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轴承知识详情

某巡逻船尾轴密封装置漏水原因分析及对策研究

2019-05-15
侯显斌
  摘 要:介绍某巡逻船SMB型尾轴密封装置的特点,分析了SMB型尾轴密封装置漏水的原因,对SM型尾轴密封装置与SMB型尾轴密封装置的性能特点进行比较,根据巡逻船的工作水域环境、安装使用条件,提出用SM型尾轴密封装置代替SMB型尾轴密封装置的改进措施。实船应用结果表明:使用SM型尾轴密封装置工况稳定,未出现漏水现象,可延长上排周期,节约修船费用,提高经济效益。
  关键词:巡逻船;尾轴;密封装置;漏水;原因;对策
  1.引言
  船舶尾轴密封装置,根据润滑形式可分为两种,一种是“水润滑密封装置”,另一种是“油润滑密封装置”;根据密封机理也可分为两种,一种是“径向密封”,另二种是“端面密封”。文章针对某部门多条使用SMB型尾轴密封装置的同类型巡逻船都存在漏水现象进行调查分析,总结出该类密封装置漏水的原因,对SMB型和SM型尾轴密封装置进行比较,得出这两种密封装置的优缺点,并结合该类型巡逻船的工作环境和结构特点,提出在后续建造的该类型巡逻船上更换尾轴密封装置的改进措施,即用SM型尾轴密封装置替代SMB型尾轴密封装置。通过实船应用表明,SM型水润滑尾轴密封装置运行稳定、密封性能好、上排周期延长。
  2.分析SMB型尾轴密封装置的结构特点和工作原理
  2.1SMB型尾轴密封装置的结构
  船用SMB型尾轴密封装置是一种水润滑密封装置(见图1),密封装置用水进行润滑。这种装置的基本结构由运动件和固定件组成,主要分为三大部分,气管、水管、气胎是第一部分,属于固定件;静环总成是第二部分,也是固定件,静环、密封座和气胎等几个部件组成静环总成;动环总成是第三部分,属于运动件,动环座、动环和夹环以及衬套等几个部分组成动环总成。其中静环不转动,而动环总成随尾轴同步转动。
  2.2分析SMB型尾轴密封装置的工作原理
  SMB型水润滑尾轴密封装置是尾轴与安装在其上面的动环一起转动,静环端面与运动的动环接触,运转时在接触表面形成润滑水膜,润滑水膜不但有润滑作用,还有密封作用,压紧弹簧紧压动环使动环与静磨环面紧密接触实现密封。船舶停止、尾轴不运转时,动环和静环面紧紧贴在一起实现密封。夹紧弹簧使动环座可在轴套上做轴向自由滑动,夹紧弹簧使动环和静环紧贴在一起,并在两者的接触面形成一定的比压。动环座具有轴向自由滑动的能力,可以补偿轴系动运转中产生的轴系窜动。当密封圈静环与动环间由于磨损量过大导致密封不起作用时,尾轴被通入压缩空气的气胎抱紧实现应急密封,此时可在船不进坞的情况下对尾轴密封装置进行应急修理、临时检查和调整。
  3.某巡逻船尾轴密封装置漏水的原因分析
  某巡逻船建成后使用不久出现尾轴密封装置漏水现象,通过调节螺钉调节动环的弹簧预紧力进行应急处理,但漏水量依然较大。船舶上排后发现情况如下:
  (1)密封装置静环与动环的接触面严重磨损。
  (2)水垢和泥沙等垃圾颗粒进入动环座,动环座被卡住失去弹性补偿作用。
  经分析,该船尾轴密封装置漏水的主要原因有:
  (1)静环与动环接触处是面接触,接触处所承受的比压较小,冷却不好,耐高温能力比较差,尤其是巡逻船的工作水域特殊,大部分时间在锚地、航道、港区巡逻航行,这些水域的水比较浅,泥沙垃圾等颗粒容易进入密封装置的摩擦面加快密封面的磨损,从而造成泄露。
  (2)巡逻船有时在港区停泊时间比较长,主机停机,轴系停转,动环座与衬套配合面之间聚集了不少水垢、泥沙和垃圾颗粒,轴系運转时这些颗粒不但增加密封装置摩擦表面的摩擦阻力,还容易使动环座被卡住,造成动环座的弹性补偿作用消失,密封装置的密封作用失效,导致尾轴漏水。
  据调查,某部门采用SMB型尾轴密封装置的巡逻船在密封装置使用寿命期内大部分都存在漏水现象,故该部门计划在后续建造同类型巡逻船时选用替代产品。
  4.介绍SM型水润滑尾轴密封装置结构特点和工作原理
  4.1SM型尾轴密封装置的结构
  SM型水润滑尾轴密封装置为开放式的密封装置,所谓开放式的密封装置就是尾轴管的尾部不设密封装置,只设有首部密封装置,装置直接与舷外水相通。这种尾轴密封装置的基本结构包括三个部分(见图2),第一部分是装置总成(包括本体气胎),是基本部件;第二部分是水气管路,属于辅助管系;第三部分是密封总成,主要作用是实现密封,密封总成包括端盖、衬套、夹环、密封圈、弹簧共5个部件。
  4.2介绍SM型水润滑尾轴密封装置的工作原理
  SM型水润滑尾轴密封装置包括轴向密封和径向密封,轴向密封是在尾轴的轴向实现密封,防止尾轴管内的水沿着轴向一直进入船体内,轴向密封是通过密封圈3紧套在轴套5上来实现;径向密封是在尾轴直径方向实现密封,目的是防止尾轴管内的水一直沿径向进入船体内,径向密封通过1号密封圈与端盖4的紧密接触。当船舶尾轴运转时,密封圈3的底部和侧面唇形边分别实现轴向和径向密封。从水管来的压力水的作用是冷却、润滑、清洁尾轴承。密封圈有两道,当第一道密封环唇边磨损过大使密封失效时,可以很方便的让2号备用密封圈投入使用,只需把气胎充气膨胀后将尾轴抱紧实现密封,然后剪掉第一道密封环。
  5.两种尾轴密封装置的性能比较
  5.1SMB型尾轴密封装置的性能特点分析
  通过前面的分析可知SMB型尾轴密封装置具有以下性能特点。
  (1)密封环密封效果好。由于压紧弹簧的作用,密封装置密封圈紧密接触,可以实现良好的密封。
  (2)密封件可轴向自由滑动,具有补偿轴向变形的能力。该密封装置动环座可做轴向自由滑动,所以装置补偿轴向变形的能力强。该类型密封装置的适用范围为:转速较高,轴向串动≤±3mm。
  (3)密封装置的动环密封圈易磨损,有效使用寿命较短。
  (4)动环座容易被泥沙等垃圾卡住,造成密封失效出现漏水。
  5.2SM型尾轴密封装置性能特点分析
  通过前面的分析可知SM型尾轴密封装置具有以下性能特点。
  (1)节能环保,经济实惠。尾轴密封装置用水作为润滑和冷却剂,水不会污染水域环境,而且水获取方便,直接由海水泵提供,无需成本。
  (2)摩擦环带窄,密封效果好。SM型尾轴密封装置之所以具有摩擦环带窄,密封效果好的特点,是因为尾轴运转时工作密封圈跟随尾轴一起转动,每道工作密封圈的两道唇口都与静磨环紧密接触。
  (3)寿命较长,维修费用较低。该密封装置由主密封和辅助密封组成,正常情况下,主密封起作用,主密封由密封圈端面密封实现;应急情况下,辅助密封投入使用,辅助密封由气胎密封实现。出现紧急情况时,即当主密封第一道密封圈磨损漏水后,只需把辅助密封的气胎充气抱紧尾轴进行密封,把主密封中失效的第一道密封圈剪掉,把主密封中备用的第二道密封圈投入使用,等第二道密封圈磨损失效后,船舶才进坞上排更换密封圈。因此能够延长船舶上排周期,节省船舶维修费用。
  (4)润滑效果差,磨损严重。SM型尾轴密封装置用水作为润滑剂,水虽然具有廉价方便的优点,但水的粘度比较小,润滑效果不是很好。舷外水与尾轴后端直接相通,带有一定比例的泥沙等垃圾的水进入尾轴管,会使轴与轴承间的磨损加剧。
  6.某类型巡逻船尾轴密封装置的改进措施
  通过前面的分析和比较可知,SMB型与SM型尾轴密封装置都是水润滑尾轴密封装置,都是用水作为润滑剂,都装有气胎作为辅助应急密封装置。除此以外,它们的结构性能也有差异,各有优缺点。SM型尾轴密封装置有两道密封圈,每一道工作密封圈上有两道唇口与静磨环接触,每道唇口的摩擦接触面小,所以摩擦面的环带比较窄,密封的效果比较好,而SMB型尾轴密封装置只有一个密封接触面,接触面比较大,所以承受的比压比较小,不能耐高温,容易磨损。而且该类型巡逻船轴系及船体结构比较特殊,尾轴密封装置刚好在轴系轴包架的低洼处,如果采用SMB型水润滑尾轴密封装置,一旦尾轴密封装置在运行中出现漏水现象,密封装置的转动部件会把低洼处集聚的水搅动起来而导致舱底水四处飞溅。由于该类型巡逻船的轴系布置和船体结构较为特殊,有一段轴穿过船体20号到24号实肋板(实肋板上开有穿轴孔),这段轴无法直接水平地从船内吊起。SMB型尾轴密封装置的特点是密封效果好,但因为受到的弹簧预紧力很大,密封圈的摩擦面也比较大,所以磨损较快,使用寿命较短,特别是巡逻船的工作水域特殊,经常在含有大量垃圾颗粒、水质比较脏的锚地、航道、港区等水域航行,这些水域含有大量的泥沙垃圾等颗粒,这些颗粒成了磨料,加速了密封装置的磨损。SMB型尾轴密封装置只有一道密封圈,如果这道密封圈磨损失效了,没有备用的第二道密封圈,需要直接更换密封圈,所以船必须上排,同时由于轴系含有联轴器,联轴器需要专业人士才能拆检,拆尾轴时需请联轴器厂家工程师先拆卸联轴器,然后拆卸舵叶和螺旋桨,再抽出螺旋桨,将位于20号到24号实肋板之间的那段中间轴部分通过尾轴管位置拉到机舱外,这样才能更换整道密封圈。所以该类巡逻船安装SMB型尾轴密封装置时维修更换密封装置极不方便。相反,如果安装SM型尾轴密封装置,不但可以提高密封性能,而且在第一道密封圈磨损失效后,只要将气胎充气抱紧尾轴即可实现密封,船舶可以不上排,只要减掉已经磨损过大而失效的第一道密封圈,把备用的第二道密封圈投入使用即可,等两道密封圈都磨损后,船舶才需上排更换磨损部件,这样就使上排周期延长,船舶维修费用降低,提高船舶经济性。
  由于巡逻船大部分时间在港口、航道和锚地附近航行,根据巡逻船的工作水域环境、结构特点,并根据前面的分析,建议在该类型巡逻船上使用SM型水润滑尾轴密封装置。鉴于此,某部门在后续建造的同类型巡逻船中采用了SM型水润滑尾轴密封装置。
  7.实船应用
  某巡逻船建造时原计划选用SMB型水润滑尾轴密封装置,由于在此前已经建造的同类型巡逻船上使用SMB型密封装置,密封装置在使用寿命期内都出现漏水现象,所以,后来改用SM型水润滑尾轴密封装置。该船自建成出厂后,通过对SM型尾轴密封装置进行跟踪检测,发现在整个使用寿命期内运行稳定,没有出现异常情况,通过测量尾轴密封处外壳的温度,运行期间低于65℃,尾轴密封装置前面密封处没有出现漏水现象,整个轴系工作情况稳定,满足船舶规范的要求。目前,某部门已经有8艘该类型巡逻船先后安装SM型水润滑尾轴密封装置,都没有出现漏水现象。
  8.结束语
  实船应用证明:该类型巡逻船选用SM型水润滑尾轴密封装置时工作可靠,稳定性好,管理方便,可以推迟上排,减少船舶维修费用,具有较好的经济性。
  参考文献:
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来源:《珠江水运》2018年19期