船舶轴系密封装置-中国船舶网

什么是船舶轴系密封装置？

定义： 船舶轴系密封装置，通常被称为“轴封”或“尾轴密封”，是安装在船舶尾轴管（或称艉轴管）两端，用于封堵船体内外、隔绝舷外海水（或江河水）与舱内滑油之间的一道关键屏障。

核心作用：

（图片来源网络，侵删）

密封功能： 防止舷外海水大量漏入船舱，或船舱内的润滑油（用于润滑和冷却尾轴轴承）大量泄漏到舷外。
支撑与定位： 在某些设计中，密封装置也参与对尾轴的径向支撑和轴向定位。
安全与环保： 避免因海水进入舱内导致设备损坏、船舶失稳，以及防止润滑油污染海洋环境。

工作环境： 它工作在极其苛刻的环境中，需要承受：

巨大的水压： 尤其是大型深水船舶，水压可达数个大气压。
轴的高速旋转： 产生摩擦、磨损和热量。
轴系的振动和轴向窜动： 需要密封装置具备一定的追随性和适应性。
海水/滑油的侵蚀： 材料必须耐腐蚀、耐磨损。

轴系密封装置的类型与演变

船舶轴封技术经历了从简单到复杂、从低效到高效的发展过程，主要可以分为以下几类：

填料函式密封

这是最古老、最简单的密封形式。

结构： 主要由一个填料函本体、压盖、填料（通常是浸渍油脂或石墨的麻绳、石棉绳等）和压紧螺栓组成。
工作原理： 通过拧紧压盖螺栓，使填料受压后产生径向压力，抱紧旋转的轴，从而实现密封。
特点：
- 优点： 结构简单，成本低，维修方便。
- 缺点：
  - 泄漏不可避免： 需要允许少量液体（通常是引人的海水或滑油）形成“液封”来润滑和冷却，因此会持续有少量泄漏。
  - 磨损快： 填料磨损后需频繁调整压盖，维护工作量大。
  - 摩擦功耗大： 压紧力大会导致摩擦严重，增加主机负荷。
应用： 目前主要用于小型、低速或不要求绝对密封的辅助船舶或非商业船舶上，在大型商船上已基本被淘汰。

油圈式密封

这是对填料函式的一种改进,也称为“油环密封”。

（图片来源网络，侵删）

结构： 在填料函中增加一个或多个随轴旋转的油环。
工作原理： 油环旋转时，将舱内的润滑油甩到填料和轴之间，形成一圈油膜，这层油膜既能起到润滑作用，减少磨损，又能形成一定的密封压力，阻止外部海水渗入。
特点：
- 优点： 比纯填料函密封效果好，寿命更长，维护量减少。
- 缺点： 仍有少量泄漏，密封效果有限，不适合高压和高速船舶。
应用： 曾广泛应用于中小型船舶，现在也逐渐被更先进的密封取代。

迷宫式密封

这是一种非接触式密封,利用流体“迷宫”效应进行密封。

结构： 由静止的迷宫环和随轴旋转的迷宫盘组成，两者之间有微小的间隙。
工作原理： 当少量泄漏的液体流经曲折的迷宫间隙时，由于通道不断变窄、方向多次改变，流体会产生多次节流和能量损失，压力逐渐降低，最终无法克服后续的阻力，从而实现密封。
特点：
- 优点： 无接触，无磨损，寿命长，几乎不需要维护。
- 缺点： 间隙要求极高，加工精度高；密封效果受转速、振动影响大，在静止或低速时密封效果很差。
应用： 常与其他密封形式（如唇形密封）组合使用，作为辅助密封或停车密封。

机械密封

这是目前现代商船,特别是大型船舶上最主流、最先进的密封形式。

结构： 主要由一对垂直于旋转轴线作相对滑动的动环和静环组成，并加上弹性元件、辅助密封圈等。
- 动环： 随轴一起旋转。
- 静环： 安装在密封压盖内，保持静止。
- 弹簧： 提供预紧力，使动、静环紧密贴合。
工作原理： 依靠动环和静环端面（密封面）的光洁度和平整度，在流体压力和补偿机构弹力的作用下，保持贴合并相对滑动，构成防止流体泄漏的一道屏障。
特点：
- 优点：
  - 密封效果好： 泄漏量极小，接近于零泄漏。
  - 摩擦功耗小： 端面摩擦力矩小。
  - 使用寿命长： 材料耐磨，性能稳定。
  - 适应性强： 能适应高转速、高压力、高温等恶劣工况。
- 缺点：
  - 结构复杂，成本高。
  - 对安装和使用要求高： 密封面不能有杂质，否则会迅速损坏。
应用： 绝大多数现代集装箱船、油轮、散货船、LNG船等大型船舶的首选。

唇形密封/端面密封

这是一种介于机械密封和填料函之间的密封形式,非常常见。

结构： 核心是一个具有“唇”状结构的橡胶密封圈（如“U”形、“V”形、“Y”形圈）。
工作原理： 密封圈的“唇”在流体压力和弹簧力的作用下，紧密地抱在轴上或贴在静止的端面上，依靠“唇”的弹性变形来实现密封，压力越高，密封效果越好（“自紧密封”）。
特点：
- 优点： 结构简单，尺寸紧凑，密封效果好，有一定的追随性。
- 缺点： 橡胶材料耐温、耐压和耐腐蚀性有限，寿命相对机械密封短。
应用： 广泛应用于中小型船舶、舵杆密封、以及作为大型船舶密封的辅助密封或前置密封。

主流密封系统：Lip Seal (端面密封) 与 Mechanical Seal (机械密封)

在现代船舶中,最常见的是唇形密封（端面密封）和机械密封的组合应用，形成一个多级密封系统。

（图片来源网络，侵删）

典型的三级密封系统（以唇形密封为例）：

外密封（Primary Seal）：
- 作用： 主要密封，直接对抗舷外高水压。
- 结构： 通常是一个或多个高性能的唇形密封环（如“U”形圈）。
- 工作介质： 一般是引入的干净海水或蒸馏水，用于润滑和冷却密封面，并将泄漏的水导向舷外。
中间密封（Secondary Seal）：
- 作用： 备用密封，当外密封失效时，它立即开始工作，防止大量海水进入船舱。
- 结构： 通常与外密封结构相同或相似。
- 工作介质： 同样是外部水，它和外部密封之间形成一个腔室，正常工作时这个腔室是空的或有少量水，一旦检测到泄漏增大，说明外密封可能失效。
内密封（Tertiary Seal / Shaft Bearing Seal）：
- 作用： 防止尾管滑油（用于润滑尾轴承）泄漏到中间密封腔室。
- 结构： 也是一个唇形密封。
- 工作介质： 舱内的滑油，它与中间密封之间形成一个小空间，正常情况下会有极少量滑油泄漏到这里，然后通过观察管或报警系统进行监控。

监测与报警： 这个系统通常配有高位和低位观察管/传感器。

正常情况： 只有低位观察管有少量滴漏（外密封的泄漏水）。
一级报警： 当高位观察管出现泄漏时，说明外密封可能失效，需安排检查。
二级报警： 当中间密封腔室也开始进水时，说明外密封已完全失效，中间密封开始工作，船舶必须尽快进港修理，否则海水将大量涌入舱内，造成严重事故。

总结与发展趋势

密封类型	工作原理	优点	缺点	主要应用
填料函式	压缩填料抱紧轴	结构简单，成本低	泄漏量大，磨损快，维护频繁	小型、辅助船舶
油圈式	甩油形成液膜	比填料函好，寿命较长	仍有泄漏，效果有限	中小型船舶（逐渐淘汰）
迷宫式	迷流节流降压	无磨损，寿命长	效果差，低速时失效	辅助密封或停车密封
唇形密封	橡胶唇口抱紧轴	结构紧凑，效果好，自紧	橡胶寿命有限，耐温压性一般	主流应用，常用于多级密封系统
机械密封	动静环端面贴合	密封效果极佳，寿命长，功耗小	结构复杂，成本高，安装要求高	大型、高要求船舶的首选

发展趋势：

长寿命、免维护： 追求更长的更换周期，减少船舶进坞维修的次数和成本。
零泄漏与环保： 严格遵守国际海事组织的环保法规（如MARPOL），最大限度地杜绝滑油泄漏。
智能化监测： 集成更先进的传感器和监测系统，能够实时诊断密封状态，实现预测性维护。
新材料应用： 使用碳化硅、碳石墨、特种陶瓷等更耐磨、耐腐蚀的材料，以及耐高温、耐油的新型橡胶。

船舶轴系密封装置是一个集材料学、流体力学、机械设计和精密制造于一体的高技术产品，其性能直接关系到船舶的“心脏”能否安全、可靠、环保地运转。

船舶轴系密封装置

什么是船舶轴系密封装置？