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采用螺旋桨推进的船舶，尾轴（推力轴）要穿透船壳向螺旋桨传递扭矩，向船体传递螺旋桨产生的推进力或拉力，在穿透船壳的部分需设置轴承和密封，并提供必要的润滑和冷却，以及有效的密封。尾轴密封性能的好坏直接影响到船舶的正常营运和经济性，同时对防止尾轴滑油污染海洋环境起着十分重要的作用。随着极地地区的航道开发，前往极地地区进行科学考察和观光活动的船只越来越多，针对极地地区航行船舶的航行安全和污染防控也越来越严格，国际海事组织（IMO）第94届海上安全委员以及环境保护委员会分别通过了《国际海上人命安全公约》（SO-LAS）第XIV章“极地航行船舶安全措施”修正案（MSC.386(94）决议）及《国际极地水域操作船舶规则》（极地规则），以及MORPOL公约有关极地规则环保措施（P-II部分）。而极地航行的船舶尾轴，除了受螺旋桨的自身重力和横向、纵向等各种振动的综合影响之外，还受到低温和破冰时剧烈振动的影响，因此极地航行的船舶尾轴密封尤为重要。由于某些原因，说明书（操作说明）中对该部分的运行和管理描述的非常浅显，对实际管理工作指导力度不大，因此笔者根据工作实际，总结归纳出该套装置的运行管理注意事项。 1 尾轴密封的技术要点分析1.1 密封间隙的泄漏量计算除了传统的填料型密封装置外，目前典型的密封装置为油润滑密封装置，如辛泼莱克斯（simplex）型尾轴密封装置，整个密封装置包括前密封和后密封，分别防止润滑油漏入机舱，以及用于防止海水侵入和防止艉轴管润滑油向船外泄露。同时，将润滑油系统的压力设置高于海水静压，这样如果密封环损坏，润滑油可以漏出船外，但海水无法侵入机舱。在这种尾轴密封装置中，润滑油与海水都是仅由一道密封环来间隔，难免形成泄露。泄漏量Q可以表达成： 为了保证良好密封，可以增大密封的径向压力，但是径向压力越大，会增加磨损，从而变相引起泄漏的增加。因此这种方法有很大的局限性。因此减少泄露的有效途径就是减少密封圈两侧的压差。但对于传统型的尾轴密封装置而言，油密封腔中的油压几乎是恒定的，难于调节，而水侧的压力却会随着船舶吃水、前后摇摆而不断的变化。其中一种解决方案是采用Ω弹簧弹性元件，为摩擦副提供预紧弹簧比压，保证动环、静环良好地贴合，且在磨损时，起到自动补偿的作用，另一种方式则是采用压缩空气来实现补偿。1.2 空气密封的组成原理和优点空气式尾轴密封在尾轴密封中增加一个空气腔室，该腔室同样由两道密封环形成，利用空气压力容易实时调整的特点，使得滑油的压力能够始终比海水的压力略高，但又不会造成压力过大，从而避免了较大的磨损，从而较好的解决了滑油泄露造成对海洋环境的污染，最大限度的解决了密封环和衬套间的磨损。该装置的优点为：(1）可靠性高，各道密封环所承受的压力明显减小，降低了磨损。(2）一般有两道水封环和三道油封环，提高了装置的可靠性。如果密封环损坏，气室两侧的滑油或是海水可以流入II号腔室，而被泄放回收系统回收掉；(3）如果空气压力控制单元故障时，只要一个临时的重力油柜，就能将空气密封（AX型）装置简单的转变成双重保护的油封（DX型）装置。2 某轮吊舱式推进装置尾轴密封的工作原理分析2.1 某轮吊舱式电力推进装置构成及特点该轮的推进装置采用吊舱装置提供的全回转式电力推进系统，吊舱推进系统完全满足《极地规则》中有关环境保护的要求，在漏油风险和总推进能耗方面是目前最理想的推进系统。首先，该推进系统采用了《美国船舶通航许可》（VGP）认证的轴封设计，不存在任何油水界面。该推进系统由于考虑到冰区航行需要，结构相对较为复杂，辅助系统包括推力轴承润滑系统、螺旋桨轴承润滑系统、轴封系统（含控制空气）、刹车油系统和泄放系统等。2.2 尾轴密封的组成2.2.1 内部轴封内轴封系统配有两个密封环和隔油环。密封圈材料为氟橡胶，油环材料为合成橡胶。密封圈和隔油环安装在传动轴的轴套上。这两个密封圈形成一个腔室，与螺旋桨轴承壳相连。密封室中的油位与螺旋桨轴承壳中的油位相同。在正常情况下，靠近螺旋桨轴承的密封圈（内环）上没有压差，此密封圈是备用装置。如果外环（远离螺旋桨轴承）开始泄漏，则可以关闭轴承箱和密封室之间的连接，即可借助内环实现密封。该腔室还配备有一条透气管。内轴封和轴承壳之间有一个间距环。如果衬套出现磨损迹象，可通过拆下间距环，将密封圈定位到新位置，从而重新实现良好密封。2.2.2 外部轴封图1为该种类型的原理简图，尾部螺旋桨轴承前后分别有多道密封环来实现密封。其中末端有5道密封环，我们分别编号1-5，密封圈的材料为氟橡胶。这些密封圈与安装在传动轴上的衬套接触。如图1所示，这样就形成四个腔室，我们编号I-IV，其中，密封圈2防止水进入吊舱，腔室I中充满油脂，该油脂具有可降解性，即便泄露也不会污染海水；腔室II接通压缩空气，空气控制单元保持该腔室中的压力略高于海水的静水压力。空气通过腔室I泄漏到海水中，并会以气泡的形式从经过1和2密封环从尾部释放到海水中。船舶吃水深度会影响腔室II的压力，从而被空气控制单元监测到，并调整空气压力，控制尾轴管内的油压，即防止海水侵入，也能避免滑油损失。如果密封圈2或3泄漏，则泄漏集中在腔室II中。通过打开排放管路中的电磁阀，腔室II定期泄放。腔室III装满了油，压力高于腔室II中的压力。腔室IV充满了油。由于轴承箱中存在大气压力，该腔室平衡腔室III和轴承箱之间的压力。其中，腔室III和IV，分别由3#和4#高置油柜（HEADER TANK）来保持压力，组成部件如图2所示：2.2.3 辅助设备
图1 某轮空气式（AX型）尾轴密封装置密封结构原理图 
图2 某轮空气式（AX型）尾轴密封装置密封油部分原理图 (1）密封系统中有三个不同的油柜。其中两个油柜安装在叠轴吊舱内，第三个油柜位于叠轴吊舱内。第三和第四腔室的油柜位于轴线上方约2–4米处，向相应腔室提供压力。由于油箱的位置，腔室中的压力升高为0.15–0.35bar。但是，III室和IV室的两个油柜也与空气控制单元相连。通过这种布置，腔室III中的压力始终高于腔室II中的压力。吊舱装置室内的第三个油柜称为重力油箱。该罐用于在必要时加注两个油柜，也可在压缩空气出现故障时用作应急油柜。(2）空气控制装置。空气控制单元位于吊舱室内。它与船舶的正常厂用空气系统相连。该装置过滤并调节流向外轴封的气流。(3）仪器仪表。所有油柜均配有液位开关。吊舱装置内使用的数据传输系统将开关信息从吊舱装置传输至吊舱室内的吊舱界面系统（AIU）和综合控制系统（IAS)3 空气式（AX型）尾轴密封装置的管理要点分析3.1 密封油供油量的管理自动化系统不会自动调节各油箱中的油位，因此轮机员应该时刻注意各油柜油位，适时进行补油或者泄油。以3#密封腔油柜为例，当油箱液位低报警时，可在吊舱机旁面板（ALP）面板中选择打开3#密封腔油柜的加注阀，加注该油箱。此时如果油位低于中间油位，密封油箱加注泵启动，加注阀打开。当传感器指示油位已达到中间油位或松开“打开密封室III加注阀”开关时，泵自动停止，阀门自动关闭。注意，如果油位高于中间油位，则不会发生任何情况，油箱也不会加注。当油箱液位过高报警时，轮机员将通过选择吊舱机旁面板（ALP）中的泄放3#密封腔油柜进行排放。排空密封箱，直到达到正常液位。出于维护目的，密封油箱油位也可以排至低位。排空密封油箱，直到达到低油位时自动关闭，然后将油位加注回正常油位。泄放收集单元主要是用于监控尾轴后密封的工况，安装在该装置上的流量控制阀是用于控制空气在泄放管路中的流量，并确保泄放管路畅通。当发生海水进入或滑油泄露时，都会通过泄放管路收集到该单元内并发出高位警报。轮机人员应在主机停车状态下按步骤排除泄放收集柜中的油和水。3.2 密封气室（II室）的管理空气控制单元和泄放收集单元是主要的监控设备，必须重点检查和保养，密封空气单元中的所有阀件一般不需要再做调整，做好日常保养即可。该单元设有一套空气流量备用调节系统，当主系统发生故障时，可以通过转化阀切换到备用系统。密封气室可以设置通过系统自动排空，默认为30-V22常闭阀（见图1）自动打开3秒钟，每6小时打开一次。也可以手动排空，即在吊舱机旁面板（ALP）面板中选择“打开空气流量阀”，该阀可以打开3秒钟。每天应检查压差表DP（见图3），压差应小于0.1MPa。如果压差表指针进入红色区域，则需要按以下步骤清洁滤器F1和F2，即关闭阀V1和V2，打开V3，打开过滤器放残阀以泄放掉滤器内的压力，然后关闭该阀，拆除滤芯，用空气或者淡水清洁，酌情换新。然后安装好，相关阀门恢复原装。每周检查压力表P1，正常值为0.25-0.35MPa之间。如需调整，可以向下拉阀下面的调节旋钮，释放锁扣，根据以下方法调整减压阀R1，使压力表P1读书为0.3MPa左右，调整结束后，往上推动调节旋钮，进行锁定。如果减压阀R1调节无效，应将转换开关从“主”（“MAIN”），转到“副”（“SUB”）。每周检查流量表读数，正常值应在45-55Nl/min之间。如有偏差，可以调节空气流量控制器。往下拉动调节旋钮，释放锁扣，然后顺时针旋转（流量提高）或者逆时针旋转（降低流量）。每周需要检查空气继电器的工况，该继电器用于控制艉轴管的滑油压力，确保该压力高于泄放收集单元内压力或空气控制单元输出压力（P4)0.03-0.05MPa。
图3 某轮空气式（AX型）尾轴密封装置空气部分原理图 3.3 阀门的自动开启/关闭功能因为阀门长时间不用会有卡在一个位置的风险，电磁阀应每周自动关闭和打开。如果阀门状态已经一周没有改变状态，阀门命令将自动激活。阀门改变状态取决于阀门的正常状态。对于NO（常开）类型，阀门“改变”表示为“关闭”状态。对于NC（常闭）型，阀门“更改”表示“打开”状态。3.4 特殊/紧急操作说明3.4.1 内部密封泄漏操作在正常操作中，靠近轴承的密封圈是备用装置（密封圈6）。靠近推进电机的密封圈（密封圈7）用于防止机油从轴承箱泄漏到吊舱装置壳体。如果密封圈7开始泄漏，则必须使用备用环。通过在吊舱装置本地面板（ALP）中选择“关闭内部密封阀”，关闭内部密封阀30-V23（如图1）。此操作需要密码。通过此步骤，密封圈6开始防止轴承壳体泄漏。见图1。注意：如果内部密封阀30-V23关闭，则在用新密封圈7更换之前，不能再次打开。如果密封圈7工作正常，请勿关闭阀30-V23。3.4.2 空气压力故障操作如果有报警指示空气控制单元中存在低压，排除误报的可能性后，应考虑船舶压缩空气系统故障，或是空气管道泄露，或是密封圈2磨损。如果气压真的很低，机组需要执行以下操作：(4）将密封室三空气阀切换至关闭位置。此开关位于吊舱装置本地面板（ALP）中。当该开关转到关闭位置时，密封室III空气阀自动关闭，密封室III填充阀自动打开。可以在吊舱装置本地面板（ALP）显示屏上看到阀门的状态。(5）当气源再次工作时，将“密封室三空气阀”开关切换到打开位置。当此开关打开时，阀将自动打开，阀将自动关闭。4 结束语ABB公司的吊舱装置系列全回转式电力推进器相对已经十分可靠，但考虑到极地地区航行的特殊性，特别是破冰航行时的振动、低温、海冰等对螺旋桨以及尾轴密封的不利影响，尾轴密封的日常维护管理显得尤为重要[7]。因此，轮机员应该熟练掌握该装置的工作原理和管理要点，要牢记各个参数的正常变动范围，值班时要加强巡视，有异常要及时调整，确保尾轴滑油不泄露至舷外，防止污染事故的发生。[1]薛海龙,陈晓东,郭青云等.KEMEL AX型尾轴空气密封装置的工作原理及管理要点[J].武汉船舶职业技术学院学报,2023,22(03):80-84.薛海龙 江苏航运职业技术学院
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