某工作船CWS型水潤滑艉軸密封拆檢及維修

蘇朝君，王 尋，白艷祥，李 梓

(1.中國船舶重工集團公司第七〇四研究所，上海 200031;2.上海中船重工船舶推進設備有限公司，上海 200031)

艉軸密封是船舶主推進系統的重要設備，其主要作用是防止海水從艉軸處流入船艙內，關系到整船安全和進塢維修間隔。艉軸密封根據潤滑介質可以分為水潤滑和油潤滑。隨著全球環保意識的增強，對防止船舶艉軸滑油泄漏造成污染的公約、規范日趨嚴格，水潤滑密封方式不存在潤滑油泄漏的風險，被越來越多地應用于各類船舶[1]。近年來不少國產水潤滑密封裝置投入使用，但無論可靠性還是使用壽命等關鍵指標都與國外先進產品存在差距，因此目前國內高端船舶基本使用進口水潤滑密封裝置。本文所介紹CWS型水潤滑艉軸密封裝置(以下簡稱CWS型艉軸密封)被引進國內使用已有近5年時間，在國內多型工作船上批量使用。CWS型艉軸密封是1種依靠彈簧對動、靜環密封副的預緊和介質壓力的壓緊而達到密封效果的軸向端面密封裝置。本文介紹某工作船推進系統為雙機雙槳，左右舷各設置1套CWS型艉軸密封。該船投入使用已將近5年，按船級社規范要求需要在特別檢驗期間進塢抽艉軸檢查，為了配合抽艉軸，對艉軸密封進行拆檢和維修。

1 CWS型艉軸密封結構特點和工作原理

1.1 結構特點

CWS型艉軸密封裝置結構示意圖如圖1。

1-剖分式夾緊環；2-動環座；3-動環；4-靜環；5-靜環座；6-預緊彈簧；7-方形填料；8-靜環殼體；9-密封殼體；10-氣胎座；11-艉管前法蘭；12-氣胎

CWS型艉軸密封由2個部分組成：旋轉部分和靜止部分。旋轉部分安裝在艉軸上，靜止部分安裝在艉管前法蘭(或艙壁)上。

旋轉部分主要由安裝在艉軸上的剖分式夾緊環、動環座、動環等組成。靜止部分主要由靜環 、靜環座、預緊彈簧、靜環殼體、密封殼體、氣胎、氣胎座等組成。靜環座與靜環殼體之間的間隙由方形填料密封。密封裝置的主密封副由動環和靜環組成，動環通過夾緊環固定于艉軸上，隨軸運轉，靜環通過殼體與船體連接。氣胎用于檢查和修理主密封副，或在緊急情況下，向氣胎充壓縮氣，氣胎抱緊艉軸，保證水不能從舷外進入艙內。

1.2 工作原理

艉軸密封作用是在艉軸正轉、反轉、不轉的工況下，均能可靠阻止海水從艉軸和船體間隙處進入艙內。

艉軸運轉過程中，正車、倒車、主密封副磨損和推力軸承推力塊磨損等原因都會造成動環相對靜環的軸向位移變化；船體在使用過程中的變形、水潤滑軸承磨損會造成動環相對靜環徑向位移變化。因此，艉軸密封裝置要保證可靠地形成動態密封，就要在軸向和徑向進行位移補償[2]。CWS型艉軸密封靜環通過預緊彈簧與介質壓力始終壓緊在動環上，使密封副能夠對艉軸的軸向位移進行補償。動環的密封面寬度大于靜環密封面的寬度，靜環密封面浮動于動環密封面中間處，確保密封副能對艉軸的徑向位移進行補償。除此以外，由于其預緊彈簧設置在靜環殼體部位，無離心力作用，因此彈簧可以有效進行垂直度的傾斜補償，大大降低了艉軸密封安裝時垂直度的要求[3]。

CWS型艉軸密封動、靜環材料的選擇也具有明顯特點。動環為不銹鋼材料，有一定的抗壓強度、硬度和足夠的耐磨性能。靜環為石墨材料，材質較軟，可以縮短磨合時間，同時具有良好的順應性、鑲嵌性、導熱性和耐腐蝕性能。靜環石墨材料使用壽命與彈簧預緊力密切相關，因此在安裝時需要注意彈簧預緊力，在密封面滴水不成線的前提下，盡量減小彈簧預緊力，減少磨損。

艉軸密封動、靜環密封副受損或維修時，可以通過向氣胎充氣進行應急密封，此時艉軸不能運轉。密封殼體上有冷卻水接口，接入一定流量海水，確保內部充滿海水，用于潤滑和冷卻端面。

2 艉軸密封拆檢及修復情況

某工作船艉軸密封分別安裝在左右兩舷艉軸上，交付使用時間接近5年，密封下部艙底已經積累了大量靜環磨損后的粉末。經了解該船螺旋槳還發生過漁網纏繞情況，因此有必要對艉軸密封進行拆檢。

2.1 拆檢過程

1)船舶進塢前，檢查左右舷艉軸密封無明顯的漏水。

2)船進塢后，對氣胎充0.5 MPa壓縮空氣，用手搖泵向密封腔室內供水0.2 MPa，密封副和舷外無滲漏，說明密封副和氣胎工作正常。

3)拆卸艉軸密封的壓縮空氣和冷水管路。

4)拆檢主密封副前用螺釘固定的靜環座與靜環殼體，確保拆卸殼體后靜環及靜環座不會從靜環殼體內彈出。

（1）新建全網 DDoS 統一管理平臺，在骨干網層面統一管理攻擊防護事件，調度骨干網流量清洗系統，完成全網攻擊事件匯總分析。建設用戶自服務系統，為用戶提供可視化界面，提供告警檢測、自助清理、自助封堵、溯源分析、報表呈現等模塊功能。

5)將靜環部件(含靜環殼體、靜環座、彈簧等)從密封殼體前拆卸下來，拆卸過程注意保護殼體內的靜環不與艉軸磕碰，拆卸后用干凈的布料包裹保護靜環。

6)逐步拆下密封殼體、動環與夾緊環，拆卸過程中注意保護動環密封面，拆卸后用干凈的布料包裹保護動環。

7)將靜環部件、動環、夾緊環發回車間檢查與修理。

2.2 損傷情況

在車間將2套返修密封部件進行清洗，并進行外觀檢查和測量。經檢查發現兩舷動、靜環端面都有明顯的線性拉痕，密封面不平整。左舷靜環存在3處嚴重缺陷：1#缺陷裂紋長度是15 mm，寬5 mm；2#缺陷裂紋長度是10 mm，寬10 mm；3#缺陷是最嚴重的，裂紋長度為38 mm，深入靜環密封面大于1/2位置，缺口深度接近靜環座；右舷靜環端面外緣有3 mm缺口。圖2～圖5為左、右舷靜環缺陷圖。

圖2 左舷靜環1#缺陷

圖3 左舷靜環2#缺陷

圖4 左舷靜環3#缺陷

圖5 右舷靜環缺陷

2.3 缺陷機理分析

對于左右舷動、靜環的環形拉痕和不平整問題，可能的原因為該船長期航行于內河與沿海水域，海水泵所供冷卻水含有較多泥沙，導致硬質顆粒進入密封副，隨密封面旋轉產生環狀拉痕和壓痕。

對于左舷靜環1#、2#缺陷和右舷靜環處小缺口，經分析可能為吊裝或初次安裝時不小心碰傷。對于左舷密封面上的較大缺口(3#缺陷)，以及深入密封面的裂紋，可能的原因是螺旋槳纏繞漁網導致艉軸受到較大變形，靜環受到擠壓破碎產生缺口和裂紋，隨著艉軸運行裂紋不斷擴展。

2.4 修復方案

對于密封面動環上的的環狀拉痕及輕微的不平整，只需上機床進行修磨，就可以消除。對于右舷密封靜環小缺口，修磨后可以正常使用，不需要更換。左舷密封靜環缺口較大較深，裂紋深入密封面，無法維修，采用更換靜環方式處理。兩舷動、靜環維修結果如表1所示。

表1 動、靜環維修結果 mm

3 艉軸密封安裝及試驗情況

3.1 安裝過程

1)密封安裝前，先對艉軸密封安裝軸段進行清洗，然后從后往前依次將夾緊環、動環座、動環、密封殼體、靜環部件掛于艉軸上。

2)安裝夾緊環時，夾緊環與氣胎座間的軸向距離通過3個定距塊定位，定距塊理論厚度為(9±2)mm。實際安裝時左右舷定距塊厚度不一致，左舷定距塊厚度為9 mm，右舷定距塊厚度為18 mm，這是因為右舷靜環經維修后重新安裝的部件，使用磨損加上機床維修使厚度減少了約9 mm。夾緊環安裝時注意保證端面軸向跳動不超過0.3 mm。

3)夾緊環安裝完成后，依次安裝動環座和動環，注意部件間的密封圈為橡膠件，易老化，需全部換新。

4)逐步安裝密封殼體，密封靜環組件，安裝時注意避免動、靜環磕碰，保持動、靜環密封面清潔。

5)靜環部件安裝完成后，拆卸靜環螺釘固定，確保靜環靠彈簧預緊力與動環緊密貼合。

6)連接密封的壓縮空氣和冷水管路。

3.2 靜、動態試驗

艉軸密封安裝完成后，船舶下水前進行艉軸密封靜態試驗：向氣胎充氣0.5 MPa，冷卻水壓力0.2 MPa，泄漏量滿足要求。靜態試驗結果如表2所示。

表2 艉軸密封靜態試驗情況

結合船舶的系泊試驗，進行艉軸密封動態試驗。艉軸從0開始，運轉到額定轉速，密封滴水不成線，溫度正常，滿足要求。

通過靜態試驗與動態試驗，證明某工作船艉軸密封安裝滿足要求，此次檢修達到了預期效果。

4 維護管理建議

CWS型艉軸密封靜環材料石墨磨損速度直接決定其使用壽命，良好的維護保養能夠減慢磨損。根據此次拆檢與維修情況，對CWS型艉軸密封使用和維護建議如下。

1)艉軸密封泄漏量是反應是否正常工作的指標，適當冷卻水泄漏有利于密封面的冷卻和潤滑。若艉軸密封泄漏量突然加大，說明密封副可能受損，此時需停艉軸檢查，必要時請廠家專業人員登船處理。

2)若船舶經常航行于國內沿海或內河水域，水深較淺含有較多泥沙。需要在冷卻水進艉軸密封前設置一定精度的濾器，減少冷卻水中泥沙含量，延緩密封副磨損。除此以外，冷卻水壓力是靜環壓緊力的一部分，因此在滿足流量要求的前提下，減小冷卻水壓力，以降低磨損。

3)艉軸密封的溫度情況也需要保持關注，溫度過高一般是因為艉軸密封內空氣未排干凈，部分密封面干摩擦導致。這種情況容易出現在船舶剛下水時，因此艉軸初次啟動前，需要注意排出密封內的空氣。

4)拆檢該型艉軸密封時發現，密封面出現了不同程度的磨損和不可修復的裂紋情況。該艉軸密封為進口產品，備件采購至少5個月，若拆檢后發現無法修復的缺陷，將嚴重影響船舶下水，因此有必要常備一套動靜環，以便需要時更換。

5 結束語

CWS型艉軸密封因其獨特的不銹鋼—石墨密封副的設計，密封效果良好，已經投入使用的船舶并未出現因艉軸密封故障導致進塢的情況，幾次檢修都是配合抽艉軸。但CWS型艉軸密封也存在靜環石墨材料易磨損，受到外力后容易碎裂的缺陷，日常維護保養需要加強對密封副的保護。

國內應用CWS型艉軸密封的船舶都即將滿5年，將陸續進塢進行抽艉軸的特別檢驗，同時也將對艉軸密封裝置進行拆檢。本文艉軸密封裝置的檢修過程與結果，可以為其他船舶該型艉軸密封維修提供參考。