[发明专利]船舶艉轴抗冲击型端面密封装置

说明书

技术领域

本发明提供一种船舶艉轴抗冲击型端面密封装置，用于各类船舶推进轴系艉管水密封，维持艉轴在无磨损状态下正常运转，减少艉管和船体振动与冲击的响应。

本发明属于船舶推进轴系艉轴密封及其运行可靠性技术，旨在改进船舶艉轴密封装置的水密封性能、续航率、使用寿命和提高船舶在水上恶劣环境下的应急能力。

背景技术

船舶艉轴密封装置与艉轴处于长期相对旋转水密状态，艉轴和密封装置的相对运动表面因磨损将导致水泄漏量逐渐增加，严重时将影响船舶正常航行。当船舶受到外来振动、尤其是水下大冲击波干扰时，船体和推进轴系将产生弯曲变形。如果艉轴密封与轴之间没有对这种动态变形进行自动补偿的能力，将可能使艉轴卡死于密封装置上，最终导致密封装置各部件损坏。船舶航行过程中，如果艉轴密封出现上述故障，船舶将被迫停航，等待拖回船厂船坞内进行维修，严重影响了船舶的续航能力。

目前，国内船舶工业界普遍采用的是艉轴径向密封装置或带钢丝弹簧的轴向端面密封装置。径向密封采用间隙滑动配合加盘根填料方法实现水密封。这种结构在使用一段时间后，因相对滑动产生无法自动补偿的磨损，逐渐导致配合间隙增大，水泄漏量增加。超过一定间隙量后，密封装置将失去作用，必须更新整个密封装置，维修周期长，成本高；同时，当轴系或船体因外界振动和冲击作用产生变形后，由于滑动配合间隙小，极易产生卡轴现象，造成停机停航，有时后果不堪设想。现有带钢丝弹簧结构的端面密封装置虽然在轴向有磨损补偿能力，但由于钢丝弹簧在横向上的不稳定性，对安装时可能的轴向偏移或因振动、冲击而造成的径向变形补偿能力很小，且不具备在航条件下的可维修性；另外现有各类艉轴密封装置无法有效地隔离轴系振动对船体地影响。

发明内容

本发明的内容是提供一种具有自动磨损补偿功能、适应轴向和径向大冲击变形工况的船舶艉轴抗冲击型端面密封装置，具有稳定的水密封性能、水上在航维修和隔离轴系振动与冲击的综合性能，适应现代船舶艉轴密封新技术要求。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明主要由安装底座、Ω形弹性补偿体、主卡圈、锁紧螺母、调节螺杆、密封环托架、密封环、支承环、传动卡环、充气密封、防溅罩和若干密封件与联接件等构成。

所述的Ω形弹性补偿体是由高强度、高弹性、耐蚀镍铜合金(如蒙乃尔合金)薄板经模压成Ω形状后再多层组装而成，各层间最大间隙为1～10mm，作为本发明的主要弹性部件。该Ω形弹性补偿体的两端分别采用主卡圈并借助联接螺栓牢固地夹紧于安装底座和密封环托架之间。安装时，通过调整栓调整Ω形弹性补偿体在轴向的初始预压缩量可改变Ω形弹性补偿体的轴向弹性力。支承环和密封环在Ω形弹性补偿体的轴向弹性力作用下以端面紧密贴合方式构成本发明自动磨损补偿型水密封摩擦副主体。Ω形弹性补偿体在轴向和径向具有弹性变形特性，工作中可自动补偿轴系因振动冲击或轴线偏移而造成的轴向和径向位移波动。

所述的支承环是采用高强度、耐蚀、耐磨损镍青铜合金(或铝青铜合金、锡青铜合金、铝镍青铜)经铸造加工而成两半环结构，再由螺栓和锥销联接为一体。

所述的密封环是采用耐蚀、耐高低温、耐磨填充型防腐工程材料，如聚四氟类填充型防腐工程材料、填充型石墨类材料、橡胶类材料或木质纤维与聚乙烯乙酸脂类复合材料，经热压加工成形；密封环同样也是由两半环结构再用螺栓和锥销联接为一体。密封环摩擦面上设置有均匀分布不同形状的水槽，槽深为1～5mm，用以改善密封摩擦副的密封性能。密封摩擦副的水泄漏量由Ω形弹性补偿体作用在密封环上的弹性力、不同形状的水槽与槽深、作用在密封装置上的水动力半径和船舶吃水深度等因素决定，通过最佳结构设计来满足要求。正确选择支承环与密封环材料是决定摩擦副寿命的关键，设计的主导思想是以柔性密封环和刚性支承环相匹配。具有强耐磨性和自润滑性的柔性密封环既能满足密封面的水密封要求，又能保护刚性支承环不容易产生伤损，延长摩擦副的使用寿命。

Ω形弹性补偿体在轴向、径向同时具有非线性刚度和干摩擦与结构性阻尼，船舶推进轴系因螺旋浆处涡动水流和发动机不平衡转子对轴系的激励而产生的轴向和径向振动，经过Ω形弹性补偿体隔离后可显著地消减对船体的振动传递，有利于提高船体结构的安全舒适性。

设计时根据最大冲击情况下可能的轴系变形，合理确定艉轴与密封装置间所有相对运动部件的径向间隙为5～50mm。由于艉轴与本发明各部件在工作中无直接相对运动的摩擦表面，可实现轴系无磨损运行和在冲击变形条件下不产生卡轴现象。