CN106090227A - 船艉轴空气式油润滑密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船艉轴空气式油润滑密封装置，包括艉轴衬套，在艉轴衬套上套装有首道、二道、三道和四道密封圈，在首道和二道密封圈之间设有变压空气腔，二道和三道密封圈之间设有变压油腔，在三道与四道密封圈之间设有稳压油腔；变压空气腔通过气压控制器与压力空气源相连通，变压油腔与变压油泵相连通，稳压油腔与重力油箱相连通；变压空气腔气压P₁大于船舷外水压P₀，变压空气腔气压P₁大于变压油腔油压P₂，变压油腔油压P₂则小于稳定油腔油压P₃。该油润滑密封装置不仅能实现油和水的彻底分离，而且密封圈两侧压差能够随船舶吃水深度变化，从而保证密封圈在较小负荷下工作，密封可靠性大幅提高，使用寿命大幅延长。

Description

船艉轴空气式油润滑密封装置

技术领域

本发明涉及一种船舶用艉轴密封装置，尤其涉及包括有唇形密封件的艉轴油润滑后密封装置。

背景技术

船舶艉轴密封装置的工作条件十分恶劣，它除受到剧烈磨损及摩擦高温作用外，还受到海洋、江河含泥沙水体的作用。在大型船舶吃水较深时，船舶艉轴密封装置还要承受舷外水压和润滑油静压两者压力差的作用；螺旋桨回转时，又会产生悬臂及不均匀载荷，致使艉轴产生径向跳动及偏心振动；船舶倒车时，艉轴还会产生一定的横向振动。恶劣的工作条件很容易使船舶艉轴密封装置出现运行故障，一旦艉轴密封出现故障，不仅会形成大量海水侵入艉管，加快艉管及艉轴承的损坏，而且还会使润滑油泄露或产生大量的机舱污水，对水体造成污染。

艉轴密封结构主要包括两种结构，水润滑密封装置和油润滑密封装置，其中油润滑密封装置具有油膜承载能力大，油润滑效果稳定，磨损量小，密封性能优的优点。现行广泛使用的油润滑密封装置主要按国家标准《船艉轴油润滑密封装置—GB/T25017—2010》制造生产，位于船艉靠近螺旋桨的油润滑后密封装置设有三道或四道密封圈，密封圈采用唇形密封圈。在具有三道密封圈的密封装置中，靠近海水侧的两道唇形密封圈的唇口朝向海水侧，而靠近轴管侧的一道唇形密封圈唇口朝向轴管侧，在相邻的密封圈之间形成用于填充润滑油的润滑腔。而具有四道密封圈的密封装置中后侧的二道密封圈唇口朝向海水侧，前侧的两道密封圈唇口朝向轴管侧，相邻的两唇形密封圈之间形成用于填充润滑油的润滑油腔。

由于上述的唇形密封圈主要依靠密封圈两侧的压力差以及密封圈弹簧箍紧力实现密封，两侧压力差越大，摩擦力就越大，油膜越薄。虽然密封圈两侧压力差大可以使油和水的泄漏量减少，但密封圈唇口与轴套之间的磨损就会加剧，而磨损量的加快又会导致密封效果急剧下降。因此减少泄漏量采用增大密封圈在轴套上的弹性箍紧力的方法是不可取的，而且弹性箍紧力主要取决于密封圈的箍紧弹簧，其大小不能改变，唯一有效的途径就是减少密封圈两侧的压差，但现有的密封装置中密封油腔中的油压是难以调节而趋于恒定的。故而在船舶吃水改变时，密封圈两侧就会出现较大的油压差，使磨损加快，泄漏量逐渐变大。同时轴系的振动、安装质量及磨损等因素，密封装置往往很快发生严重的泄漏。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种船艉轴空气式油润滑密封装置，它不仅能实现油和水的彻底分离，而且密封圈两侧压差能够随船舶吃水深度变化，从而保证密封圈在较小负荷下工作。

为了解决上述技术问题，本发明的船艉轴空气式油润滑密封装置，包括艉轴衬套，在艉轴衬套上从后向前依次套装有首道密封圈、二道密封圈、三道密封圈和四道密封圈，在首道密封圈和二道密封圈之间设有变压空气腔，二道密封圈和三道密封圈之间设有变压油腔，在三道密封圈与四道密封圈之间设有稳压油腔；所述变压空气腔通过气压控制器与压力空气源相连通，所述变压油腔与变压油泵相连通，所述稳压油腔与重力油箱相连通；所述气压控制器和变压油泵与控制器相电连接，该控制器还与水压传感器、气压传感器和变压油传感器相电连接。

在上述结构中，由于与压缩空气源相连通的变压气腔将油腔润滑油与船舷外的水彻底分离，使得水和油不可能形成相互掺混和泄漏，即使少量的油水漏泄至空气腔也能容易地进行排泄收集，不会造成污染。而且在这样的结构中，当变压气腔的气压大于船外水压时，气腔中的空气总是不断地向水中溢出，不论是封水密封圈还是封油密封圈都能在较小的负荷下工作，大大延长了密封圈的使用寿命；而当变压气腔的气压稍小于船外水压时，虽然封水密封圈正面压力稍大于或等于该密封圈的背压，不会形成过大的压差，两侧压差被控制在正常范围内，密封圈的磨损量变小，使用寿命变长。又由于在变压气腔和稳压油腔之间还设置有变压油腔，该变压油腔可以降低油腔两侧密封圈的工作负荷，使密封圈使用磨损量变小，使用寿命变长，尤其是从稳定油腔到变压油腔形成两腔油压的逐步降低，使每一密封圈两侧的压力差变小，既能有效地稳定密封效果，又能有效降低密封圈工作负荷。更由于该装置中的水压传感器和油压传感器均与控制器电连接，且该控制器控制变压油泵和气压控制器，当船舶吃水深度改变而引起水压变化时，通过该自动控制系统，使变压气腔中的气压和变压油腔中的油压随着船外水压作随动调节，使变压气腔的气压和变压油腔的油压作跟随性改变，空气压力和润滑油的油压始终保持在最佳值上，无论吃水状态有无变化，密封面的负荷都是很小，而且保持基本一致。

本发明的一种优选实施方式，所述变压空气腔中的气压P₁大于船舷外水压P₀，变压空气腔中的气压P₁大于变压油腔中的油压P₂，变压油腔中的油压P₂则小于稳定油腔中的油压P₃。由于各油腔和空气腔中压力通过控制系统的自动控制，始终保持空气不断地从水中溢出，各道封油密封圈都能保证保证工作在极小的负荷条件下，既能保证油、水的彻底分隔，又能大大延长密封装置的密封可靠性和使用寿命。

本发明的另一种优选实施方式，所述变压空气腔中的气压P₁小于或等于船舷外水压P₀。变压气腔中的气压稍小于密封装置的舷外水压，这样通过油腔中油压的设计，基本可以把气腔中空气封闭起来，并通过控制系统保持气源和气腔气压的恒定。

本发明的进一步实施方式，所述变压空气腔上连通有放泄阀。可以将变压气腔中的油水污染物及时排泄，避免污染，稳定变压气腔的有效容积。

本发明进一步实施方式，所述首道密封圈、二道密封圈、三道密封圈和四道密封圈均为唇形密封圈，首道密封圈和二道密封圈的唇口朝向后侧，三道密封圈和四道密封圈的唇口朝向前侧。采用唇形密封圈具有极好的径向和轴向密封跟随性，能很好地适应艉轴工作状况，确保密封圈可靠运行和有效密封。

本发明的优选实施方式，所述变压油传感器为压力检测传感器，该传感器用于检测变压油腔中的油压P₂；所述气压传感器为压力检测传感器，该传感器用于气压控制器中的气压P₁；所述水压传感器为压力检测传感器，该传感器用于检测船舷外的水压P₀。压力传感器能准确检测到舷外水压、气腔气压和油腔油压，便于各腔室压力的跟随控制。

本发明的优选实施方式，所述控制器为PLC控制器。采用PLC控制器可靠性高，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本发明船艉轴空气式油润滑密封装置一种具体实施方式的剖面结构示意图。

图中，1—艉轴衬套、2—首道密封圈、3—变压空气腔、4—二道密封圈、5—变压油腔、6—三道密封圈、7—稳压油腔、8—四道密封圈、9—备用油箱、10—重力回油管、11—重力油箱、12—重力输油管、13—气压控制器、14—输气管、15—变压回油管、16—常闭阀、17—常开阀、18—变压油泵、19—油箱、20—控制器、21—艉管、22—四道密封座、23—三道密封座、24—二道密封座、25—变压油传感器、26—放泄阀、27—放泄收集箱、28—水压传感器、29—首道密封座、30—压盖、31—气压传感器。

具体实施方式

如图1所示，艉轴衬套1固定套装于船舶艉轴的螺旋桨端，在艉轴衬套1上从其后侧端部（舷外水体侧）到其前端侧（轴管侧）上依次套装有首道密封圈2、二道密封圈4、三道密封圈6和四道密封圈8。上述密封圈均采用唇形密封圈，在每只唇形密封圈的唇口位置套装有箍紧弹簧。

首道密封圈2通过压盖30被压装于首道密封座29上，在二道密封座24上压装有二道密封圈4，三道密封圈6则被压装于三道密封座23上，四道密封圈8则装于四道密封座22上，首道密封圈2和二道密封圈4的唇口方向朝向后侧（舷外水体一侧），三道密封圈6和四道密封圈8的唇口方向则朝向前侧（轴管一侧）。压盖30、首道密封座29、二道密封座24、三道密封座23和四道密封座22均套装于艉轴衬套1的外侧。首道密封圈2的后侧为水体侧，在首路密封圈2和二道密封圈4之间形成变压空气腔3，在二道密封圈4和三道密封圈6之间设有变压油腔5，在三道密封圈6和四道密封圈8之间设有稳定油腔7。

压缩空气源如储气罐或空压机经过气压控制器13和输气管14及输气孔道连通至变压空气腔3，首道密封座29上还装有气压传感器31，气压传感器31伸入或通向变压空气腔3，以检测变压空气腔3内空气压力；在变压空气腔3上还连通有放泄阀26，该放泄阀26采用截止阀，通过放泄阀26可以将变压腔3中的油水污物排放至放泄收集箱27中。变压油泵18经过常开阀17连通至变压油腔5。变压油腔5还经过常闭阀16连向备用油箱9，在应急情况下，打开常闭阀16可以通过备用油箱9向变压油腔5依靠重力供油，备用油箱9与艉轴衬套1中心线的高度差一般控制在1.5米—2米间，常闭阀16和常开阀17均为截止阀，变压油泵18采用常用的变量泵。稳压油腔7通过重力输油管12连通至重力油箱11，该重力油箱11与艉轴衬套1中心线间的高度差一般控制在8—10米间，在重力油箱11与稳压油腔7之间还连通有重力回油管10。

在压盖30上（但不限于压盖30上）还固定安装有水压传感器28，水压传感器28直接伸入船舷外水体中，以检测艉轴周围水体的压力，在安装密封圈的二道密封座24上还装有变压油传感器25，变压油传感器25伸入或通向变压油腔5，以检测变压油腔5中的油压。水压传感器28、变压油传感器25和气压传感器31均与控制器20电连接，控制器还与气压控制器13和变压油泵18电连接，以控制驱动气压控制器13和变压油泵18工作，控制器20为PLC控制器及其控制的驱动电路。

工作时，随着船舶吃水深度的改变，艉轴处船舷水压P₀也会发生变化，控制器20读取水压传感器28的水压值。并根据水压传感器28的数值来控制气压控制器13，气压传感器31检测变压空气腔3中的气压P_1，通过该气压控制器13来调节和控制输向变压空气腔3中的空气压力，使得变压空气腔3中的气压P₁总是保持大于船舷外水压P₀；当变压空气腔3中的气压P₁小于船舷外水压P₀时气压传感器31将P₁值传送至控制器20，控制器20通过气压控制器13来调节和控制输向变压空气腔3中的空气压力，使变压空气腔3中的空气压力总是保持在大于船舷外水压P₀的一个合理数值范围内。这样变压空气腔3中的空气就会不断地向水体中溢出，不仅大大降低了密封圈与艉轴衬套间的摩擦，使用寿命得到极大提高，而且有效阻止了水体沿艉轴向内渗透，强化了密封装置的密封性能。同样变压油传感器25测得变压油腔5中的润滑油压力P₂，并将该润滑油压力值传送至控制器20，控制器20控制并调节驱动变压油箱泵18调节其输出流量和输出油压力，变压油腔5中油压P2的随动调节，可以使二道密封圈4和三道密封圈6两侧的压力差总是保持在一个合理的数值范围内，既能保持可靠的密封性，又能有效降低密封圈与艉轴衬套间的磨损。在这样的控制系统中变压空气腔3中的气压和变压油腔5中的油压均是舷外水压随动变化，并始终保持变压空气腔3的气压P1大于船舷外的水压P0，变压空气腔3中的气压P1也大于变压油腔5的油压P2，变压油腔5中的油压P2则小于稳压油腔7中的油压，而稳压油腔7中的油压小于轴管腔中的油压。因此，在上述结构中随着船舶的吃水深度的变化，变压空气腔3和变压油腔5中的压力均随之自动控制调节，从而使得密封面的负荷保持很小，每个密封圈的寿命得到大幅度延长。

Claims (10)

1.一种船艉轴空气式油润滑密封装置，包括艉轴衬套（1），在艉轴衬套（1）上从后向前依次套装有首道密封圈（2）、二道密封圈（4）、三道密封圈（6）和四道密封圈（8），其特征在于：在首道密封圈（2）和二道密封圈（4）之间设有变压空气腔（3），二道密封圈（4）和三道密封圈（6）之间设有变压油腔（5），在三道密封圈（6）与四道密封圈（8）之间设有稳压油腔（7）；所述变压空气腔（3）通过气压控制器（13）与压力空气源相连通，所述变压油腔（5）与变压油泵（18）相连通，所述稳压油腔（7）与重力油箱（11）相连通；所述气压控制器（13）和变压油泵（18）与控制器（20）相电连接，该控制器（20）还与水压传感器（28）、气压传感器（31）和变压油传感器（25）相电连接。

2.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述变压空气腔（3）中的气压P₁大于船舷外水压P₀，变压空气腔（3）中的气压P₁大于变压油腔（5）中的油压P₂，变压油腔（5）中的油压P₂则小于稳定油腔（7）中的油压P₃。

3.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述变压空气腔（3）中的气压P₁小于或等于船舷外水压P₀。

4.根据权利要求1、2或3所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述变压空气腔（3）上连通有放泄阀（26）。

5.根据权利要求1、2或3所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述首道密封圈（2）、二道密封圈（4）、三道密封圈（6）和四道密封圈（8）均为唇形密封圈，首道密封圈（2）和二道密封圈（4）的唇口朝向后侧，三道密封圈（6）和四道密封圈（8）的唇口朝向前侧。

6.根据权利要求1、2或3所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述变压油传感器（25）为压力检测传感器，该传感器用于检测变压油腔（5）中的油压P₂；所述气压传感器（31）为压力检测传感器，该传感器用于气压控制器（13）中的气压P₁；所述水压传感器（28）为压力检测传感器，该传感器用于检测船舷外的水压P₀。

7.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述控制器（20）为PLC控制器。

8.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述气压控制器（13）为电磁控制阀，所述空气源为压缩空气罐和/或空压机。

9.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述变压油腔（5）通过常闭阀（16）与备用油箱（9）相连通。

10.根据权利要求1所述的船艉轴空气式油润滑密封装置，其特征在于：所述稳压油腔（7）与重力油箱（11）相连通。