旋转轴的密封装置,特别适用于船舶螺旋桨轴的尾轴管密封

摘要

一种旋转轴的密封装置，特别适用于船舶螺旋桨轴的尾轴管密封，其特征是至少在一个环形腔中配置一个环形软管状膨胀体，通过它经由环路可以循环一种可流动、经一个热源加热，主要为空气的传热介质，它同时作为压力介质。当轴停车时处于极冷的液态介质中，主要在成冰的海水中，膨胀体由传热介质一压力介质胀起充满环形腔的大部分并同时加热环形腔其余部分中的润滑剂。当轴转动时膨胀体在上述介质中断输送后收缩以让出环形腔和通道。

说明书

本发明涉及一种旋转轴的密封装置，特别适用于船舶螺旋桨轴的尾轴管密封，其一侧与液态外部介质，主要是海水，另一侧与一种用于轴承润滑的液态润滑剂，主要是润滑油邻接，至少有两个密封圈，主要是唇形密封圈，各自压紧在两个环形件之间，并且在每两个密封圈间留有一个环形腔，使有一定压力的润滑剂，主要为润滑油或水的环路通入到上述环形腔内。要是被密封件所隔离的液态介质在轴长时间停车又重新运转时不是处于极低的温度，这类密封装置（见德国公开说明书DE-OS  3122406）就可以满意地工作，因为在停车时润滑油的粘度没有大增而致在轴重新运转时损害通常由橡胶弹性材料制成的密封圈并因而降低其密封性能。这种情况也适用于以水作为润滑剂来使用，因为这时不会在密封圈上结冰。但是存在液态介质过冷的情况，例如在成冰的水域中就是这种情况，这时这种密封装置不能令人满意地工作。因为如果使用的是润滑油，则该润滑油在容积较小的环形腔内变得粘度很高，如果使用的是水，则它会在环形腔内结冰。这两种情况都存在损害密封圈特别是其密封棱缘的危险，并因而影响其密封性或者甚至完全被损坏。

本发明的任务是，克服这些公知密封装置的缺陷并加以改进，以使用极小的花费避免在极低温度时其轴在某种流态介质中长时间停车后重新启动时对密封圈损害的危险。解决该任务的技术措施是，在至少一个环形腔中配置有一个环形软管状膨胀体，通过它，经由环路可以循环一种可流动、由一个热源加热、主要为空气的传热介质，它同时作为压力介质，在轴停车时处于极冷的液态介质中，主要是成冰的海水中，膨胀体由传热介质-压力介质胀起，使其充满环形腔的大部分，而且同时加热环形腔其余部分中的润滑剂，使其粘度大致相当于轴转动时的润滑剂粘度，当轴转动时，膨胀体在传热介质-压力介质中断输送后收缩以让出环形腔和通道。

在这里环形软管状膨胀体发生本发明的移位并使热交换面直接进到密封圈区域内。在密封装置中，润滑剂的循环不是通过外部驱动的泵装置完成的，而只是通过密封圈连同轴的共同作用产生流体动力抽吸完成，因此在轴停车时润滑剂的循环也就停止。但密封圈区域的润滑剂的加热则在进行。可以将一种压力介质导入到软管状膨胀体内，虽然这种密封装置已被使用，例如从德国公开说明书DE-OS  2301532或DE-OS  3143866可知，但在那里膨胀体不是作为润滑剂的传热介质，而是作为压力波动的阻尼装置或者作为与轴共同作用的转动环的压紧装置。

依照本发明主题的一个有利结构形式，是将膨胀体嵌入环形腔一个侧面的环槽中，它在收缩时缩回到环槽中，在膨胀时则伸入环形腔中。由此在加热阶段使热交换面处于一个有利的位置上，而当停车阶段膨胀体则完全让出环形腔的空间。

本发明其他有利的结构形式示于下面。

一个有利的方案是，在传热介质-压力介质的环路内串联有显示机构，一个带有调节单元的蓄压器，一个限流锁闭机构，一个传送机构和一个可以开关的热交换器。在热交换器关闭时，传热介质-压力介质的压力借助于控制单元可以改变，使膨胀体在环形腔中处于封闭位置与收缩位置之间的中间位置上，此时这样进行控制，使润滑剂在一个环形腔内的压力可以与其他各相邻环形腔中的压力相适应。上述技术方案以简便的方式除保证轴在停车时密封件不因过冷受损的安全性之外还能够改善轴在正常运转时的运行可靠性，由于避免了介质从一个环形腔渗出并进入其他相邻的环形腔，因而阻止了船舶因润滑剂可能外渗进入外部水域而危害环境。

一种特别利于环境保护的方案是，存在三个环形腔时，只在两个外侧环形腔中装有膨胀体，而中间环形腔则与一个输入压缩气体，主要为压缩空气的环路相连，它具有一个可以锁闭的通往船体内部的排油路。环路中的压力与各相邻环形腔内的介质压力相接近。外部介质侧的环形腔以水作为润滑剂，而轴承侧的环形腔则以润滑油作为润滑剂。由于此时在外部近水侧根本不使用润滑剂，因而在出现密封不严时只会渗漏出无害于环境的介质，如水进入外部水域。

本发明另一种有利的结构形式是，在轴承侧的密封圈前还设有另一个环形腔，其内还配置有一个单独供给热量-压力介质的膨胀体。在需要时还能够对轴承的润滑剂进行加热以保证在成冰水域的极端情况下对轴承的润滑。

在附图中对发明主题及其改型方案借助于实施例做进一步说明。其中：

图1表示一个船舶螺旋桨轴的尾轴管密封装置其膨胀体呈收缩的纵视图，

图2表示按图1所示的密封装置其膨胀体是呈胀起的，

图3表示按图2所示的密封装置带有一个环路系统及连接该系统的操作器件示意图，

图4表示与图1和图2相似的密封装置，但带有一个中间的导入压缩空气的环形腔，

图5表示按图4所示的密封装置带有一个环路系统及连接该系统的操作器件示意图。

图1和图2中用1表示一个螺旋桨轴，它的上面套有一个轴套2，该轴套通过其突缘2a与（未示出的）螺旋桨固定连接，并且它的一端伸入外部水W中，另一端伸入轴承的润滑油室S（同样也未示出）中。在轴套2上有四个按一定距离毗邻配置的环状唇形密封圈12a，b，c，d，其中两个唇形密封圈12c、d用于要隔离的外部水W，而唇形密封圈12a、b则用于隔离润滑油室S。唇形密封圈由四个沿轴向毗邻配置的环形件3、4、5、6支承，其中与润滑油室S相邻的环形件3固定在尾轴管毂N上并因而支承整个密封装置。唇形密封圈12a，b，c，d在环形件3、4、5、6上的固定通过压紧完成，为此各设有压紧件10、9、8、7。

在每两个相邻的环形件间，即在环形件3/4，4/5，5/6间留有环形腔13i，m，a，在每个环形腔上各连接有用于液态润滑油的环路15i，m，a。

在图1和2中只各示出上述连接中的一个。没有示出的连接最好位于所示连接的附近。环形腔13i，m，a各设有一个侧面环槽，其中各装有一个膨胀体14i，m，a。每个膨胀体各与一个单独封闭的环路16i，m，a相连，其内循环经过加热的压缩空气并且连接到各种操作器件上，这些器件在下面借助图3加以详细说明。图1中所示的膨胀体14i，m，a处于收缩状态，即处于其退缩到环形腔13i，m，a的侧面环槽内的位置，此时加热的压缩空气的输入中断。该运行状态相当于螺旋桨轴正常转动的状态。

图2中所示膨胀体14i，m，a处于胀起状态，此时加热的压缩空气输入放开进行，膨胀体从而占据环形腔13i，m，a的大部分并同时封闭润滑油的入口。

该运行状态相当于螺旋桨轴在成冰的外部水域中停车的状态。膨胀体在这种胀起状态中以其扩大了的表面充当热交换器作用于相应缩小了的润滑油部分，对它进行加热以避免在重新运转时损害密封件。

图3为其中一个环路，且为膨胀体14i的环路16i设有主要的操作器件。它主要串联有通常显示机构17，一个带有未示出调节单元的蓄压器18，一个锁闭限流机构19，一个泵20和一个热交换器21。本实施例中热交换器21供给一种未示出的载热介质。

按图4所示的改型方案中只有两个环形腔13i′和13a′设有膨胀体14i′和14a′，而中间环形腔13m′内没有配件装入，这时外部近水侧环形腔13a′供以水，轴承侧环形腔13i仍供以润滑油。

中间环形腔13m′供以压缩空气，其压力与两种其他介质的压力相接近。此外一个排油路15m″与该环形腔13m′的环路15m′相连，该排油路在本例中通往船体内部。

该结构特别有利于环境与设备保护，因为中间环形腔13m′内的空气压力与供给环形腔13a′和13i中的水或润滑油共同作用使得在发生可能的泄漏时只渗漏出无害介质成分进入外部水域或进入轴承润滑油中。此外在中间环形腔的压力也许消失时可能产生的泄漏经过排油路就不会产生损害。

图5为按图4所示的改型方案带有中间环形腔13m′的环路15m′以及其主要连接在其内的操作器件，如调节单元18′，压缩机20′，电磁阀19′和排油路15m″。该图中还示有环形腔13a′和13i′的环路15a′和15i′以及所属的高位容器。

全部附图中在最里面的环形件3、3′上最里面的唇形密封圈12a，12a′的前面各设有一个附加的环形腔13S，13S′连同其膨胀体14S，14S′以及所属的环路16S，16S′。该膨胀体14S，14S′以类似于其他膨胀体的方式，用于成冰水域螺旋桨轴停车时的热传导，并且是传导给轴承的润滑油S。