0 引言

船用大型低速主机主轴承大多采用液体动压润滑。主滑油泵提供3.5～4.0 bar的滑油, 经由主轴承上盖管道注入轴承与曲轴间隙, 在二者的相对运动面之间形成动压油膜, 在保证主机设计转速和滑油油压正常的状况下, 曲轴和轴承被动压油膜抬起、脱离接触, 极大地减缓磨损, 有效提高主机运转的可靠性和稳定性。

Journal Bearing是大型主机靠近飞轮端的末位主轴承, 被业内称为期刊轴承。该轴承紧邻倒车推力轴承组, 其注入的压力滑油由轴体与轴承间隙向前后2个方向喷溅流出, 后部油流直接冲刷机体端盖, 因此在端盖与转轴间设置轴封。

该处端盖轴封大多采用迷宫式密封方式, 是大型低速柴油机也是有效的一种密封方式。各厂家依据主机的额定转速和输出轴轴径大小, 选择设计1～3道刮油环, 较高转速的主机除选择多道刮油环外, 还会在末端密封迷宫油槽内增加羊毛毡, 进一步增强密封效果。

尽管这种迷宫式密封的设计理念值得肯定, 但由于设计和制造安装方面的瑕疵, 以及设备部件的磨损等原因, 绝大多数船舶的主机飞轮端轴封都存在不同程度的滑油渗漏现象。笔者接管某新船出厂时该处轴封就存在严重的泄漏状况, 厂家工程师到船修理未果, 后经船员自行修理得以成功解决泄漏故障。

1 轴封结构和泄漏故障原因及检修

1.1 故障概况

某62 487总吨的巴拿马极限型散货船的主机为MITSUI-MAN B&W 6S50 ME-B9.5型电喷主机, 持续功率7 220 k W, 额定转速94.0 r/min, 持续服务功率5 980 kW, 经济转速88.3 r/min。应租约要求, 航行期间主机转速保持在75～81 r/min。

某航次离开日本富山港后, 主机轴封开始出现轻微的滴漏现象, 随着大风浪加剧和环境温度的降低, 泄漏现象逐渐增加。在到达俄罗斯东方港加油驶出后, 航经高纬度水域, 泄漏量进一步增加 (2.5～3.0 L/d) 。主机轴封泄漏故障报请公司转呈厂家分析, 厂家工程师表示某艘姊妹船也出现过相同故障, 系主机曲轴箱透气管在某平铺安装处有下倾斜角度, 该处管路聚集较多的油雾冷凝滑油, 堵塞透气通道, 造成曲轴箱内压力过高, 油气从轴封处窜出, 带出滑油造成泄漏。

船方根据厂家要求, 在航行中拆卸主机链轮箱首段透气管, 持续观察1 d, 轴封泄漏现象未有任何改变。3 d后装复透气管, 并尝试将主机逐步加车至93 r/min, 发现转速超过87 r/min时泄漏量减少, 当转速超过92 r/min时泄漏现象消失。

当船舶靠泊日本横滨港卸货时, 主机厂家工程师到船检修。拆卸主机轴封端盖后检查, 研判为某部位缺少液态密封胶, 清洁后重新涂抹密封胶并装复。猜测可能是技术保密原因, 厂家工程师未与船员认真沟通讨论, 且不允许留下任何技术图纸的复印件 (船方的主机说明书也缺少该部件的详细图纸) , 其检修报告未能详细说明故障原因。

船舶驶离横滨港后, 轴封泄漏现象再次出现, 持续观察泄漏量未有任何改善, 笔者将泄漏状况报请主机厂家后一直未收到进一步的检修建议。

1.2 轴封结构及工作原理

该型主机迷宫式轴封由甩油环、密封环和端盖等3部分组成。刮油环固定在轴体上, 随曲轴一起转动, 该主机只设置1道密封环, 镶嵌在端盖环槽内保持静止不动。环槽宽18 mm, 密封环厚17 mm, 仅留有1 mm的装配间隙;环槽深30 mm, 密封环高30mm, 嵌入环槽的深度为20 mm, 留有5 mm高度的油流腔道。密封环和甩油盘都为两半等分圆面式结构, 也即由2个半圆环结合成1个圆盘, 由紧固螺栓锁紧。密封环与输出轴间周向间隙为5 mm, 与轴体间保持相对运动, 环带上部嵌入上端盖, 借由1个M16细牙螺栓与上端盖固定, 与下端盖间没有固定螺栓方便拆卸。密封环在2个半圆的结合面各自设计有1个中断的环周向端面, 以便装配锁紧螺栓, 见图1。这个断面的垂直高度大于密封环嵌入环槽的深度, 即该断面有一部分没有被端盖环槽遮盖, 而是形成1个开放式的契形空间, 主机运转时甩油环甩出的部分滑油进入该空间, 沿密封环外圆流入环槽间隙通道, 经由环槽底部的3个泄油孔流回曲轴箱。

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图1 主机飞轮端轴封

甩油环固定在曲轴上, 二者接触面由圆度面紧密密封, 环厚24 mm;一侧与密封环导流槽间距5mm, 另一侧紧邻期刊轴承, 与机体间距10 mm。在其左右2个盘面均沿周向以45°倾斜角形成2个不同斜线长度的圆锥形轮廓外形 (见图2) , 使?离心力到达盘面边缘时的油液突然改变方向进入锥形斜面, 加速脱离甩油环盘面, 不至于因液流惯性而溅落甩油环后部的轴体上造成泄漏。

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图2 主机轴封结构 (下半部分) 示意  

 1—曲轴;2—飞轮;3—密封环;4—端盖;5—端盖固定螺栓;6—泄放孔;7—甩油环;8—机体;9—期刊轴承

考虑到甩油环的圆面周向不宜中断, 故在半圆结合处设计成不同于密封环的断面装配紧固螺栓, 而是采用圆周切向钻孔, 两侧各使用1只内六角螺栓进行紧配固定。

1.3 故障检修

主机轴封滑油泄漏, 不但造成滑油的浪费以及地板和管路的油污染, 而且需要定时更换接油盘收集