噴水推進(jìn)裝置機(jī)械密封分為泵密封和軸密封。該文在分析噴水推進(jìn)裝置機(jī)械密封的特殊使用要求及機(jī)械密封的工作原理的基礎(chǔ)上，通過研究噴水推進(jìn)機(jī)械密封的關(guān)鍵性能和特殊要求，重點(diǎn)研究關(guān)鍵性能技術(shù)和實(shí)現(xiàn)途徑。在一定的力學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)上，論述了設(shè)計(jì)中需關(guān)注的重點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)論證，所獲得的結(jié)論對改進(jìn)噴水推進(jìn)機(jī)械密封的性能和應(yīng)用提供一定的依據(jù)，并對大功率噴水推進(jìn)的持續(xù)發(fā)展提供一定的基礎(chǔ)。

　　噴水推進(jìn)是一種利用推進(jìn)泵噴出的高速水流的反作用力推動(dòng)水中載體前進(jìn)的推進(jìn)設(shè)備。推進(jìn)泵一般由泵殼、葉輪、導(dǎo)葉、軸系等組成，存在軸承的潤滑與密封等問題。噴水推進(jìn)泵上有泵密封和軸密封兩種方式的密封。在推進(jìn)泵輪轂內(nèi)的密封為泵密封，它的作用是避免推進(jìn)泵輪轂內(nèi)潤滑油的泄漏和外部海水的侵入(見圖1)。

圖1 泵密封安裝位置

　　在與葉輪相聯(lián)的扭矩軸穿過艙壁處設(shè)置有軸密封，它的作用是避免流道中的海水通過旋轉(zhuǎn)的葉輪軸侵入艇體(見圖2)。本文主要介紹使用機(jī)械密封的泵密封和軸密封的研制。

圖2 軸密封的安裝位置

　　機(jī)械密封是靠垂直于軸線作相對滑動(dòng)的摩擦副端面，在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈簧力的作用下，使摩擦副始終保持貼合以起到阻漏的作用。主要結(jié)構(gòu)件有：靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、彈性元件、輔助密封圈等，靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的接觸面為密封工作面。

噴水推進(jìn)裝置對機(jī)械密封的特殊要求

　　噴水推進(jìn)裝置機(jī)械密封的使用環(huán)境較常規(guī)陸用機(jī)械密封惡劣得多：海水的腐蝕、淺水航區(qū)的泥沙磨損、船體尾部的振動(dòng)、狹小的安裝空間等，對確保機(jī)械密封的性能和使用壽命提出了新的課題，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　(1) 較大的軸向和徑向補(bǔ)償以及良好密封性

　　噴水推進(jìn)在啟動(dòng)工作時(shí)，因?yàn)檩S承間隙、尺寸誤差、船體變形等原因，軸系會(huì)有較大的軸向顫動(dòng);船的振動(dòng)及軸系安裝誤差也會(huì)帶來軸系的徑向顫動(dòng)，加上溫度變化對葉輪軸尺寸的影響，這些因素將直接影響到機(jī)械密封的密封性能，因此泵密封、軸密封較陸用機(jī)械密封的設(shè)計(jì)要求有更大的軸向和徑向顫動(dòng)補(bǔ)償功能。目前國內(nèi)5 000 kW 功率噴水推進(jìn)用機(jī)械密封的軸向補(bǔ)償要求達(dá)到8 mm， 徑向補(bǔ)償單邊1.5 mm。同螺旋槳使用的艉軸密封相比，因?yàn)檩S承型式及軸系的布置不同，及螺旋槳的結(jié)構(gòu)相對簡單，同規(guī)格螺旋槳用的艉軸密封的軸向竄動(dòng)約為3 mm，相對較小。陸用的機(jī)械密封，軸向、徑向補(bǔ)償量也小很多，以攪拌裝置的機(jī)械密封為例，同規(guī)格的機(jī)械密封的軸向補(bǔ)償不到4 mm;同時(shí)，用于噴水推進(jìn)的機(jī)械密封比陸用機(jī)械密封的密封性要求更高。軸向補(bǔ)償大，隨之帶來的問題是：彈簧在壓縮量最小時(shí)，泄漏量要滿足要求;彈簧在壓縮量最大時(shí)，摩擦副磨損量和發(fā)熱量要滿足要求，而兩種工況是互相影響、互相牽制的，這也是研制的難點(diǎn)。就密封性而言，本次研制的泵密封和軸密封的泄漏量要求為5 mL/h(泵密封)、10 mL/h(軸密封)，要求遠(yuǎn)高于以往同規(guī)格的螺旋槳用艉軸機(jī)械密封(以往螺旋槳用艉軸機(jī)械密封的泄漏量考核為“滴水不成線”，一般為30 mL/h)，因此增加了研制難度。

　　(2) 外形尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性要求高

　　噴水推進(jìn)大部分應(yīng)用在高速船上，因此對質(zhì)量的要求比較嚴(yán)格;而且船上的空間也比較狹小，因此噴水推進(jìn)用機(jī)械密封外形尺寸相對較小，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，尤其是泵密封，它安裝在噴水推進(jìn)泵葉輪輪轂內(nèi)，結(jié)構(gòu)要特殊設(shè)計(jì)才能滿足有限空間的布置要求;此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用的材料均要求有很好可靠性。

　　(3) 良好的耐海水腐蝕和防泥砂性能

　　因使用環(huán)境是海水，在近海區(qū)海水中還有泥砂，因此泵密封、軸密封設(shè)計(jì)要求防海水腐蝕，并考慮到泥砂的影響，因而對結(jié)構(gòu)和材料方面有特殊的要求。

　　綜上所述，噴水推進(jìn)用泵密封和軸密封的技術(shù)難度遠(yuǎn)大于陸用機(jī)械密封。在某型艦艇研制時(shí)，國內(nèi)還未有成熟的配套產(chǎn)品可選用，因此只能自行研制。下面以某型國內(nèi)最大功率噴水推進(jìn)的泵密封和軸密封的研制為例，對其關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行研究。

試驗(yàn)及實(shí)船驗(yàn)證

　　機(jī)械密封研制的一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)就是要進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康闹饕�是考核整體密封裝置設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)是否合理規(guī)范、裝拆是否簡便、考核密封裝置的密封性能是否穩(wěn)定可靠、考核密封裝置的摩擦副匹配合理性、考核密封裝置的整體壽命和泄漏量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　機(jī)械密封試驗(yàn)考核的主要內(nèi)容為：在極端工況下，介質(zhì)的溫度、密封的泄漏量及密封長期運(yùn)轉(zhuǎn)后的摩擦副的磨損量。這些考核參數(shù)關(guān)系到機(jī)械密封的密封性、可靠性和使用壽命。

　　臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果：在最高轉(zhuǎn)速、最大工作壓力、彈簧壓縮量最小時(shí)，泄漏量只有每小時(shí)幾滴(不到1 ml/h)，小于要求的5 ml/h 或10 ml/h;彈簧壓縮量最大時(shí)，進(jìn)行了120 h 的耐磨試驗(yàn)，泄漏量接近零，磨損量小于0.01 mm，溫度等均滿足要求。

　　由于臺(tái)架試驗(yàn)并不能全模擬實(shí)船工況，因而新產(chǎn)品研制是否成功，最終是要通過實(shí)船來考核、驗(yàn)證的。國內(nèi)某型最大功率噴水推進(jìn)用泵密封和軸密封已通過裝船考核，驗(yàn)證了機(jī)械密封計(jì)算方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

結(jié)論

　　噴水推進(jìn)裝置用機(jī)械密封(泵密封和軸密封)，密封性是重要的考核指標(biāo)，但可靠性和防腐性是其不可忽視的兩個(gè)方面，因此從設(shè)計(jì)和考核驗(yàn)證上都要進(jìn)行考慮。經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)和裝船考核，兩型機(jī)械密封均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，已成功應(yīng)用在國內(nèi)最大功率的噴水推進(jìn)裝置上并交付使用，兩型機(jī)械密封的技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。