为解决半潜船吃水变化导致常规艉轴密封装置失效和寿命降低的问题,提出了一种带平衡型空气密封功能的艉轴密封装置设计方法。该方法通过自感应船舶吃水深度,合理控制各道密封圈的相对压力差,使密封处于良好的工作状态。经实船应用证明,该艉轴密封装置安全、可靠。

船舶航行中,渔网、网绳及漂浮物在船体线型吸入流、伴流或上升斜流进入螺旋桨盘面而缠绕螺旋桨和桨轴,且越缠越紧,轻则影响航速,重则螺旋桨阻力增大造成主机负荷升高损伤机械或艉轴密封装置损坏,艉轴密封功能失效导致海水进入艉轴管或润滑油泄漏入海。若轻微缠绕,可慢速倒车去除缠绕物,或在停车后潜水员水下割网清除缠绕物,渔网缠绕严重会危及船舶航行安全;若艉轴封损坏,则船舶需进坞修理更换艉轴密封,造成船期损失,增加额外修理费及备件费用;若艉轴密封装置损坏而发生艉轴滑油外漏入海的污染事故,会导致船舶被港口国滞留或被巨额罚款的严重后果。

在采用螺旋桨推进的船舶中,为防止海水沿螺旋桨流入船内,在艉轴管中设置了密封。由于其工作于恶劣的深水环境中,因此选用可靠的艉轴密封环材料对船舶运行至关重要。本文根据不同船舶艉轴密封环材料对密封性能的影响,利用有限元软件建立热-固耦合数值分析模型,计算得到了不同材料密封环的温度场、变形场、应力场,分析了弹性模量、热膨胀系数、导热系数等材料参数对密封环变形、温升、摩擦磨损及泄漏量的影响,最终选取了最优的船舶艉轴机械密封动环材料。结果表明:SiC动环材料的密封环组合端面温升最小,S30408动环材料的端面变形最大,密封端面的热变形大于力变形,热膨胀系数对密封性能影响最大,综合考虑温升和材料参数对密封环变形和密封性能的影响,选择最优的动环材料为Cr2O3。