CN104321250A - 用于密封船舶的推进器轴的装置以及控制其操作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于密封船舶的推进器轴的新颖装置以及控制该装置的操作的方法。本发明的装置和方法特别适用于在船舶的吃水由于某种原因而减少超出其正常值的情况下防止油经由推进器轴密封装置泄漏。

Description

用于密封船舶的推进器轴的装置以及控制其操作的方法

技术领域

本发明涉及用于密封船舶的推进器轴的新颖装置以及控制该装置的操作的方法。本发明的装置和方法特别适用于推进器轴由于某种原因而接近水线的低吃水应用。 

背景技术

船舶的推进器轴总是需要密封装置，用于防止海水或淡水进入到船尾管或推进器的内部，船尾管或推进器的内部至少布置有轴的轴承并且经常还布置有某种齿轮。很经常的，推进器轴的轴承布置在封闭的腔中，其至少部分地填充有油，由此还需要用于防止润滑油泄漏到海或湖中的密封件。这样，最低要求是，有一个朝向外侧的密封件和一个朝向内侧的密封件。但是，很经常的，为安全起见，存在一个以上的密封件，一方面，用于阻止海水和淡水的进入，并且另一方面，用于防止润滑油的逸出。 

图1示出了基于唇式密封环的现有技术的推进器轴密封。该图显示了几个密封环用于密封，即，用于防止海水进入推进器内部的两个左手侧环和用于防止润滑油泄漏到海中的两个右手侧环。这种类型的密封的问题是水压作用在最外侧的密封环上。推进器轴越深，压力自然就越高。因此，普遍做法是在每套唇式密封件之间施加压力。通过密封环之间的密封内部的压力，密封唇被压向轴或轴套的力鉴于密封、磨损和能量消耗而被调节。适当的压力通常通过放置集管箱或监测箱来确保，其含有油，位于密封上方的适当高度。换句话说，它是形成期望反压的静液压油的压力。 

然而，在由于某种原因当船舶的吃水降低或已被降低的情况下，推进器轴被升高而接近水线。这将导致对密封件水压力的减小，由此，密封环的相对侧上的恒定油压轻易地超过水压力。几乎不可避免的结果是油泄漏到大海或湖泊。这样的漏油状况可能发生，至少关联到船舶被带到干船坞进行检查、维护和/或修理的情况。另外，船舶的类型和/或结构可能是这样的：船舶的吃水比较低，并且还可能根据于操作条件而变化。换言之，有时船舶的结构和它的推进装置可能是这样的：集管箱或监测箱必须被定位在水线上方的静压油压力相对高的高度。 

如果所讨论的密封件被应用于推进器，则问题更为严重。由于监测箱不可再用于填充或检测，所以不能选择降低在推进器内部集管箱或监测箱的放置位置。因此，监测箱被放置在船舶框架之内。结果，集管箱或密封监测箱被放置在推进器轴上方的一段距离，该距离至少对应于推进器的高度。当船舶在低吃水时使用这种推进器时，接下来在密封中确保适当压力的如此状态是不可能的。 

如这里理解的推进器是船舶的这样的推进设备，其至少由至少在它的操作位置、在船舶的船体下方的推进器单元构成。推进器可以是可转向的、可伸缩的或可静止的。推进器的驱动器可以机械的、液压的或电动的布置。 

发明内容

本发明的第一目的是至少为以上所讨论的问题提供解决方案。 

本发明的第二目的是确保船舶的推进器轴的可靠并安全的密封，而与推进类型无关。 

本发明的第三目的是提出船舶的推进器轴的如此密封，使得船舶不论吃水与否，都以可靠并安全的方式工作。 

本发明的至少一个上述和其它目的通过一种用于密封船舶的推进器轴的密封装置而满足，该密封装置包括具有一组向外的密封件和一组向内的密封件的密封壳体，该密封壳体适合于安装成与所述推进器轴或布置在所述推进器轴上的轴套相连，所述密封壳体具有处于所述一组向内的密封件和所述一组向外的密封件之间的腔体II，该腔体II借助于连接管线连接至集管箱，所述密封装置还包括用于为所述集管箱提供不同于大气压的压力的压力提供机构。 

至少一个本发明的上述和其它目的通过一种控制船舶的推进器轴的密封装置的操作的方法而满足，该密封装置包括具有一组向外的密封件和一组向内的密封件的密封壳体，该密封壳体适合于安装成与所述推进器轴或布置在所述推进器轴上的轴套相连，所述密封壳体具有处于所述一组向内的密封件和所述一组向外的密封件之间的腔体II，该腔体II借助于连接管线连接至集管箱，所述方法包括为集管箱提供不同于大气压的压力p的步骤。 

通过附加的从属权利要求，用于密封船舶的推进器轴的当前装置和控制其操作的方法的其它特征将变得显而易见。 

本发明中，当至少解决上述问题时， 

-通过推进器轴密封防止了漏油， 

-彻底减少了船舶的推进器轴的区域中的轴承、齿轮和其它故障的危险， 

-因为密封监测箱的高度不指示所述箱的定位，所以允许密封监测箱的自由定位，并且 

-增加了密封的寿命，同时减少了维修的需求。 

附图说明

在下文中，参照附图详细解释了用于密封船舶的推进器轴的新颖装置和控制其操作的方法，该新的结构进行更详细的说明，其中 

图1示出了船舶的推进器轴的示例性的现有技术密封装置， 

图2示意性地示出了图1中的现有技术密封装置的操作， 

图3示意性地示出了根据本发明的第一优选实施方式的密封装置的结构和操作，以及 

图4示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的密封装置的结构和操作。 

具体实施方式

图1示出了基于唇式密封环的标准推进器轴密封。推进器轴由附图标记2示出，并且布置在轴2上的轴套由附图标记4示出。轴套4的左边设置有凸缘6，用于将轴套附接至推进器或附接至布置在推进器轴2的端部的另一个凸缘。轴套4的目的是为了保护轴2以防止在轴2的旋转过程中由于密封环12、14、16和18与旋转部件之间的摩擦而发生的不可避免的磨损。有时轴套4被去除，从而密封环12、14、16和18与轴2的表面配合。密封装置的固定不动的部分由密封壳体8形成，该密封壳体包括多个组件，使得密封环12、14、16和18的根部配合到其中的沟槽已被布置成与所述组件相连接。这里不需要更详细地讨论密封壳体8的设计。除了沟槽，密封壳体8的朝向轴2或轴套4的内表面上设置有空腔22、24、26和28。空腔22、24和28被布置用于密封环12、14和16的唇部，而空腔26留在两组密封环12、14与16、18之间。密封环12和14的设置于空腔22和24中的唇部直接朝向海水或淡水，并防止海水或淡水进入例如推进器轴2的轴承。最左边的空腔22经由密封壳体8与轴2或 轴套4之间的狭窄间隙直接与大海或湖泊连通。因此，在大多数情况下，是由密封环12来实现所需的密封，而下一个或第二个密封环14的主要任务是充当安全的密封环，如果第一密封环12出现故障，即，开始泄漏，该第二密封环就开始承担密封的任务。密封环16和18的唇定向在相反方向，即，例如朝向推进器的内部，以防止润滑油泄漏到大海或湖泊。压力施加在每组唇式密封件之间。适当的压力通常通过在密封装置上方的规定高度放置集管箱或监测箱来确保。 

图2给出了带有其监测箱(或集管箱)32、34或36的推进器轴密封装置的示意图。密封件之间的腔体或空腔由罗马数字I、II和III指示，从而腔体I对应于图1的空腔24，腔体II对应于图1的空腔26并且腔体III对应于图1的空腔28。此外，罗马数字IV对应于腔体IV，即，推进器的内部。如果适当的压力存在于密封装置的正确侧，则密封件将执行其最佳的密封功能。为最大限度减少摩擦并因此减少密封件和它的对抗表面的磨损，最小适用的压力是必需的。然而，密封件不得不以足够的力压向轴。这意味着，对于最左边的密封件12，作用在密封件12的左手侧表面的水压力，必须足够高，以确保密封唇和其对抗表面之间的所要求的压力。在实践中，这意味着，在密封环的另一侧(右手侧)上的压力可能不会太高，这样它可以推动密封唇以使其脱离与对抗表面的接触。相同的情况也适用于密封环14。两个朝外的密封环12和14是为了保持水不进入。在密封件12和14的内侧(右手侧)的适当的压力被布置成穿过来自集管箱32的连接管线38至腔体II。向内的密封环16和18是为了将油保持在推进器内。密封环16是密封环18的备用件。图2中用III指示的腔体具有相似于推进器内部压力的压力，或更一般的，罩住推进器轴2的空间IV的内部压力。通过关闭监测箱34和腔体III之间的连接40，使用密封环18而不是密封环16。 

对于常规船舶，推进器轴2穿过艉管或类似结构进入船舶。通过放置密封监测箱32相对于水平面WL(这里稍低于水平面)和推进器轴4足够低，可以布置密封件14和16之间的空腔26(图1)或腔体II(图2)内的正确的、足够低的压力。如果这样的船舶被移动以在这样的环境中操作，则需要低吃水，密封监测箱32的放置提供了腔体II内的过高压力。因此，很清楚的是，如果船舶的吃水低于确保密封件12和14上需要的最小水压力的吃水，密封环12和14将开始泄漏。在实践中，密封监测箱32可以是，并且在低吃水船舶的情况下通常定位为稍高于推进器轴，如图2所示。由于密封环的唇部通常设置有朝向轴或轴套表面挤压密封唇的环形弹簧，或密封 唇可以被配置一定刚度或朝向轴或轴套施加初始压力的预张力，密封环的这样的唇允许腔体II中压力的一些波动。 

图3示出了根据本发明优选实施方式的推进器轴密封装置，密封装置能够呈现上面所讨论的问题的解决方案。在图3的优选实施方式中，推进器轴密封装置设置有用于调节集管箱32内的压力的控制回路。控制回路包括控制单元CU，其至少收集如下信息：来自密封监测箱或集管箱32的压力信息p；以及密封环前方的水压力p₀的信息。压力p₀可以由布置在密封装置的前方的压力传感器48决定，或由跟随船舶水线WL的变化的传感器决定，假定船舶的推进器轴相对于船舶框架的垂直位置是恒定的。控制单元CU还连接到真空泵50或者另一机构，密封监测箱32内的压力可以借助于所述真空泵50或者另一机构而被降低，并且控制单元CU还连接至空气阀52，如果集管箱中的压力需要升高至接近大气压，则可以借助于空气阀52来允许环境空气在集管箱32中流动。因此，通过所收集的信息，控制单元CU操作真空泵50或空气阀52，使得集管箱32内的压力，并作为其结果，腔体II中的压力处于合适的水平，以防止漏油的风险。 

以上讨论的装置是以控制各种密封环12至18之间的压力为基础的。影响密封功能的各种压力列于下面。p₀＝密封环12外侧(左侧)的水压力。水压力p₀依赖于船舶的吃水和推进装置例如那些推进器的高度和构造。p_I＝密封环12和14之间的油压。压力不被控制或监测。p_II＝密封环14和16之间的油压。压力通过连接到腔体II的集管箱或监测箱32调节。p_III＝腔体III中的油压。压力p_III与推进器内的油压相同。p_IV＝推进器内部腔体IV中的油压。压力p_IV比周围水的压力略高。p_h＝腔体II中的静水压力，从箱32内的油和腔体II之间的高度差获得。 

图3中示出的本发明的装置产生如此作用，使得控制单元CU既监测集管箱或监测箱(容器)32中的空气压力p又监测密封件12前方的水压力p₀。后者是直接或间接地通过跟随水线WL相对于推进器轴2的深度h的变化而完成的。一方面，腔体II中的压力p_II是集管箱32中的压力p与静水压力p_h的总和，即p_II＝p+p_h。另一方面，腔体II中的压力p_II应该低于水压力p₀，即p_II＜p₀。事实上，p₀-p_II有一个最佳值或至少一个最佳的范围，使密封环12和/或14工作正常和可靠。不过，由于p₀作为吃水的函数而变化，所以差值p₀-p_II也随吃水而变化。在实践中，当吃水降低到一定程度，差值p₀-p_n移出最佳范围，并且密封件12和/或14处于泄漏的风险。因为可实际上调 整的唯一因素是集管箱中的压力p，所述密封装置设置有用于调节集管箱32中压力p的机构。因此，控制单元比较p₀与p，由于p_h具有恒定值，并且控制真空泵50和/或空气阀52的操作，使得p的值是如此，以使密封环12上的压力差p₀-p_II保持在上述讨论的最佳范围内。当然，当吃水或者自然低或者从它的基于原始确定的监测箱的高度的正常值下降，压力p为比大气压力低。作为结果，向外(朝向水)和向内(例如朝向轴承)面向密封件之间的腔体II内部所要求的压力可以调整到正确的值或范围。那么，所施加的压力是独立于集管箱的安置的。 

上面讨论的基本原理，即在监测箱或集管箱32中施加非大气压，可以用在许多方面。首先，如示出为图4中的本发明的第二个优选实施方式，有可能在集管箱32中设置恒定的次大气压力，从而集管箱在船舶框架中可被定位稍高于现有技术的结构，即，水线WL上方。这样的装置并不一定需要对压力的恒定控制，而是仅对集管箱32中的压力(或油面)进行监测就足够了。自然地，如果压力(或油面)开始改变，其是系统中的泄漏的明确的征兆。针对现有技术中的使监测箱在船舶结构内太高的问题，还有更简单的解决方案，是在集管箱或监测箱中设置固定的次大气压力，以使腔体II中的油压对于所有正常操作条件是可接受的。向海洋或湖泊的任何泄漏将导致箱中油的损失(降低油面)。或者，在相反情况下，当海水或淡水漏入箱，箱中的液面升高。换句话说，两种泄漏类型都将导致油位的偏差。 

其次，通过仅为系统的操作者提供指示集管箱32内的压力p的某种压力计和用于操作真空泵50和空气阀52的机构，在不具有控制单元的情况下控制集管箱中的压力也是可能的。因而每次船舶的吃水显著变化时，操作者能够手动执行真空泵50，用于减小集管箱32中的压力p，或者执行空气阀52用于增大集管箱32中的压力p。自然地，当在使用中采用此装置时，在上面讨论的第一选项中同样需要这种压力提供装置，即，至少有真空泵和压力计，可能还有空气阀。 

第三，对于压力p，在控制单元CU的存储器中输入例如三个不同的目标压力值是可能的。目标压力值可以是：一个用于满载的船舶，一个用于空的船舶，和一个用于将要干式停靠的船舶。这样的控制单元CU可以在不具有任何密封装置前方水压力信息的情况下运行。船舶的操作者仅仅需要通知控制单元船舶的状态变化，此后，控制单元自动操作真空泵或空气阀以为集管箱提供期望的压力。换句话说，当船舶准备干式停靠，操作者相应地通知控制单元，同时控制单元开始运行真空泵，并且只要达 到集管箱中的预编程目标压力它就保持持续运行。在相应的方式中，当船舶被从干船坞收回使用时，操作者相应地通知控制单元，并且控制单元开启连通集管箱的空气阀，并且只要达到目标压力就允许空气进入集管箱。 

第四，控制单元的应用提供了连续调整腔体II中压力的可能性，即，例如当由于货物的重量变化导致船舶吃水改变时。从而，密封唇可被布置成总是在具有尽可能低的但仍然是安全的、压力和摩擦力的条件下运行。 

至于密封装置的基本结构，必须理解的是，本发明可以关联于在密封件的相对侧边要求和需要水压力和相对的动压力的所有如此密封类型而使用。还应当理解的是，与本发明可使用相关联的密封装置可能包含一个或多个面向外的密封件和一个或多个面向内的密封件。因此，本发明涉及调节密封件的向内组件和向外组件之间的压力，组件包含一个或多个密封件。 

应当理解，上述仅仅是用于密封船舶的推进器轴的新颖的方法和装置的示例性描述。应当理解的是，上面的描述中只讨论了几个本发明的优选实施方式，没有任何仅仅将本发明限制于所讨论的实施方式和它们的细节的目的。因此，上述说明不应该被理解为以任何方式限制本发明，但本发明的整个范围仅由所附的权利要求限定。从上面的描述中，应当理解的是，本发明的单独特征可以结合其它单独特征使用，即使这样的组合还没有在说明书中详细讨论或在附图中显示。 

Claims (20)

1.一种用于密封船舶的推进器轴的密封装置，该密封装置包括具有一组向外的密封件(12，14)和一组向内的密封件(16，18)的密封壳体(8)，该密封壳体(8)适合于安装成与所述推进器轴(2)或布置在所述推进器轴(2)上的轴套(4)相连，所述密封壳体具有处于所述一组向内的密封件和所述一组向外的密封件之间的腔体II，该腔体II借助于连接管线(38)连接至集管箱(32)，其特征在于用于为所述集管箱(32)提供不同于大气压的压力p的压力提供机构。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力提供机构包括用于为所述集管箱(32)中提供次大气压力的机构(50)。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述压力提供机构包括真空泵(50)。

4.如权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述压力提供机构还包括用于允许环境空气进入所述集管箱(32)的机构(52)。

5.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述压力提供机构还包括用于监测所述集管箱(32)中的压力p的机构。

6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述压力提供机构还包括控制单元(CU)。

7.如权利要求5和6所述的装置，其特征在于，所述控制单元(CU)被连接至所述用于监测所述集管箱(32)中的压力p的机构。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于与所述控制单元CU相通以监测所述密封装置的前方的水压力p₀的水压力p₀监测机构(48)以及用于监测所述集管箱(32)中的压力p的机构。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述水压力p₀监测机构是所述密封装置的前方的压力传感器(48)。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述水压力监测机构是测量水线WL的高度的传感器。

11.一种控制船舶的推进器轴的密封装置的操作的方法，所述密封装置包括具有一组向外的密封件(12，14)和一组向内的密封件(16，18)的密封壳体(8)，所述密封壳体(8)适合于安装成与所述推进器轴(2)或布置在所述推进器轴(2)上的轴套(4)相连，所述密封壳体具有处于所述一组向内的密封件和所述一组向外的密封件之间的腔体II，该腔体II具有压力p_II并且借助于连接管线(38)连接至集管箱(32)，所述方法的特征在于为所述集管箱(32)提供不同于大气压的压力p的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，为所述集管箱(32)提供恒定的次大气压力。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，调节所述集管箱(32)中的压力。

14.如前述权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，为所述密封装置提供用于调节所述集管箱(32)中的压力p的压力调节机构(50，52)。

15.如前述权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，为所述密封装置提供用于调节所述集管箱(32)中的压力p的控制单元(CU)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，借助于所述控制单元(CU)来监测所述密封装置的前方的水压力p₀，并且根据所述水压力p₀来调节所述集管箱(32)中的压力p。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，借助于设置在所述密封装置的前方的压力传感器(48)来直接地监测水压力，或者通过跟随与所述推进器轴(2)的深度h相关的水线WL中的变化来间接地监测水压力。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过所述控制单元(CU)来控制所述压力调节机构(50，52)的操作。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，手动操作所述压力调节机构(50，52)。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，发出手动指令至所述控制单元CU以操作所述压力调节机构(50，52)。