噴水推進裝置機械密封分為泵密封和軸密封。該文在分析噴水推進裝置機械密封的特殊使用要求及機械密封的工作原理的基礎上，通過研究噴水推進機械密封的關鍵性能和特殊要求，重點研究關鍵性能技術和實現(xiàn)途徑。在一定的力學計算基礎上，論述了設計中需關注的重點，并進行相應的試驗論證，所獲得的結論對改進噴水推進機械密封的性能和應用提供一定的依據(jù)，并對大功率噴水推進的持續(xù)發(fā)展提供一定的基礎。

　　噴水推進是一種利用推進泵噴出的高速水流的反作用力推動水中載體前進的推進設備。推進泵一般由泵殼、葉輪、導葉、軸系等組成，存在軸承的潤滑與密封等問題。噴水推進泵上有泵密封和軸密封兩種方式的密封。在推進泵輪轂內(nèi)的密封為泵密封，它的作用是避免推進泵輪轂內(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置有軸密封，它的作用是避免流道中的海水通過旋轉的葉輪軸侵入艇體(見圖2)。本文主要介紹使用機械密封的泵密封和軸密封的研制。

圖2 軸密封的安裝位置

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

噴水推進裝置對機械密封的特殊要求

　　噴水推進裝置機械密封的使用環(huán)境較常規(guī)陸用機械密封惡劣得多：海水的腐蝕、淺水航區(qū)的泥沙磨損、船體尾部的振動、狹小的安裝空間等，對確保機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：

　　(1) 較大的軸向和徑向補償以及良好密封性

　　噴水推進在啟動工作時，因為軸承間隙、尺寸誤差、船體變形等原因，軸系會有較大的軸向顫動;船的振動及軸系安裝誤差也會帶來軸系的徑向顫動，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械密封的密封性能，因此泵密封、軸密封較陸用機械密封的設計要求有更大的軸向和徑向顫動補償功能。目前國內(nèi)5 000 kW 功率噴水推進用機械密封的軸向補償要求達到8 mm， 徑向補償單邊1.5 mm。同螺旋槳使用的艉軸密封相比，因為軸承型式及軸系的布置不同，及螺旋槳的結構相對簡單，同規(guī)格螺旋槳用的艉軸密封的軸向竄動約為3 mm，相對較小。陸用的機械密封，軸向、徑向補償量也小很多，以攪拌裝置的機械密封為例，同規(guī)格的機械密封的軸向補償不到4 mm;同時，用于噴水推進的機械密封比陸用機械密封的密封性要求更高。軸向補償大，隨之帶來的問題是：彈簧在壓縮量最小時，泄漏量要滿足要求;彈簧在壓縮量最大時，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。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)，要求遠高于以往同規(guī)格的螺旋槳用艉軸機械密封(以往螺旋槳用艉軸機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、結構緊湊、可靠性要求高

　　噴水推進大部分應用在高速船上，因此對質量的要求比較嚴格;而且船上的空間也比較狹小，因此噴水推進用機械密封外形尺寸相對較小，結構相當緊湊，尤其是泵密封，它安裝在噴水推進泵葉輪輪轂內(nèi)，結構要特殊設計才能滿足有限空間的布置要求;此外，結構設計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、軸密封設計要求防海水腐蝕，并考慮到泥砂的影響，因而對結構和材料方面有特殊的要求。

　　綜上所述，噴水推進用泵密封和軸密封的技術難度遠大于陸用機械密封。在某型艦艇研制時，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)最大功率噴水推進的泵密封和軸密封的研制為例，對其關鍵技術及實現(xiàn)途徑進行研究。

試驗及實船驗證

　　機械密封研制的一個必不可少的重要環(huán)節(jié)就是要進行臺架試驗，試驗目的主要是考核整體密封裝置設計和結構是否合理規(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到設計要求。

　　機械密封試驗考核的主要內(nèi)容為：在極端工況下，介質的溫度、密封的泄漏量及密封長期運轉后的摩擦副的磨損量。這些考核參數(shù)關系到機械密封的密封性、可靠性和使用壽命。

　　臺架試驗結果：在最高轉速、最大工作壓力、彈簧壓縮量最小時，泄漏量只有每小時幾滴(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，進行了120 h 的耐磨試驗，泄漏量接近零，磨損量小于0.01 mm，溫度等均滿足要求。

　　由于臺架試驗并不能全模擬實船工況，因而新產(chǎn)品研制是否成功，最終是要通過實船來考核、驗證的。國內(nèi)某型最大功率噴水推進用泵密封和軸密封已通過裝船考核，驗證了機械密封計算方法及結構設計的合理性。

結論

　　噴水推進裝置用機械密封(泵密封和軸密封)，密封性是重要的考核指標，但可靠性和防腐性是其不可忽視的兩個方面，因此從設計和考核驗證上都要進行考慮。經(jīng)過臺架試驗和裝船考核，兩型機械密封均達到設計要求，已成功應用在國內(nèi)最大功率的噴水推進裝置上并交付使用，兩型機械密封的技術水平處于國內(nèi)領先水平。