浅析尾轴DX型油封与AX型气封对比

蔡小镇

（常石集团（舟山）造船有限公司，浙江舟山 316261）

0 引言

船舶为了防止舷外海水沿螺旋桨轴进入船内，以及尾轴管润滑油泄漏到船外，都安装有尾轴密封装置，包括艏密封与艉密封。艏密封是防止尾轴管滑油泄漏到机舱内部，艉密封主要用来阻止海水通过尾轴管进入机舱，以及防止尾轴管滑油泄漏到海水中。我厂自建厂以来所建的35000DT、45000DT、58000DT、82000DT和 98000DT等船型广泛采用KOBELCO生产的唇形橡皮环式DX型滑油密封装置，随着近几年厂里技术的研发，逐步采用该公司生产的唇形橡皮环式AX型压缩空气密封装置。以下是对DX型油封与AX型气封简要的分析对比，由于DX型与AX型的艏密封结构原理相似且装置简易，在此不作介绍对比。

1 DX型滑油密封装置结构原理和优缺点

1.1 DX型滑油密封装置艉密封装置的结构原理

在通常状态下四道橡胶密封环的唇部与铬钢套（防磨衬套）接触，唇部被紧压在旋转的防磨衬套表面，并通过海水压力、滑油压力和密封环的弹性压紧力来保持密封效果[1]。#1和#2密封环向后翻用来密封海水防止进入，且#1密封环还可用来防止水中异物（泥沙和破损的渔网等）的进入。#2与#3密封环之间的油腔通过艉密封重力油柜注入滑油密封，靠尾轴的转动循环润滑。#3和#3S密封环向前翻用来防止尾轴管中的滑油外泄漏到海水中，且#3S作为#3环的备用，在#3密封环损坏时，关闭通往#3和#3S之间油腔管路上相关的阀，#3S密封环随即担当原#3密封环的角色，防止尾轴管油腔中的滑油外泄漏到海水中。如图1所示。

图1 DX型艉密封装置压力平衡图

1.2 DX型滑油密封装置艉密封装置的主要优点

艉密封装置有装设滑油管系（艉密封重力油柜）和没有装设滑油管系到#2和#3密封环之间的滑油腔两种方式。我厂广泛使用前者，以我厂所建造的58000DT系列散货船为例，在建造过程中，只需建造安装与设计图纸相对应的艉密封重力油柜与相关管路，加注滑油时，调节油柜内液面，依靠重力，从而调节油压。根据吃水深度调节相关阀门，即通常情况下艉密封重力油柜的出油阀与回油阀在全开位置，只有当船舶吃水小于6.8米时关闭此两阀，进一步达到密封效果。建造工艺及操作过程简易，技术成熟。另外，#3S作为#3环的备用，起到双重保险的作用。

1.3 DX型滑油密封装置艉密封装置的主要缺点

在船舶日常保养中，尾轴密封装置常见的故障是泄漏。经船东反馈的大量数据表明DX型密封装置滑油泄漏量与传统尾轴密封装置相类似，故可借用传统尾轴密封装置漏泄量模型 Q[2]来表达，其如下：

单位：ml/h

式中：d为密封圈内防磨衬套外径，mm；p1-p2为密封圈两侧压差，bar；h为密封圈与防磨衬套外圆的间隙，mm；s为系数，随防磨衬套外圆圆周速度而变化；p为密封圈作用在防磨衬套外圆的径向压力，bar。

从上式可以得出，漏泄量与防磨衬套的直径、密封圈两侧的压差、密封圈与防磨衬套外圆间隙的平方以及防磨衬套外圆圆周速度成正比，而与密封圈作用在防磨衬套外圆的径向压力的平方成反比。防磨衬套外径越大，圆周速度就越大，从而密封圈与防磨衬套的磨损就越严重，泄漏量也就越大。密封圈作用在防磨衬套外圆的箍紧力越大，摩擦力就越大，油膜就越薄，此时漏泄量虽减少，但唇口与防磨衬套磨损就会加剧，泄漏量最终还是变大而且会更严重，所以为减小漏泄量，采取增大密封圈作用在防磨衬套外圆的箍紧力的方法显然是不可取的。因此，唯一正确有效的途径就是减小密封圈两侧的压差p1-p2，当p1=p2时，Q=0。然而DX型密封装置虽然可以通过艉密封重力油柜管路上进油阀与回油阀来调节#2与#3密封油腔中的油压，但其只是根据船舶吃水深度而进行粗犷调节，难以追踪性调节而趋于恒定。因此在船舶吃水改变时，橡皮圈两侧就可能存在较大的油水压差，进而在轴系的振动、校中质量和磨损等因素的影响下，DX密封装置仍可能发生较严重的漏泄。一旦尾轴漏油漏水，会造成海洋环境污染，也会造成尾轴管严重腐蚀和磨损，甚至将铜套烧坏，影响航行安全，更易造成的是船舶被罚款和被滞留，使船东蒙受重大损失。

2 AX型压缩空气密封装置结构原理和优缺点

2.1 AX型压缩空气密封装置艉密封装置的结构原理

AX型空气密封装置是在DX型滑油密封装置的基础上改进而来，将#2与#3之间的腔室通入定量压缩空气，形成一个气腔，因此可以将海水与滑油彻底分开。#2与#3间油腔改为气腔就可将#1与#2间油水混合腔室与#3与#3S间油腔及尾轴管滑油腔室隔开，漏入的海水与油通过回收管进入尾轴残油收集装置，从而不造成污染。AX型空气密封装置有定压力型和定流量型两种，我厂所采用的是KOBELCO公司生产的定流量型[3]，其空气压力大于海水压力且通过自动化控制，空气压力始终保持在最佳值，因此，封水环与封油环都能在极小的负荷下工作，大大延长了其使用寿命。如图2与3所示。

图2 AX型压缩空气密封装置的压力平衡图

图3 船尾管滑油压力与密封空气压力随海水压力的变化示意图

2.2 AX型压缩空气密封装置艉密封装置的主要优点

由上文可知，AX型压缩空气密封装置是在DX型滑油密封装置基础上优化改进而来，拥有DX型滑油密封装置的绝大部分优点。但其有更多优点：

1）高可靠性：施加在密封圈正背面的压力形成的压差常常是一定范围内的小压差，因此密封圈工作负荷小，延长了使用寿命；若发生滑油和海水泄漏情况，泄漏的滑油与海水被回收到尾轴残油收集舱；

2）易保养性：通过自动化控制，自动调整空气压力，使其跟踪性适应密封圈外海水压力的变化波动，随着海水压力的变化而变化，因此，船尾管与尾轴容易保养；

3）低空气消耗性：30NL/min至50NL/min；

4）易于应对紧急情况：在#3S作为#3环的备用有双重保险的基础上，还有一个优点是，根据简单的阀操作，即使是以前的DX类型也能使用，易于应对紧急情况。

2.3 AX型压缩空气密封装置艉密封装置的主要缺点

AX型密封装置有着众多的优点，但其也并非完美。首先，该装置的自动化控制部分相对较复杂，如图4所示。其次，自动化部分只有部分数字化，并非完全数字化，数字化程度有待提高。最后，这样一套设备的价格较高，有待发展新技术降低其制造使用价格，从而能够推广使用。如图5所示，其销售量随造船行情的波动情况。

图4 AX型密封装置的部分空气控制单元图

图5 AX型密封装置的销量随年份的变化示意图

3 总结

由上文可知，AX型压缩空气密封装置有着更自动化、更可靠、更环保等众多优点。但DX型滑油密封装置技术更成熟，装置结构更简洁，价格更实惠。但随着技术的逐步发展与完善，AX型压缩空气密封装置预计会逐步取代DX型滑油密封装置而成为市场的主角。

[1]许朝晖.DX型尾轴密封装置结构原理及管理要点[J],珠江水运,2013(20).

[2]吴恒.轮机管理[M].大连海事大学出版社,1993(2).

[3]KOBELCO EAGLE MARINE ENGINEERING.ANTI-POLLUTION AIR SEAL-TUBE SEAL SYSTEM[M].2009.