剖分式油潤滑艉軸密封裝置的技術難點與發展趨勢探析

葉 華 曹海健 崔元桃

（東臺船用配件有限公司，江蘇 鹽城224200）

0 引言

油潤滑艉軸密封裝置是大型船舶推進系統的關鍵設備，其密封性能的好壞直接決定船舶推進系統能否正常工作。該設備一旦失效，將會發生海水內漏或潤滑油外漏。如果發生海水內漏，將導致艉軸軸承的加速磨損甚至損壞；如果發生潤滑油外漏，除了會造成油料的大量浪費，更可能導致嚴重的環境污染事故。常規整體式油潤滑艉軸密封裝置失效后，只有在船舶進塢上排，拆除螺旋槳和艉軸后才能更換損壞的零件并進行修理。這種修理方式費用高昂，且修理周期長，嚴重影響了船舶的營運和作業計劃，給用船單位帶來巨額經營成本。因此，各用船單位十分重視油潤滑艉軸密封裝置的選型、使用和維護工作。剖分式油潤滑艉軸密封裝置的全部零件可以在不拆除螺旋槳和艉軸的狀態下進行更換，相對于常規的整體式密封裝置，極大地提高了設備的可維修性，可大大縮短維修周期，降低維修費用。

1 產品的結構和功能簡介

整套剖分式油潤滑艉軸密封裝置由前密封裝置和后密封裝置組成，其中，前密封裝置安裝于艙內艉軸穿過船體的部位，用于阻擋艉管內的潤滑油泄漏到艙內；后密封裝置安裝于舷外艉軸穿出船體的部位，用于阻擋舷外海水進入艉軸管，以及艉管內的潤滑油泄漏到舷外水體中。剖分式油潤滑艉軸密封裝置的前后密封裝置的結構分別如圖1、圖2所示。

圖1 前密封裝置

圖2 后密封裝置

2 技術性能指標

剖分式油潤滑艉軸的主要技術性能指標沿用了整體式密封裝置，并從根本上提高了設備的可維修性。

2．1 沿用整體式密封裝置的技術性能指標

工作壓力：目前，船舶油潤滑軸系的最大吃水深度不超過20 m，均在15 m左右。相應的油潤滑艉軸密封裝置的工作壓力一般規定為P≤0．2 MPa。艉軸襯套線速度：艉軸襯套線速度與船舶軸系轉速及船舶營運效率直接相關，并受密封圈和耐磨襯套材料性能限制。目前，采用丁腈橡膠密封圈的密封裝置，其艉軸襯套線速度v≤5 m／s；采用氟橡膠密封圈的密封裝置，其艉軸襯套線速度v≤7 m／s。潤滑油工作溫度：潤滑油工作溫度范圍主要受密封圈材料的性能限制。目前，采用丁腈橡膠密封圈的密封裝置，其潤滑油工作溫度范圍為－5～80℃；采用氟橡膠密封圈的密封裝置，其潤滑油工作溫度范圍為－10～120℃。泄漏量：根據密封裝置規格大小和使用工況的不同，綜合用戶使用要求、相關標準要求以及現有生產技術水平限制，目前油潤滑艉軸密封裝置的允許泄漏量為靜態無泄漏，動態5～30 mL／h。耐腐蝕性能：艉軸密封裝置安裝后，其后密封裝置長期浸泡在水中。因此，密封裝置所有零件均需要具備耐淡水、海水腐蝕的能力。

2．2 可維修性

剖分式油潤滑艉軸密封裝置的密封外殼和耐磨襯套均采用2半組合結構，密封圈可以剖切后現場硫化膠接。當密封裝置發生損壞時，其全部零件可以在不拆除螺旋槳和艉軸的狀態下進行更換。根據CB1062．6—1987《輪機船上安裝工時定額－軸系》的規定，由于涉及螺旋槳、艉軸和聯軸節的拆裝，整體式密封裝置根據密封規格大小不同，在船塢內更換需要4～6級技工消耗工時240～540 h。而剖分式油潤滑艉軸密封裝置在船塢內更換時，不需要拆裝螺旋槳、艉軸和聯軸節，設備維修的工作量、勞動強度、修理時間均有大幅度下降，所需消耗工時僅為24～72 h。

3 技術難點分析

3．1 剖分式結構件的變形控制

剖分式油潤滑艉軸密封裝置的結構件包括耐磨襯套和密封外殼，均采用剖分式結構設計，其中耐磨襯套為薄壁套類零件，密封外殼由4～6件環類零件疊加組合而成。當這類零件采用全剖分結構設計時，首先就要考慮如何控制零件剖分后的變形問題。在所有剖分式零件中，耐磨襯套的加工難度最大。耐磨襯套是密封裝置中的關鍵零件，與密封圈一起組成密封副。目前，耐磨襯套均采用奧氏體不銹鋼制造，這種材料具有耐磨、耐腐蝕的優良特性，但也具有難以切削加工的特點。同時，該零件為薄壁套類零件，采用剖分式設計后，加工過程中極易發生變形。為解決變形問題，需要進行必要的材料熱處理，選擇適用的切削刀具和編排合理的加工工藝路線。必須注意的是，在材料熱處理過程中，應適當控制加熱溫度、保溫時間和冷卻速度，避免奧氏體不銹鋼晶粒長大，從而對耐磨和耐腐蝕性能帶來不利影響。

3．2 橡膠密封圈的膠接

要在不拆卸艉軸和螺旋槳的狀態下進行密封裝置的拆、裝，就必須實現密封圈剖切后現場膠接。密封圈現場膠接的方法主要有以下2種：（1）硫化膠接法。在密封圈剖切部位預留一段未完全硫化的生橡膠，現場膠接時，采用專用硫化工裝對剖切部位進行夾持，施加一定的壓力和溫度并保持一段時間，使預留的生橡膠融合硫化，橡膠分子鏈產生交聯反應，從而將剖切開的密封圈膠接成一個整圈。由于產生了交聯反應，硫化膠接法能夠得到較高的膠結強度及可靠性。但該方法要求嚴格控制預留生膠的成分和質量，否則在膠接部位易產生海綿狀硫化組織，很難保證膠接強度。另外，需要制作高精度的硫化工裝，以得到平整的膠接密封唇口。因此，該膠接方法的綜合成本較高。（2）粘接法。將密封圈事先完全硫化成整圈，現場膠接時，用刀片將整圈切開，在對剖切面進行去污、活性處理后，涂上專用的雙組分粘接劑，然后將剖切部位夾持于專用粘接工裝，施加一定的壓力和溫度并保持一段時間，待雙組分粘接劑完全固化后，剖切開的密封圈即粘接成整圈。粘接法的膠接強度和可靠性不及硫化膠接法，但該方法的密封圈在剖切前已采用傳統硫化工藝加工，具有工藝簡便、質量可靠的特點。粘接工裝的結構簡單，精度要求也相對較低。選用高質量的雙組分粘接劑，按使用要求進行施膠、粘接后，膠接質量也能夠滿足使用要求。該膠接方法的綜合成本相對較低，并且隨著粘接劑質量的提高，粘接法將會得到更多應用。因此，在實際應用中，需根據使用工況要求，綜合考慮經濟性和工藝性來選擇合適的膠接方法。

4 發展趨勢

4．1 技術性能指標要求的提升

隨著船舶向大型化發展，船舶軸系的吃水深度將會進一步加大。2010年發布實施的國家推薦標準GB／T25017—2010《船艉軸油潤滑密封裝置》中，已將密封裝置的工作壓力加大到0．3 MPa。隨著用戶對提高營運效率的要求增加，船舶軸系工作轉速將會提高，艉軸襯套線速度將會隨之提高到8～10 m／s。

4．2 新型材料的應用

（1）密封副材料。目前，密封圈大都使用丁腈橡膠或氟橡膠制造，耐磨襯套使用奧氏體不銹鋼制造。隨著密封裝置性能指標要求的不斷提高以及材料技術的發展，一些耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的密封副材料如氫化丁腈橡膠、雙相不銹鋼等將得到應用。（2）密封圈粘接膠水。目前，密封圈粘接膠水均采用進口雙組分膠水，這種膠水常溫下的固化時間較長，即便使用加熱方法促進固化，其完全固化仍需10～30 min。而快速固化膠水常溫下的完全固化時間不超過30 s，可大幅減少粘接密封圈所用時間。國外已有采用快速固化膠水進行粘接的案例，國內也正在進行相關嘗試。

［1］陸金銘．介紹國外幾種船用艉軸密封裝置［J］．武漢造船，2000（1）

［2］陳鋼耀，包曉亮，黃寶玉．船舶艉軸密封裝置技術的進展［J］．航海技術，2000（2）

［3］黃志涵．船舶油潤滑艉軸密封裝置安裝注意事項［J］．航海技術，2010（2）