基于BV CLEANSHIP船級符號要求的一種挖泥船艉軸密封系統研究

于化宇，王樹山，蔡 君

（大連中遠海運重工有限公司技術中心，遼寧大連 116113）

0 引言

艉軸密封是艉軸系統中的關鍵部件，艉管的前端和后端分別安裝艏密封和艉密封，其作用是防止艉管內的滑油泄漏。其中，艉密封具有雙重作用，在防止滑油泄漏的同時，可防止海水侵入艉管內污染滑油。

艉管內包含艉管軸承（支撐著整個艉軸）和螺旋槳，為了保證艉軸和螺旋槳的正常運轉，艉軸和艉管軸承間的潤滑極為重要。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級變質都會直接影響到船舶的推進效率和安全，因此艉軸密封裝置是船舶安全航行的重要保障。

1 BV船級符號介紹

本文所研究的是一型耙吸式挖泥船項目，入籍BV CLEANSHIP船級符號[1]，根據BV（法國船級社）規范滿足此船級符號要求可以通過2種方法來實現[2]，一種是艉軸密封需提供防止滑油泄漏的氣密封裝置，或使用經標準認可的無毒、生物可降解的環保型潤滑油。本項目采用第一種方法也就是艉密封裝置中設置氣密封腔來滿足此船級符號的要求。

第二種方法對于船舶使用環保潤滑油作為艉管滑油，通常應用在需要滿足美國USCG要求的商船上。根據美國環保署（Environmental Protection Agency，EPA）最新發布的船舶通用許可證（2013 Final VGP）規定，所有進入美國水域（沿海3 n mile）船舶在油水界面上必須使用環保潤滑油（EAL），EAL指生物可降解、最低限度毒性、非生物累積的潤滑油。除非技術上不可行，這些油水界面包括但不限于：可調距槳、推進器液壓油及其它油水界面（明輪、艉軸管、螺旋槳軸承、減搖裝置、舵承、全回轉推進器、吊艙式推進器、浸沒鋼絲繩和甲板機械設備等）。對于已運營的船舶艉管系統可推遲至規則生效后的第一個干船塢期再更換環保潤滑油，更換需滿足如下條件：首先環保潤滑油必須通過美國環保署認可的實驗室驗證環保潤滑油的生物可降解性、無毒性和生物不可聚集性等指標，并獲得相應的認可證書；同時需獲得設備制造商的認證，確保環保潤滑油與其設備系統和密封件材料的相容性和適應性；當船舶進干船塢后，首先進行艉管滑油系統排空或清洗、更換濾器等操作，再將整個系統中的滑油置換成環保潤滑油。

2 艉軸密封系統研究

本文研究了瓦錫蘭研發生產的一種滿足 BV CLEANSHIP船級符號的新型艉軸密封系統，由艉密封裝置（型號 OLS4AW）和艏密封裝置（型號OLS2）組成[3]。其中，艉密封裝置內部由4道唇密封構成4個腔室：油密封腔（采用自動調壓式艉管滑油強制循環密封形式）、氣密封腔、氣隔離腔和水沖洗腔；艏密封裝置內部由2道唇密封形成一個油密封腔，采用重力油柜密封形式。

2.1 艉密封裝置

艉密封裝置如圖1所示。銅質的艉密封罩內包含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唇密封間為油密封腔，#1～#2和#0～#1唇封間為氣密封腔，#0和防漁網罩間為淡水沖洗腔，通過空氣控制裝置對各唇密封上的油壓和氣壓進行自動調節，保持各密封腔之間具有最理想的壓力差，從而保證密封效果。

圖1 瓦錫蘭艉密封OLS4AW 0450組裝圖（單位：mm）

P12=P01>P0（其中，P12和P01氣壓，P0為海水壓力），系統實時監測船舶吃水深度。空氣控制裝置自動調節氣密封腔內的氣壓，使其始終高于外部海水壓力。壓縮空氣會從#0唇密封下吹向海里，防止海水浸入，同時壓縮空氣會吹除氣封管路內的積液，以防進入末端的泄放收集裝置（見圖3）。此裝置可監測艉密封的工作狀態，當泄放收集裝置內發現油污時，說明艉管滑油已從#2唇密封泄漏。

P23>P12（P23為油壓），空氣控制裝置自動調節氣封腔內的壓力和艉管滑油柜內的壓力，保證油封腔內的壓力始終高于氣封腔，此時作用在#2唇封上的油壓將此唇密封環緊緊壓在襯套上，避免滑油泄漏。

此外，淡水供給裝置向#0唇密封和防漁網罩間的淡水沖洗腔不斷地注入淡水，維持#1唇密封在清潔的水質環境下，避免#0和#1唇密封在泥沙環境下作業，從而減少磨損。

2.2 艏密封裝置

艏密封裝置如圖2所示。鑄鐵材質的艏密封罩內包含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油密封腔內艉管滑油起到了冷卻和潤滑作用，減少了唇密封和襯套間的磨損。

圖2 瓦錫蘭艏密封OLS2 0420組裝圖（單位：mm）

2.3 艉軸密封控制系統

艉軸密封控制系統由艉密封、艉軸管、艏密封、艏密封油柜、艉管滑油柜、艉管滑油泵（含濾器和冷卻器等組件）、流量計、空氣控制裝置、淡水供給裝置、泄放收集裝置等設備組成，主要設備的功能和操作方式如下。

1）空氣控制裝置。通過傳感器實時監測船舶的吃水高度，進而提供合適壓力的壓縮空氣到艉密封裝置氣密封腔內和艉管滑油柜，以確保各個密封腔在最理想的壓差下工作。在實際操作中，海水有可能進入氣密封腔（#0～#1），當海水蒸發后，海水中所含的鹽分就會沉積在此腔內和泄放收集管路中（如圖3所示），造成管路堵塞。因此，需定期進行管路沖洗，而管路清洗需在船舶壓載狀態、氣密封腔壓力較低且艉軸停止的條件下，每間隔1個月或2個月進行一次，沖洗方法是將一定壓力的淡水從空氣控制裝置注入到氣密封腔和泄放收集管路中，在設定的流量下用淡水將沉積的鹽分溶解后再從泄放收集裝置排出，反復進行2次到3次，直至管路中的沉積鹽分清洗干凈。

2）淡水供給裝置。不斷注入淡水到#0密封腔內，目的是隔離含泥沙海水的侵入，從而避免唇密封和襯套間的磨損。

3）艉管滑油泵和流量計分別安裝在艉密封和艉管滑油柜之間，如圖3所示。設備在安裝調試過程中需通過流量計和閥門來控制進入油密封腔（#2～#3）的滑油流量，艉管滑油泵強制循環，艉管滑油分別進入油密封腔（#2～#3）和艉管后返回油柜，保證了艉管滑油循環的壓力和溫度在設計范圍內，使艉密封和艉管軸承的冷卻和潤滑達到最佳效果，降低磨損。

4）泄放收集裝置。由計量閥和泄放收集單元組成。其中，計量閥可以控制和調節流出量，泄放收集單元用以回收各種可能的泄漏（油或水）。此裝置需布置在船上易操作的位置，方便操作人員監控#1和#2唇密封的工作狀態。

圖3 瓦錫蘭艉密封OLS4AW和艏密封OLS2系統圖

2.4 艉軸密封系統滿足船級符號研究

通過上述研究，新型艉軸密封系統主要從以下3個方面來滿足基于BV CLEANSHIP船級符號的挖泥船操作要求。

1）為滿足BV CLEANSHIP船級符號要求，較傳統艉密封裝置增設氣密封腔（AIRGUARD），將油密封腔和海水完全隔離，無油水界面，從而避免了滑油泄漏到海水里造成的環境污染。

2）為滿足挖泥船的操作要求，較傳統艉密封裝置增設水沖洗腔，使用一定壓力的淡水不停地沖刷最后一道密封腔，保持#1唇密封始終在清潔的淡水環境下工作，避免唇密封在含泥沙、海水的環境下工作，降低磨損。

3）通過各密封腔之間的壓差控制以及唇密封朝向，分析出油密封腔的壓力最大，其次是氣密封腔和水沖洗腔，而且這3種不同的壓力會根據船舶吃水進行實時自動調節，維持艉密封裝置的各密封腔在最理想的壓差下工作，從而降低滑油泄漏的風險，保證船舶安全航行。

3 結束語

本文介紹和研究了新型艉軸密封系統，通過氣密封腔將海水側密封和滑油側密封完全隔離，具有防止滑油泄漏船外以及阻止海水浸入艉管的雙側密封性能，從而滿足BV CLEANSHIP船級符號要求。各唇密封環上的壓力是由系統自動調節的，因此各唇密封能在較合理的壓力下進行作業，從而降低磨損，延長密封的使用壽命。