双水路供给，增加一路辅海水泵供水系统。一般的情况下，机舱供水由主机海水泵供应，这有个弊端，当主机不用时，主机海水泵停止或者有的船主机淡水冷却器温控器自动不好用，在主机机动航行时用间隔启停海水泵来控制主机缸套水温度，水泵停止时，外面海水压力大就会在涌浪的影响下，外面的海水在轴承冷却水腔会形成涡流，含有泥沙的海水沉淀在轴承槽沟里，若是海水泵再开时冲刷不掉，加速磨损轴套与高分子轴承和密封圈唇边与端面之间配合面。

③增加水滤器，在正常使用水路增加一只水滤器，旁加一根海水管并同時带有一只截止阀，这样船舶运行时滤器脏堵，需要清洗滤器时，旁通阀打开，滤器前后的阀关掉，就可以清洗滤器了。增加滤器是净化海水唯一途径，这样能确保海水纯净性。

④出水管加一只压力监控器，时刻监控水管水压小于等于0.12-0.15MPa，压力低于0.12MPa或高于0.15MPa会报警，报警连接机舱通用报警上。若压力低或者过低甚至为零（无冷却水），则导致端面和高分轴承温，摩擦副磨损损坏，轴承损坏。若冷却水压力过高，则密封环唇边对压盖压得太紧，加剧密封环唇边磨损以致其损坏失效。

经过以上的措施，就能够保证艉轴润滑腔始终一直保持相对干净的压力又符合要求的海水润滑，同时时刻监视温度压力变化，若是超出设定的限制范围，立即输出报警。大大延长艉轴轴承使用寿命，最大限度保证船舶安全运营。

参考文献：

[1]陈德才，崔德容.机械密封设计制造与使用[M].机械工业出版社，1993.

[2]顾永泉.机械密封实用技术[M].机械工业出版社，2001.

[3]刘鸿文.材料力学1[M].4版.高等教育出版社，2007.

[4]刘建华，李文星.水润滑橡胶轴承的设计研究[J].机械设计与制造，2011.

[5]GJB 2479-1995，舰艇艉轴管密封装置通用规范[S].