黄老轨学习笔记，详细介绍下船舶尾轴密封系统的知识“干货”

本文共有6300多文字，个人认为文章各方面质量还行，但是部分内容专业性较强，尤其是后半文涉及辛泼莱克司尾轴封工作原理，也只有岸上专业服务工程师和船上大管轮、轮机长职级作为实际管理者能读懂，但是如果你是个热爱学习的小伙伴，还是努力的学习一下吧！

好啦，废话少说，咱们开始吧！

一、【漫谈船舶动力传动输出系统】

坞修螺旋桨和尾轴修理

俗话说，火车跑得快全靠车头带，这仅仅是动力表征描述而已，任何交通工具都有动力输出传动系统，如大型船舶动力输出系统就包括整个动力及推进轴系：柴油机动力输出之曲轴飞轮端、推力轴及推力轴承、中间轴及轴承、推进轴或者称为尾轴、尾轴管、尾轴密封系统等相关附属设备。

下图为船舶动力输出系统轴系状态示意图：

船舶轴系示意图（主机飞轮未画出）

从上图可以看出，轴系的组成从主机曲轴飞轮侧经过一系列机构输出到螺旋桨，按照部件类别大致可以分为如下三类：

(A) 传动轴：推力轴、中间轴、艉轴。

下图为尾轴组成示意图：

尾轴

下图为中间轴示意图：

中间轴

(B) 轴承：推力轴承、中间轴承、艉轴承。

下图为中间轴承示意图：

油盘式中间轴承

(C) 尾轴管（轴系附件）：润滑、冷却、密封装置等（在间接传动方式中，其传动设备还包括離合器、弹性連轴器和齿輪减速器等）。

下图为尾轴管示意图：

尾轴管装置示意图

推进轴轴系又分为二大主要部分，一是船体内轴或称干轴。二是船体外轴或称湿轴、尾轴。

其中船内大轴分成數段中间轴，中间轴系用锻钢制成，每段之兩端突出而形成凸缘，凸缘并备有螺栓孔，大轴经安放与校正轴中线后，相靠之兩凸缘再装上螺栓而接合之。

湿轴又称尾轴(Tail shaft)由艉轴套轴承支撑，内装衬套白合金轴承由滑油润滑，首端法蘭与中间轴相連，末端穿过艉轴管伸出船艉用以安装螺旋桨。

本文后续重点介绍尾轴密封系统，所以中间轴及轴承、推力轴及推力轴承等相关解释介绍，不赘述。在介绍尾轴密封系统之前，还是需要再次详细讲解下尾轴和尾轴管。尾轴位于轴系的最末端，又称推进轴(Propeller shaft)或者称为螺旋桨轴，设在船艉端而贯通艉材之外端供安装推进器、内端与中间轴法兰相连接。

推进轴与尾轴管

尾轴管装置一般由尾轴管本体、尾轴承、密封装置以及冷却润滑系统等组成。

尾轴和尾轴管系统组成

尾轴管的任务是使尾轴伸出船尾，支撑螺旋桨和尾轴的重量，并保持船体的水密性，防止舷外海水大量入船内，亦不使艉轴管滑油外漏，其中尾轴承是尾轴管重要组成部分，根据尾轴承材质的不同，尾轴管有铁梨木、橡胶、陶瓷轴承等非金属轴承和白合金轴承尾轴管。

坞修尾轴和尾轴管装置抽出检修

二、【船舶尾轴密封系统的形式】

了解上文船舶动力传动轴系系统以后，有心的小伙伴必然会想到2个问题：

一是，既然船舶动力输出系统，通过多根轴系伸出船体并与船舶推进螺旋桨相连浸入在海水中，而且最后与螺旋桨连接的尾轴（湿轴）必须以最小的阻力满足不同转速下可靠旋转，必然尾轴与尾轴承（尾轴管）之间有一个很小的间隙，是靠什么装置保证可靠密封，不使海水漏入船体内部的呢？

二是，尾轴在尾轴承（尾轴管）内旋转同时肯定会摩擦生热，靠什么进行可靠冷却和润滑的呢？

所以综合上述两个疑问，尾轴密封系统必须保证防止海水沿着尾轴与尾轴管的间隙漏入船内及污染尾轴承润滑系统，也要防止冷却润滑油泄露入海，污染海洋环境。

船舶动力系统

当一艘船舶下水后，全船所有设备工作环境最恶劣的也许就是尾轴动力输出端的密封装置了，时刻面临轴系正倒车转动及振动带来的磨损、大风浪及装载原因引起船体及轴系变形带来的不均匀的作用力、处于泥沙较多的海淡水域的杂质的侵蚀、螺旋桨缠绕渔网引起轴系振动等等原因，所以尾轴密封系统必须保持非常可靠的工作性能，一般情况下都可以保持2-5年的工作性能，所以每次到5年大坞修的周期后，都会进行尾轴检查及艉轴封的更换工作，据说进口艉轴封密封装置价格是非常昂贵的，一套密封装置也就是几个橡皮圈弹簧组成的部件，买一辆宝马轿车绰绰有余，关键在于材质及制作工艺，国产零件真心模仿不出来。

目前船舶尾轴密封装置工作原理，基本上属于水润滑密封装置和油润滑密封装置2种工作形式。

（一）、对于水润滑密封装置通常仅设置首密封装置，以防止舷外水漏入机舱，一般多为填料密封，又分为普通填料函首密封装置和海船常见的水润滑赛龙COMPAC系统，下面对两种常见的密封装置分别介绍：

（1）内河小船通常采用水润滑填料函首密封装置，俗称“盘根密封”，这个最早出现的尾轴封密封形式，多用塑料、陶瓷、橡胶等非金属轴承（价格低）和铁梨木尾轴承（价格贵不常用）。

下图为水润滑橡胶非金属轴承尾轴管密封装置示意图：

水润滑填料密封装置

下图为水润滑铁梨木轴承尾轴管密封装置示意图：

铁梨木水润滑填料密封

（2）目前尾轴水润滑在传统技术的基础上，新的水润滑技术已经炉火纯青了，伴随着水润滑的轴承材料技术的发展，逐渐研发出有橡胶、飞龙、赛龙、还有天龙等等国内刚兴起的高分子材料，一般内河船用橡胶的比较多，海船用赛龙、飞龙的相对较多，我碰到过多的一艘28000T的杂货船就采用水润滑赛龙COMPAC系统。

水润滑赛龙COMPAC系统

下图为28000吨某轮尾轴水润滑赛龙COMPAC系统，冷却水处理系统图，为了保证水质干净，冷却水系统通常设有杂质分离器，确保供给尾轴管冷却的水质干净。

下图为上图水润滑赛龙COMPAC系统，对应冷却水处理设备图：

下图为水润滑赛龙COMPAC系统，对应的艉轴管装置图：

水润滑赛龙COMPAC系统尾轴管装置

水润滑赛龙（Thordon）轴承是加拿大赛龙轴承公司（THORDON BEARING INC.）专门研，目前已经成功取代橡胶和铁梨木轴承材料，应用于船舶尾轴的赛龙COMPAC轴承是白合金弹性的50倍,是普通非金属轴承屈服强度的3倍左右. COMPAC轴承在边载状况下的微量偏心,该边载可以被分散,在轴承上的承压会被降低,避免了传统的轴剧烈摩擦现象的产生。

水润滑密封船舶尾轴COMPAC轴承4大主要优点：

①、COMPAC推力轴承摒弃了艉管滑油,润滑剂采用海水润滑.从而保证船东或操作者,不会因为艉管漏油而触犯环境保护法律,惹来巨额罚款.

②、免除艉轴后密封及综合维护保养:COMPAC系统没有后密封,只有前密封.避免了传统后密封的多箱式拦油装置,并将油回抽到船内处理的繁杂工作.

③、避免滑油变质的问题:水润滑COMPAC系统,解除了传统海水渗入艉管稀释滑油,更换滑油的担忧

④、没有灾难性的轴损毁现象:如果是严重的轴承损毁现象发生在白合金或增强塑料轴承上,会产生大量的热,并损毁轴及轴承.但因为赛龙COMPAC聚合体在低温情况下比金属及其他非金属轴承材料都软,在轴承失效时不会产生大量的热,以此可以避免灾难性的事故

（二）、对于油润滑尾轴密封装置，海船常见的辛泼莱克司（Simplex）尾轴密封装置

对于油润滑的尾轴密封装置，通常在尾轴的首尾端都要设置密封装置，形成闭式的滑油冷却润滑循环。

下图为辛泼莱克司（Simplex）油浴式艉轴管密封系统原理图：

油浴式艉轴管密封系统原理图

这种密封装置的优点是尾轴采用油润滑的百合金轴承，油膜的承载能力大，润滑性能好，尤其是密封装置可靠，能够有效的防止海水和泥沙进入尾轴管，白合金轴承磨损小，主机和轴系工作平稳可靠。密封装置具有良好的跟踪性，即使在尾轴下沉、径向跳动、轴向窜动或者偏心转动同样具有良好的密封性能。

三、【详细剖解SIMPLEX尾轴密封系统】

目前我遇到SIMPLEX尾轴密封系统有传统式Simplex-Compact Seal【AFT SEAL SC2 MULTISAFE,LEAKPROOF + FORWARD SEAL SC2 Z 】及改性型空气式Simplex-Compact Seal [AFT SEAL SC2 S II PPA+ FORWARD SEAL SC2 Z II PPA],下面重点介绍下这两种尾轴润滑密封装置的工作原理。

（1）某轮船龄20年，尾轴润滑密封装置为：Simplex-Compact Seal【AFT SEAL SC2 MULTISAFE,LEAKPROOF + FORWARD SEAL SC2 Z 】，该辛泼莱克司（Simplex）密封装置，也是经过好几代的改进由普通型过度到目前紧凑型（Simplex-Compact Seal）尾轴密封装置，和老式Simplex相比紧凑型密封装置在结构上做了很大的改进，装置的密封壳体由整体式改进成剖分式，便于进坞时不需要拆卸螺旋桨或移动螺旋桨轴就就可以进行密封装置的更换。

密封环剖面成球鼻型且有一个圆形的球头，在安装时能够良好定位，密封环的形状和材料也适合在压力较高，轴偏心或者轴振动等情况下保持良好的密封性。

球鼻型前后密封环

下图为后密封密封装置共设计4道密封环NO1、NO2、NO3R、NO3的安装状态（注意唇边的安装方向）

尾轴后密封安装剖面图

另外装置的前密封共设置2道密封环，并配备一个专用的前密封并带有散热翅片的循环油柜，运转时2道密封腔室内的滑油通过循环油柜进行散热，降低滑油温度改善润滑性能，并避免润滑油中的杂质堆积在衬套和密封环的接触面上，以延长部件的使用寿命。

下图为前轴封安装状态剖面图：

下图为带翅片的前轴封密封腔室循环冷却小油柜：

为了方便我们分析介绍，下图为该紧凑型尾轴密封装置工作原理分析示意图：

Simplex-Compact Seal工作原理示意图

参考上图分析如下：图中#1 ring 防阻海水及水中生物进入而保护内部封环，#1~#2 ring 之空间chamber I 于船坞时从 plug 注满滑油后塞紧，不通大气以平衡外部海水压力并润滑封环唇部，#2~#3 ring 之间 chamber II 内注满滑油接管通至#2~#3 seal 滑油重力柜， chamber II 内的滑油压力以调整重力柜的滑油高度，略小于外部的海水压力，#3~#3s ring之间 chamber III 内的滑油接管通至 stern tube 滑油重力柜，所以其滑油压力与艉轴管的滑油压力相等而无负荷 ，#3s ring只是作 spare 用，当#3 ring 损伤时 chamber III 内的滑油压力大于外部的海水压力使滑油泄漏至船外而污染海面，此时需将 LV‐40 及 LV‐46阀关闭，依靠#3s ring 來阻挡艉轴管的滑油泄漏。

本型轴封系统最大的缺点就是当 AFT SEAL RING 损伤时艉轴管的滑油直接泄漏至船外而污染海面，或是海水渗入艉轴管内的滑油系统使其乳化进而烧损轴承，最严重事故是润滑不良引起抱轴事故，导致船舶彻底瘫痪。

某轮尾轴润滑管系图

（2）某轮船龄5年，配备新型改性型空气式Simplex-Compact Seal [AFT SEAL SC2 S II PPA+ FORWARD SEAL SC2 Z II PPA]尾轴密封装置。

Simplex-Compact 后轴封及前轴封

其结构组成与传统紧凑型密封装置基本相同，最大的区别在于用Air space以压缩空气隔开海水与滑油界面，最大的优点解决了滑油泄露造成的海洋污染，且最大限度的解决了密封环和衬套的磨损，另外该装置性能可靠，应急状况下可以转换为传统油密封。

Air space尾轴密封系统原理图

下图为AFT SEAL—Type: SC2SII with PPA，系统原理图：

下图为后轴封剖面结构图：

SC2SII with PPA剖面示意图

从上图中可以看出，后轴封是由31， 56， 6， 91 四条封环构成，外部三条封环是防阻海水，内部的一条封环是防阻艉轴管滑油。

(a)、第一道封环 31 作为污物刮除环，与第二道封环 56 之间所形成的 chamber I内有一个循环器24，当艉轴转动时确保有海水循环围绕在封环四周作为冷却封环用。

(b) 、第二道封环 56 与第三道封环 6 之间所形成的 chamber II 充满空气接管通至air supply system（Airspace），并另外接管至 drainage system 排放于船内。 automatic control system（Airspace）在预定的间隔时间内提供信号來吹放chamber II 内的液体。

(c) 、第三道封环6 与第四道封环91 之间所形成的chamber III 充满滑油接管通至独自的 AFT SEAL L.O. TANK，chamber III 内的滑油压力取决于TANK 内的滑油高度。

各个密封腔室内的压力状况如下：

Chamber I (water)内的压力取决于实际的船艉吃水时的海水压力。

Chamber II (air) 内的压力由Airspace Pneumatic Panel 來控制。

Chamber III 内的压力取决于AFT SEAL TANK 内的滑油高度。

Stern Tube 内的压力取决于EMERG. GRAV. TANK 内的滑油高度或滑油泵出口压力。

PPA 内的压力取决于Stern Tube 内的压力。

与上面对应为了方便理解，正常模式下压力状态柱状图如下：

四、【详细分析AIR SPACE型SIMPLEX-COMPACT尾轴密封系统工作原理】

由于新型AIR SPACE型SIMPLEX-COMPACT尾轴密封装置控制系统相对来讲比较复杂，如果不仔细查阅学习相关资料估计一时很难明白，所以我就把基本原理结合相关资料整理一下，方便小伙伴理解。

新型艉轴管轴封系统AIRSPACE Working Sequences 作动及工作程序如下：

(1) normal 正常程序

在正常作动模式时chamber II 的空气设定是由控制箱内的pressure control valve AY3 來控制，电磁阀 Y2 是关闭的，手动阀 Z2 及 Z4 是打开的而Z1 是关闭的。

当尾轴后轴封在运转时各chamber 因压力不同会有少量海水及滑油渗入chamber II ，这不是故障而是自然现象，密封环唇部与轴套之间必须有少量的液体渗漏以防过热而烧毁，当电磁阀Y2 关闭时这些液体会积存在chamber II 及释放管内。电磁阀 Y2 作动开启吹出的间隔时间预设的调整范围为 30~100 分钟。

(2) draining 释放程序

在已设定30分钟时间之后，由控制箱作动电磁阀 Y2 吹出积存在 chamber II 和泄放管内的液体，这期间面板上释放指示灯 H3 会闪亮，液体通过释放管吹放在船内舱底，如果释放管内有堆积液体将使得空气会很慢速流过 chamber 來推挤液体，在排出释放管内堆积液体以前chamber II 内的空气压力是不会改变的。如果温度太低或是堆积大量液体，从开启电磁阀Y2 的时候到流动开关S5 作动的这期间将会延长，设定的范围从5~25 分钟，如果预设的期间不是充裕，将会从5 分钟的阶段來改变。

※ 流动开关S5 预设的范围已经由maker 出厂前已调好不必再调整。

(3) activating 动作程序

当液体離开释放管出口后管尾是空的，空气从释放管出口排出并且系统内的空气压力下降，此时会从控制箱内的压力控制阀 AY3 自动來补充。要保持管尾的压力不变则压力控制阀AY3 会供给更多的空气到管路，这个空气在管内流动的过程会显示在流动开关S5，同时显示信号会传送到Airspace Panel。

(4) blowing/testing 吹放／测试程序

Blowing 吹放程序:

Testing 测试程序：

压力控制阀AY3 确保在chamber II 内的压力维持不变，纵使空气压力从释放管排出，为达到其效果，压力控制阀会自动使空气压力增加至吹出压力，吹出作动终止是在流动开关S5 作动之后约30 秒。因为空气从管尾口排出的原因使得压力下降，在释放端压力下降是由运作压力减到周围压力，系统会估计压力下降的程度在空气供给端减低空气压力由吹放压力减到稳定的运作压力，释放程序到吹放程序可以提前用手按压Test 按钮S3。

(5) flooded 空气室涨满液体

当空气室涨满液体时浮子开关 S2 作动，同时Air Chamber Flooder 警报指示灯6H2闪亮，故障检查后必须按步骤來解除系统的故障。首先关闭至chamber II 的手动阀Z4，打开控制盘开启释放阀Z1，按下控制箱内water drainage 按钮S9，液体释放干净后浮子开关 S2 復位警示灯亦熄灭，关闭控制箱打开手动阀 Z4，系统回復正常程序运转。

(6) switched off 关闭系统转为SC2B 模式

系统发生严重故障时必须关闭，首先关闭手动阀Z4 & Z2，关闭控制盘上的S1 Main Switch 开关，关闭空气供给阀及压力调节器，将后轴封转为重力润模式。

【结束语】：总算啰嗦完了，不知道大伙有没有看懂，文中难免有不妥错误之处，还请同行专家指正，共同学习进步！

其实作为管理者对这个装置的理解如果不带着故障去学习找问题，也很难完全了解，毕竟船舶营运中这种设备故障率不是很高，可靠性还是很不错的，我在船上日常工作也是检查参数必要时调整，没有问题一般情况下我是不随便乱动这种重要设备的，如果想学的更多，个人认为只有进坞抽尾轴和更换尾轴封装置的工作时，和厂家技师现场沟通学习，绝对有良好的学习效果，对以后工作肯定会大有裨益！