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采用螺旋槳推進(jìn)的船舶,，尾軸（推力軸）要穿透船殼向螺旋槳傳遞扭矩,，向船體傳遞螺旋槳產(chǎn)生的推進(jìn)力或拉力，在穿透船殼的部分需設(shè)置軸承和密封,，并提供必要的潤(rùn)滑和冷卻,，以及有效的密封。尾軸密封性能的好壞直接影響到船舶的正常營(yíng)運(yùn)和經(jīng)濟(jì)性,，同時(shí)對(duì)防止尾軸滑油污染海洋環(huán)境起著十分重要的作用,。隨著極地地區(qū)的航道開(kāi)發(fā)，前往極地地區(qū)進(jìn)行科學(xué)考察和觀光活動(dòng)的船只越來(lái)越多,，針對(duì)極地地區(qū)航行船舶的航行安全和污染防控也越來(lái)越嚴(yán)格,，國(guó)際海事組織（IMO）第94屆海上安全委員以及環(huán)境保護(hù)委員會(huì)分別通過(guò)了《國(guó)際海上人命安全公約》（SO-LAS）第XIV章“極地航行船舶安全措施”修正案（MSC.386(94）決議）及《國(guó)際極地水域操作船舶規(guī)則》（極地規(guī)則），以及MORPOL公約有關(guān)極地規(guī)則環(huán)保措施（P-II部分）,。而極地航行的船舶尾軸,，除了受螺旋槳的自身重力和橫向,、縱向等各種振動(dòng)的綜合影響之外，還受到低溫和破冰時(shí)劇烈振動(dòng)的影響,，因此極地航行的船舶尾軸密封尤為重要,。由于某些原因，說(shuō)明書(shū)（操作說(shuō)明）中對(duì)該部分的運(yùn)行和管理描述的非常淺顯,，對(duì)實(shí)際管理工作指導(dǎo)力度不大,，因此筆者根據(jù)工作實(shí)際，總結(jié)歸納出該套裝置的運(yùn)行管理注意事項(xiàng),。 1 尾軸密封的技術(shù)要點(diǎn)分析1.1 密封間隙的泄漏量計(jì)算除了傳統(tǒng)的填料型密封裝置外,，目前典型的密封裝置為油潤(rùn)滑密封裝置，如辛潑萊克斯（simplex）型尾軸密封裝置,，整個(gè)密封裝置包括前密封和后密封,，分別防止?jié)櫥吐┤霗C(jī)艙，以及用于防止海水侵入和防止艉軸管潤(rùn)滑油向船外泄露,。同時(shí)，將潤(rùn)滑油系統(tǒng)的壓力設(shè)置高于海水靜壓,，這樣如果密封環(huán)損壞,，潤(rùn)滑油可以漏出船外，但海水無(wú)法侵入機(jī)艙,。在這種尾軸密封裝置中,，潤(rùn)滑油與海水都是僅由一道密封環(huán)來(lái)間隔，難免形成泄露,。泄漏量Q可以表達(dá)成： p:密封圈作用在軸套外圓的徑向壓力,，單位：bar為了保證良好密封,，可以增大密封的徑向壓力，但是徑向壓力越大,，會(huì)增加磨損,，從而變相引起泄漏的增加。因此這種方法有很大的局限性,。因此減少泄露的有效途徑就是減少密封圈兩側(cè)的壓差,。但對(duì)于傳統(tǒng)型的尾軸密封裝置而言，油密封腔中的油壓幾乎是恒定的,，難于調(diào)節(jié),，而水側(cè)的壓力卻會(huì)隨著船舶吃水、前后搖擺而不斷的變化。其中一種解決方案是采用Ω彈簧彈性元件,，為摩擦副提供預(yù)緊彈簧比壓,，保證動(dòng)環(huán)、靜環(huán)良好地貼合,，且在磨損時(shí),，起到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔茫硪环N方式則是采用壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,。1.2 空氣密封的組成原理和優(yōu)點(diǎn)空氣式尾軸密封在尾軸密封中增加一個(gè)空氣腔室,，該腔室同樣由兩道密封環(huán)形成，利用空氣壓力容易實(shí)時(shí)調(diào)整的特點(diǎn),，使得滑油的壓力能夠始終比海水的壓力略高,，但又不會(huì)造成壓力過(guò)大，從而避免了較大的磨損,，從而較好的解決了滑油泄露造成對(duì)海洋環(huán)境的污染,，最大限度的解決了密封環(huán)和襯套間的磨損。該裝置的優(yōu)點(diǎn)為：(1）可靠性高,，各道密封環(huán)所承受的壓力明顯減小,，降低了磨損。(2）一般有兩道水封環(huán)和三道油封環(huán),，提高了裝置的可靠性,。如果密封環(huán)損壞，氣室兩側(cè)的滑油或是海水可以流入II號(hào)腔室,，而被泄放回收系統(tǒng)回收掉,；(3）如果空氣壓力控制單元故障時(shí)，只要一個(gè)臨時(shí)的重力油柜,，就能將空氣密封（AX型）裝置簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)變成雙重保護(hù)的油封（DX型）裝置,。2 某輪吊艙式推進(jìn)裝置尾軸密封的工作原理分析2.1 某輪吊艙式電力推進(jìn)裝置構(gòu)成及特點(diǎn)該輪的推進(jìn)裝置采用吊艙裝置提供的全回轉(zhuǎn)式電力推進(jìn)系統(tǒng)，吊艙推進(jìn)系統(tǒng)完全滿足《極地規(guī)則》中有關(guān)環(huán)境保護(hù)的要求,，在漏油風(fēng)險(xiǎn)和總推進(jìn)能耗方面是目前最理想的推進(jìn)系統(tǒng),。首先，該推進(jìn)系統(tǒng)采用了《美國(guó)船舶通航許可》（VGP）認(rèn)證的軸封設(shè)計(jì),，不存在任何油水界面,。該推進(jìn)系統(tǒng)由于考慮到冰區(qū)航行需要，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜,，輔助系統(tǒng)包括推力軸承潤(rùn)滑系統(tǒng),、螺旋槳軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)（含控制空氣）,、剎車(chē)油系統(tǒng)和泄放系統(tǒng)等,。2.2 尾軸密封的組成2.2.1 內(nèi)部軸封內(nèi)軸封系統(tǒng)配有兩個(gè)密封環(huán)和隔油環(huán),。密封圈材料為氟橡膠，油環(huán)材料為合成橡膠,。密封圈和隔油環(huán)安裝在傳動(dòng)軸的軸套上,。這兩個(gè)密封圈形成一個(gè)腔室，與螺旋槳軸承殼相連,。密封室中的油位與螺旋槳軸承殼中的油位相同,。在正常情況下，靠近螺旋槳軸承的密封圈（內(nèi)環(huán)）上沒(méi)有壓差,，此密封圈是備用裝置,。如果外環(huán)（遠(yuǎn)離螺旋槳軸承）開(kāi)始泄漏，則可以關(guān)閉軸承箱和密封室之間的連接,，即可借助內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)密封,。該腔室還配備有一條透氣管。內(nèi)軸封和軸承殼之間有一個(gè)間距環(huán),。如果襯套出現(xiàn)磨損跡象,，可通過(guò)拆下間距環(huán)，將密封圈定位到新位置,，從而重新實(shí)現(xiàn)良好密封,。2.2.2 外部軸封圖1為該種類(lèi)型的原理簡(jiǎn)圖，尾部螺旋槳軸承前后分別有多道密封環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)密封,。其中末端有5道密封環(huán)，我們分別編號(hào)1-5,，密封圈的材料為氟橡膠,。這些密封圈與安裝在傳動(dòng)軸上的襯套接觸。如圖1所示,，這樣就形成四個(gè)腔室,，我們編號(hào)I-IV，其中,，密封圈2防止水進(jìn)入吊艙,，腔室I中充滿油脂，該油脂具有可降解性,，即便泄露也不會(huì)污染海水,；腔室II接通壓縮空氣，空氣控制單元保持該腔室中的壓力略高于海水的靜水壓力,?？諝馔ㄟ^(guò)腔室I泄漏到海水中，并會(huì)以氣泡的形式從經(jīng)過(guò)1和2密封環(huán)從尾部釋放到海水中,。船舶吃水深度會(huì)影響腔室II的壓力,，從而被空氣控制單元監(jiān)測(cè)到,，并調(diào)整空氣壓力，控制尾軸管內(nèi)的油壓,，即防止海水侵入,，也能避免滑油損失。如果密封圈2或3泄漏,，則泄漏集中在腔室II中,。通過(guò)打開(kāi)排放管路中的電磁閥，腔室II定期泄放,。腔室III裝滿了油,，壓力高于腔室II中的壓力。腔室IV充滿了油,。由于軸承箱中存在大氣壓力,，該腔室平衡腔室III和軸承箱之間的壓力。其中,，腔室III和IV,，分別由3#和4#高置油柜（HEADER TANK）來(lái)保持壓力，組成部件如圖2所示：2.2.3 輔助設(shè)備
圖1 某輪空氣式（AX型）尾軸密封裝置密封結(jié)構(gòu)原理圖 
圖2 某輪空氣式（AX型）尾軸密封裝置密封油部分原理圖 (1）密封系統(tǒng)中有三個(gè)不同的油柜,。其中兩個(gè)油柜安裝在疊軸吊艙內(nèi),，第三個(gè)油柜位于疊軸吊艙內(nèi)。第三和第四腔室的油柜位于軸線上方約2–4米處,，向相應(yīng)腔室提供壓力,。由于油箱的位置，腔室中的壓力升高為0.15–0.35bar,。但是,，III室和IV室的兩個(gè)油柜也與空氣控制單元相連。通過(guò)這種布置,，腔室III中的壓力始終高于腔室II中的壓力,。吊艙裝置室內(nèi)的第三個(gè)油柜稱(chēng)為重力油箱。該罐用于在必要時(shí)加注兩個(gè)油柜,，也可在壓縮空氣出現(xiàn)故障時(shí)用作應(yīng)急油柜,。(2）空氣控制裝置?？諝饪刂茊卧挥诘跖撌覂?nèi),。它與船舶的正常廠用空氣系統(tǒng)相連。該裝置過(guò)濾并調(diào)節(jié)流向外軸封的氣流,。(3）儀器儀表,。所有油柜均配有液位開(kāi)關(guān)。吊艙裝置內(nèi)使用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)信息從吊艙裝置傳輸至吊艙室內(nèi)的吊艙界面系統(tǒng)（AIU）和綜合控制系統(tǒng)（IAS)3 空氣式（AX型）尾軸密封裝置的管理要點(diǎn)分析3.1 密封油供油量的管理自動(dòng)化系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)各油箱中的油位,，因此輪機(jī)員應(yīng)該時(shí)刻注意各油柜油位,，適時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油或者泄油,。以3#密封腔油柜為例，當(dāng)油箱液位低報(bào)警時(shí),，可在吊艙機(jī)旁面板（ALP）面板中選擇打開(kāi)3#密封腔油柜的加注閥,，加注該油箱。此時(shí)如果油位低于中間油位,，密封油箱加注泵啟動(dòng),，加注閥打開(kāi)。當(dāng)傳感器指示油位已達(dá)到中間油位或松開(kāi)“打開(kāi)密封室III加注閥”開(kāi)關(guān)時(shí),，泵自動(dòng)停止,，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。注意,，如果油位高于中間油位,，則不會(huì)發(fā)生任何情況，油箱也不會(huì)加注,。當(dāng)油箱液位過(guò)高報(bào)警時(shí),，輪機(jī)員將通過(guò)選擇吊艙機(jī)旁面板（ALP）中的泄放3#密封腔油柜進(jìn)行排放。排空密封箱,，直到達(dá)到正常液位,。出于維護(hù)目的，密封油箱油位也可以排至低位,。排空密封油箱,，直到達(dá)到低油位時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，然后將油位加注回正常油位,。泄放收集單元主要是用于監(jiān)控尾軸后密封的工況,，安裝在該裝置上的流量控制閥是用于控制空氣在泄放管路中的流量，并確保泄放管路暢通,。當(dāng)發(fā)生海水進(jìn)入或滑油泄露時(shí)，都會(huì)通過(guò)泄放管路收集到該單元內(nèi)并發(fā)出高位警報(bào),。輪機(jī)人員應(yīng)在主機(jī)停車(chē)狀態(tài)下按步驟排除泄放收集柜中的油和水,。3.2 密封氣室（II室）的管理空氣控制單元和泄放收集單元是主要的監(jiān)控設(shè)備，必須重點(diǎn)檢查和保養(yǎng),，密封空氣單元中的所有閥件一般不需要再做調(diào)整,，做好日常保養(yǎng)即可。該單元設(shè)有一套空氣流量備用調(diào)節(jié)系統(tǒng),，當(dāng)主系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),，可以通過(guò)轉(zhuǎn)化閥切換到備用系統(tǒng)。密封氣室可以設(shè)置通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)排空,，默認(rèn)為30-V22常閉閥（見(jiàn)圖1）自動(dòng)打開(kāi)3秒鐘,，每6小時(shí)打開(kāi)一次,。也可以手動(dòng)排空，即在吊艙機(jī)旁面板（ALP）面板中選擇“打開(kāi)空氣流量閥”,，該閥可以打開(kāi)3秒鐘,。每天應(yīng)檢查壓差表DP（見(jiàn)圖3），壓差應(yīng)小于0.1MPa,。如果壓差表指針進(jìn)入紅色區(qū)域,，則需要按以下步驟清潔濾器F1和F2，即關(guān)閉閥V1和V2,，打開(kāi)V3,，打開(kāi)過(guò)濾器放殘閥以泄放掉濾器內(nèi)的壓力，然后關(guān)閉該閥,，拆除濾芯,，用空氣或者淡水清潔，酌情換新,。然后安裝好,，相關(guān)閥門(mén)恢復(fù)原裝。每周檢查壓力表P1,，正常值為0.25-0.35MPa之間,。如需調(diào)整，可以向下拉閥下面的調(diào)節(jié)旋鈕,，釋放鎖扣,，根據(jù)以下方法調(diào)整減壓閥R1，使壓力表P1讀書(shū)為0.3MPa左右,，調(diào)整結(jié)束后,，往上推動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕，進(jìn)行鎖定,。如果減壓閥R1調(diào)節(jié)無(wú)效,，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)從“主”（“MAIN”），轉(zhuǎn)到“副”（“SUB”）,。每周檢查流量表讀數(shù),，正常值應(yīng)在45-55Nl/min之間。如有偏差,，可以調(diào)節(jié)空氣流量控制器,。往下拉動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕，釋放鎖扣,，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（流量提高）或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（降低流量）,。每周需要檢查空氣繼電器的工況，該繼電器用于控制艉軸管的滑油壓力,，確保該壓力高于泄放收集單元內(nèi)壓力或空氣控制單元輸出壓力（P4)0.03-0.05MPa,。
圖3 某輪空氣式（AX型）尾軸密封裝置空氣部分原理圖 3.3 閥門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟/關(guān)閉功能因?yàn)殚y門(mén)長(zhǎng)時(shí)間不用會(huì)有卡在一個(gè)位置的風(fēng)險(xiǎn),，電磁閥應(yīng)每周自動(dòng)關(guān)閉和打開(kāi)。如果閥門(mén)狀態(tài)已經(jīng)一周沒(méi)有改變狀態(tài),，閥門(mén)命令將自動(dòng)激活,。閥門(mén)改變狀態(tài)取決于閥門(mén)的正常狀態(tài)。對(duì)于NO（常開(kāi)）類(lèi)型,，閥門(mén)“改變”表示為“關(guān)閉”狀態(tài),。對(duì)于NC（常閉）型，閥門(mén)“更改”表示“打開(kāi)”狀態(tài),。3.4 特殊/緊急操作說(shuō)明3.4.1 內(nèi)部密封泄漏操作在正常操作中,，靠近軸承的密封圈是備用裝置（密封圈6）?？拷七M(jìn)電機(jī)的密封圈（密封圈7）用于防止機(jī)油從軸承箱泄漏到吊艙裝置殼體,。如果密封圈7開(kāi)始泄漏，則必須使用備用環(huán),。通過(guò)在吊艙裝置本地面板（ALP）中選擇“關(guān)閉內(nèi)部密封閥”,，關(guān)閉內(nèi)部密封閥30-V23（如圖1）。此操作需要密碼,。通過(guò)此步驟,，密封圈6開(kāi)始防止軸承殼體泄漏。見(jiàn)圖1,。注意：如果內(nèi)部密封閥30-V23關(guān)閉,，則在用新密封圈7更換之前，不能再次打開(kāi),。如果密封圈7工作正常,，請(qǐng)勿關(guān)閉閥30-V23。3.4.2 空氣壓力故障操作如果有報(bào)警指示空氣控制單元中存在低壓,，排除誤報(bào)的可能性后,，應(yīng)考慮船舶壓縮空氣系統(tǒng)故障，或是空氣管道泄露,，或是密封圈2磨損,。如果氣壓真的很低，機(jī)組需要執(zhí)行以下操作：(1）手動(dòng)打開(kāi)密封油箱加注泵旁通閥,。(2）手動(dòng)關(guān)閉空氣控制單元的出口閥。(3）手動(dòng)打開(kāi)密封室4透氣閥,。(4）將密封室三空氣閥切換至關(guān)閉位置,。此開(kāi)關(guān)位于吊艙裝置本地面板（ALP）中。當(dāng)該開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置時(shí),，密封室III空氣閥自動(dòng)關(guān)閉,，密封室III填充閥自動(dòng)打開(kāi),。可以在吊艙裝置本地面板（ALP）顯示屏上看到閥門(mén)的狀態(tài),。(5）當(dāng)氣源再次工作時(shí),，將“密封室三空氣閥”開(kāi)關(guān)切換到打開(kāi)位置。當(dāng)此開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí),，閥將自動(dòng)打開(kāi),，閥將自動(dòng)關(guān)閉。4 結(jié)束語(yǔ)ABB公司的吊艙裝置系列全回轉(zhuǎn)式電力推進(jìn)器相對(duì)已經(jīng)十分可靠,，但考慮到極地地區(qū)航行的特殊性,，特別是破冰航行時(shí)的振動(dòng)、低溫,、海冰等對(duì)螺旋槳以及尾軸密封的不利影響,，尾軸密封的日常維護(hù)管理顯得尤為重要[7]。因此,，輪機(jī)員應(yīng)該熟練掌握該裝置的工作原理和管理要點(diǎn),，要牢記各個(gè)參數(shù)的正常變動(dòng)范圍，值班時(shí)要加強(qiáng)巡視,，有異常要及時(shí)調(diào)整,，確保尾軸滑油不泄露至舷外，防止污染事故的發(fā)生,。[1]薛海龍,陳曉東,郭青云等.KEMEL AX型尾軸空氣密封裝置的工作原理及管理要點(diǎn)[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2023,22(03):80-84.薛海龍 江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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