CN110307338A - 船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，包括前密封组件、后密封组件和压力补偿器；前密封组件设置于艉轴前凸肩之前，艉轴的前凸肩与前密封组件之间套装前轴承组件；后密封组件设置于艉轴后凸肩之后，艉轴的后凸肩与后密封组件之间套装后轴承组件；压力补偿器设置于艉轴管外侧，通过压力补偿器接口与艉轴管内部连通，压力补偿器为弹性橡胶式油囊，内部充满润滑油，当舷外海水压力变化时，压力补偿器的油囊产生变形，调节艉轴管内滑油压力，使之与舷外海水压力保持平衡。本发明减少了对舱内空间资源的占用，实现了推进轴系各功能组件的集成化与模块化，为推进轴系及其艉轴管与密封装置的舷外布置提供了条件。

Description

船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置

技术领域

本发明涉及船舶艉轴管密封技术领域，具体涉及一种船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置。

背景技术

艉轴管密封装置是船舶推进轴系的重要设备，用于艉轴穿船体尾部结构部位的密封，抵抗密封介质压力，保证密封性，防止密封介质进入舱内。对于水面船舶，舷外海水压力较低，艉轴管密封装置用于轴系运转时艉轴部位的密封；对于水下潜器，舷外海水压力随潜深动态变化，艉轴管密封装置用于不同潜深下轴系运转时艉轴部位的密封，密封难度更大。传统的船舶艉轴管密封装置一般作为独立设备，安装在艉轴管首端并固定在船体结构的舱壁上，位于舱内，叠加维修空间，会占用较大的空间资源。并且由于潜器深度会动态变化，要求艉轴管密封装置采用机械式端面密封作为主密封，并视情设置应急密封与维修密封，装置结构复杂，尺寸较大，还需外部供应过滤冷却水，进一步占用舱内资源，难以实现小型化、集成化与模块化，无法满足无人潜器、特种潜器与小型潜艇苛刻的空间布置要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的船舶艉轴管密封装置一般为独立设备，与艉轴管分开布置，占用较多空间资源，难以实现小型化、集成化与模块化等不足，提供一种船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，它基于泛塞封密封元件与油囊式压力补偿原理，形成密闭腔体，随舷外海水压力变化进行补偿，保证全深度下的艉轴动态密封，从而实现舷外密封，为推进轴系由舱内布置改变为舷外布置提供了条件。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，所述密封装置基于船舶艉轴管和艉轴安装，该密封装置包括前密封组件、后密封组件和压力补偿器；所述前密封组件设置于艉轴管的内孔前部、套装于艉轴上，前密封组件设置于艉轴前凸肩之前，艉轴的前凸肩与前密封组件之间用于套装前轴承组件；所述后密封组件设置于艉轴管的内孔后部、套装于艉轴上，后密封组件设置于艉轴后凸肩之后，艉轴的后凸肩与后密封组件之间用于套装后轴承组件；艉轴管中部设置有滑油充油孔、泄放孔和压力补偿器接口；所述压力补偿器设置于艉轴管外侧，通过所述压力补偿器接口与艉轴管内部连通，压力补偿器为弹性橡胶式油囊，内部充满润滑油，当舷外海水压力变化时，压力补偿器的油囊产生变形，调节艉轴管内滑油压力，使之与舷外海水压力保持平衡。

上述方案中，所述前密封组件包括前密封元件、第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座、旋转底座止动环；所述前密封元件采用单向泛塞密，唇口朝向艉轴管尾端，用于密封艉轴管内滑油；所述第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座、旋转底座止动环形成组合式固定支座，用于所述前密封元件的压紧安装，其中，所述第一前固定支座与第一后固定支座分别位于所述前密封元件的前、后侧，所述第一旋转底座位于所述前密封元件的内侧、固定安装于艉轴上，艉轴运转时，前密封元件的唇面压在第一旋转底座上，实现对艉轴管内滑油的动态密封。

上述方案中，所述第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座均采用金属材质；第一前固定支座通过内嵌的方式安装于第一后固定支座内，并通过前后支座组装螺钉进行紧固；所述第一旋转底座通过止动螺钉紧固在艉轴上，旋转底座止动环通过沉头螺钉固定在艉轴上，用于紧固第一旋转底座。

上述方案中，所述前密封元件通过艉轴管内滑油进行冷却。

上述方案中，所述后密封组件包括后密封元件、第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座；所述后密封元件采用组合式双向泛塞封，包括I密封元件、II密封元件，唇口分别朝向前、后端，同时密封艉轴管内滑油与舷外海水；所述第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座形成组合式固定支座，用于I密封元件与II密封元件的压紧安装，其中，I密封元件与II密封元件相对安装于所述中间固定支座的两侧，第二前固定支座位于I密封元件的前侧，第二后固定支座位于II密封元件的后侧，第二旋转底座位于I密封元件与II密封元件的内侧、固定安装于艉轴上，艉轴运转时，I密封元件与II密封元件的唇面压在第二旋转底座上，实现对舷外海水与艉轴管内滑油的双向动态密封。

上述方案中，所述第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座均采用金属材质，第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座通过固定支座安装螺栓进行组装，并紧固安装于艉轴管；第二旋转底座沉头螺钉固定在艉轴上。

上述方案中，所述I密封元件通过艉轴管内滑油进行冷却，II密封元件通过舷外海水进行冷却。

上述方案中，所述密封元件、I密封元件、II密封元件均采用U形截面的高性能PTFE泛塞密，密封件内装特殊弹簧，为密封唇面提供压紧力。

上述方案中，所述艉轴管采用分段式结构，在前密封组件的第一后固定支座安装部位隔断；艉轴管的首端法兰通过螺栓固定于第一船体结构上，艉轴管的尾端法兰通过螺栓固定于第二船体结构上，首端法兰的端面与第一船体结构之间通过O形圈进行密封，尾端法兰的端面与第二船体结构之间通过O形圈进行密封；艉轴管内孔设置前凹台与后凹台，分别与前轴承组件的外圈和后轴承组件的外圈相接触。

上述方案中，所述艉轴管安装于舱室外部，艉轴首端通过套轴式联轴器与舱内的主机输出轴相联接，套轴式联轴器位于艉轴管的内孔首端，艉轴管首端上、下部位设置安装工具孔，为套轴式联轴器的安装提供操作空间。

本发明的有益效果在于：

本发明特别适用于无人潜艇、特种潜器与小型潜艇等的主推进轴系。

1、本发明的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置将船舶推进轴系的密封功能集成至艉轴管内部，改变了传统艉轴管密封装置必须舱内布置的要求，减少了对舱内空间资源的占用，同时亦实现了推进轴系各功能组件的集成化与模块化，为推进轴系及其艉轴管与密封装置的舷外布置提供了条件；

2、本发明的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置首尾端采用了高承压泛塞封，通过组合式支座进行固定安装，在艉轴管内形成密闭腔体，并与压力补偿器连接，使艉轴管油压随舷外海水压力变化进行补偿，保证全深度下的艉轴动态密封；

3、本发明的艉轴管采用分段式结构，以方便密封组件、轴承组件以及其它艉轴管内设备的拆装。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的总体结构与安装示意图；

图2为本发明的前密封组件结构示意图；

图3为本发明的后密封组件结构示意图；

图4为分段式艉轴管结构示意图；

图5为本发明的压力补偿器结构示意图。

图中：10、艉轴管；11、首端法兰；12、尾端法兰；15、充油螺塞；16、泄放螺塞；17、压力补偿器接口；171、螺纹接头；18、安装工具孔；20、前密封组件；21、前密封元件；22、第一前固定支座；23、第一后固定支座；24、第一旋转底座；25、旋转底座止动环；26、前后支座组装螺钉；27、后固定支座安装螺栓；30、后密封组件；31、I密封元件；32、II密封元件；33、第二前固定支座；34、第二后固定支座；35、中间固定支座；36、第二旋转底座；37、固定支座安装螺栓；40、压力补偿器；50、前轴承组件；60、后轴承组件；210、第一船体结构；220、第二船体结构；310、艉轴；311、前凸肩；312、后凸肩；320、螺旋桨；330、主机输出轴；340、套轴式联轴器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-5所示，为本发明的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置及其安装位置，该密封装置基于船舶艉轴管10和艉轴310安装，该密封装置包括前密封组件20、后密封组件30和压力补偿器40。艉轴管10内部可集成安装前轴承组件50与后轴承组件60。

参照图1，艉轴管10内部穿过艉轴310，艉轴310尾锥段安装有螺旋桨320，艉轴310首端通过套轴式联轴器340与舱内的主机输出轴330相联接，实现动力的传递。艉轴管10首端法兰11通过螺栓固定在第一船体结构210上，尾端法兰12通过螺栓固定在第二船体结构220上。艉轴管10内孔首部集成安装前密封组件20与前轴承组件50：前密封组件20设置于艉轴管10的内孔前部、套装于艉轴310上，前密封组件20设置于艉轴310前凸肩311之前，前轴承组件50套装于在艉轴310的前凸肩与前密封组件20之间。艉轴管10内孔尾部集成安装后密封组件30与后轴承组件60：后密封组件30设置于艉轴管10的内孔后部、套装于艉轴310上，后密封组件30设置于艉轴310后凸肩312之后，后轴承组件60套装于在艉轴310的后凸肩与后密封组件30之间。前密封组件20与后密封组件30套装于艉轴310上，通过止动螺钉紧固在艉轴310上，通过螺栓与艉轴管10内孔法兰面相连接并紧固。

进一步优化，本实施例中，前轴承组件50与后轴承组件60均为滚珠轴承组件。

参照图2，前密封组件20包括前密封元件21、第一前固定支座22、第一后固定支座23、第一旋转底座24、旋转底座止动环25、前后支座组装螺钉26、后固定支座安装螺栓27。前密封元件21采用单向泛塞密，唇口朝向艉轴管10尾端，用于密封艉轴管内滑油，具体的，前密封元件21采用U形截面的高性能PTFE泛塞密，密封件内装特殊弹簧，为密封唇面提供压紧力。第一前固定支座22、第一后固定支座23、第一旋转底座24、旋转底座止动环25形成组合式固定支座，用于前密封元件21的压紧安装。第一前固定支座22、第一后固定支座23与第一旋转底座24均采用金属材质。第一前固定支座22通过内嵌的方式安装于第一后固定支座23内，并通过前后支座组装螺钉26进行紧固，第一前固定支座22与第一后固定支座23分别位于前密封元件21的前、后侧，第一前固定支座22与第一后固定支座23之间的槽用于前密封元件21的压紧安装。艉轴管10采用分段式结构，在前密封组件20的第一后固定支座23的安装部位隔断。第一后固定支座23通过后固定支座安装螺栓27与其前、后的艉轴管10分段紧固连接。第一旋转底座24位于前密封元件21的内侧、固定安装于艉轴310上，旋转底座止动环25通过沉头螺钉固定在艉轴310上，用于紧固第一旋转底座24。艉轴310运转时，前密封元件21的唇面压在第一旋转底座24上，实现对艉轴管内滑油的动态密封。艉轴310运转时，通过前密封元件21内装弹簧的弹簧力与艉轴管10内部的润滑油的流体压力，将密封唇面顶出并压在第一旋转底座24上，产生动态的密封效果，弹簧的致效应可以克服旋转底座的轻微偏心以及密封唇的磨耗，保持持续的有效密封性能。前密封元件21通过艉轴管10内滑油进行冷却。

参照图3，后密封组件30包括后密封元件、第二前固定支座33、第二后固定支座34、中间固定支座35、第二旋转底座36与固定支座安装螺栓37。后密封元件采用组合式双向泛塞封，包括I密封元件31与II密封元件32，唇口分别朝向前、后端，同时密封艉轴管内滑油与舷外海水。具体的，I密封元件31与II密封元件32均采用U形截面的高性能PTFE泛塞密，密封件内装特殊弹簧，为密封唇面提供压紧力。第二前固定支座33、第二后固定支座34、中间固定支座35与第二旋转底座36均采用金属材质，四者形成组合式固定支座，用于I密封元件31与II密封元件32的压紧安装，其中，I密封元件31与II密封元件32相对安装于中间固定支座35的两侧，第二前固定支座33位于I密封元件31的前侧，第二后固定支座34位于II密封元件32的后侧，第二前固定支座33、第二后固定支座34与中间固定支座35通过固定支座安装螺栓37进行组装，并紧固安装于艉轴管10。第二旋转底座36位于I密封元件31与II密封元件32的内侧，通过沉头螺钉固定在艉轴310上。艉轴310运转时，通过I密封元件31与II密封元件32内装弹簧的弹簧力与艉轴管10内部的润滑油的流体压力，将密封唇面顶出并压在第二旋转底座36上，产生动态的密封效果，弹簧的致效应可以克服旋转底座的轻微偏心以及密封唇的磨耗，保持持续的有效密封性能。I密封元件31通过艉轴管10内滑油进行冷却，II密封元件32通过舷外海水进行冷却。

参照图4，艉轴管10采用分段式结构，在前密封组件20的第一后固定支座23的安装部位隔断。艉轴管10首端法兰11通过螺栓固定于第一船体结构210上，艉轴管10尾端法兰12通过螺栓固定于第二船体结构220上，艉轴管10首端法兰11与尾端法兰12端面与第一船体结构210、第二船体结构220之间通过O形圈进行密封。艉轴管10内孔设置前凹台与后凹台，分别与前轴承组件50的外圈和后轴承组件60的外圈相接触。艉轴管10中间位置的顶部设置充油孔，并用充油螺塞15封堵；艉轴管10中间位置的底部设置滑油泄放孔，并用泄放螺塞16封堵；艉轴管10中间位置设置一个或数个压力补偿器接口17，通过螺纹接头171与压力补偿器40相连通，用于两者之间滑油的流动。艉轴管10首部上、下部位设置安装工具孔18，为套轴式联轴器340的安装提供操作空间。

进一步优化，本实施例中，第一船体结构210为耐压壳体，第二船体结构220为非耐压壳体，非耐压壳体内部可进入海水，将艉轴管10及其内部的压力补偿式双向密封装置设置于耐压壳体外，减少了对舱内空间资源的占用，能够满足无人潜器、特种潜器与小型潜艇苛刻的空间布置要求。

参照图5，压力补偿器40通过螺纹接头171与压力补偿器接口17连接，并固定于艉轴管10。压力补偿器40为弹性橡胶式油囊，内部充满润滑油。当舷外海水压力变大时，挤压压力补偿器40的油囊，将其中的润滑油挤入艉轴管10中，使艉轴管10中滑油压力增大，与舷外海水压力保持平衡；当舷外海水压力减小时，压力补偿器40的油囊膨胀，艉轴管10内部的滑油回流至油囊，艉轴管10内部压力减小，从而与舷外海水压力保持平衡。安装、拆卸或维护保养时，旋开充油螺塞15或泄放螺塞16进行充油、补油、放油或换油等操作。

需要说明的是，本发明中所述的“前”指靠近船首方向，“后”指靠近船尾方向。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述密封装置基于船舶艉轴管和艉轴安装，该密封装置包括前密封组件、后密封组件和压力补偿器；所述前密封组件设置于艉轴管的内孔前部、套装于艉轴上，前密封组件设置于艉轴前凸肩之前，艉轴的前凸肩与前密封组件之间用于套装前轴承组件；所述后密封组件设置于艉轴管的内孔后部、套装于艉轴上，后密封组件设置于艉轴后凸肩之后，艉轴的后凸肩与后密封组件之间用于套装后轴承组件；艉轴管中部设置有滑油充油孔、泄放孔和压力补偿器接口；所述压力补偿器设置于艉轴管外侧，通过所述压力补偿器接口与艉轴管内部连通，压力补偿器为弹性橡胶式油囊，内部充满润滑油，当舷外海水压力变化时，压力补偿器的油囊产生变形，调节艉轴管内滑油压力，使之与舷外海水压力保持平衡。

2.根据权利要求1所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述前密封组件包括前密封元件、第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座、旋转底座止动环；所述前密封元件采用单向泛塞密，唇口朝向艉轴管尾端，用于密封艉轴管内滑油；所述第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座、旋转底座止动环形成组合式固定支座，用于所述前密封元件的压紧安装，其中，所述第一前固定支座与第一后固定支座分别位于所述前密封元件的前、后侧，所述第一旋转底座位于所述前密封元件的内侧、固定安装于艉轴上，艉轴运转时，前密封元件的唇面压在第一旋转底座上，实现对艉轴管内滑油的动态密封。

3.根据权利要求2所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述第一前固定支座、第一后固定支座、第一旋转底座均采用金属材质；第一前固定支座通过内嵌的方式安装于第一后固定支座内，并通过前后支座组装螺钉进行紧固；所述第一旋转底座通过止动螺钉紧固在艉轴上，旋转底座止动环通过沉头螺钉固定在艉轴上，用于紧固第一旋转底座。

4.根据权利要求2所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述前密封元件通过艉轴管内滑油进行冷却。

5.根据权利要求1所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述后密封组件包括后密封元件、第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座；所述后密封元件采用组合式双向泛塞封，包括I密封元件、II密封元件，唇口分别朝向前、后端，同时密封艉轴管内滑油与舷外海水；所述第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座形成组合式固定支座，用于I密封元件与II密封元件的压紧安装，其中，I密封元件与II密封元件相对安装于所述中间固定支座的两侧，第二前固定支座位于I密封元件的前侧，第二后固定支座位于II密封元件的后侧，第二旋转底座位于I密封元件与II密封元件的内侧、固定安装于艉轴上，艉轴运转时，I密封元件与II密封元件的唇面压在第二旋转底座上，实现对舷外海水与艉轴管内滑油的双向动态密封。

6.根据权利要求5所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座、第二旋转底座均采用金属材质，第二前固定支座、第二后固定支座、中间固定支座通过固定支座安装螺栓进行组装，并紧固安装于艉轴管；第二旋转底座沉头螺钉固定在艉轴上。

7.根据权利要求5所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述I密封元件通过艉轴管内滑油进行冷却，II密封元件通过舷外海水进行冷却。

8.根据权利要求2或5所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述密封元件、I密封元件、II密封元件均采用U形截面的高性能PTFE泛塞密，密封件内装特殊弹簧，为密封唇面提供压紧力。

9.根据权利要求1所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述艉轴管采用分段式结构，在前密封组件的第一后固定支座安装部位隔断；艉轴管的首端法兰通过螺栓固定于第一船体结构上，艉轴管的尾端法兰通过螺栓固定于第二船体结构上，首端法兰的端面与第一船体结构之间通过O形圈进行密封，尾端法兰的端面与第二船体结构之间通过O形圈进行密封；艉轴管内孔设置前凹台与后凹台，分别与前轴承组件的外圈和后轴承组件的外圈相接触。

10.根据权利要求1所述的船舶艉轴管压力补偿式双向密封装置，其特征在于，所述艉轴管安装于舱室外部，艉轴首端通过套轴式联轴器与舱内的主机输出轴相联接，套轴式联轴器位于艉轴管的内孔首端，艉轴管首端上、下部位设置安装工具孔，为套轴式联轴器的安装提供操作空间。