船舶滑环密封装置的制作方法

本发明涉及船舶机械密封装置和包括这种机械密封装置的例如船、钻探机(drilling rig)等的海上运载工具。此外，本发明涉及包括根据本发明的船舶机械密封装置的船舶推进系统。

背景技术

在船舶应用中，一个问题领域是盐水的侵蚀性。这里的另一问题领域是水污染。在船舶推进系统等(特别是轴承，其通常充油)中需要相对于海水密封。由于不断严格的环境法规，所以必须对用于驱动轴或轴承等的这种密封件提出最高的要求。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种船舶机械密封装置和一种船舶驱动装置，其能够即使在密封件损坏或失效时也以最大的安全程度防止油泄漏到环境中，特别是不会将油释放到周围的水中，并且结构简单、制造简单、成本低廉。

该目的将通过具有方案1的特征的船舶机械密封装置和具有方案12的特征的船舶致动器得以解决。本发明的进一步实施方式示出在从属方案中。

具有方案1的特征的根据本发明的船舶机械密封装置的优点在于，能够防止推进装置的任何油或润滑剂泄漏到机械密封装置周围的水中。此外，即使在推进失败或停止的情况下也可以确保可靠的密封。根据本发明，这将通过包括第一机械密封件和第二机械密封件的船舶机械密封装置来实现。这两个机械密封件串联配置在待密封的轴上。第一机械密封装置包括第一旋转滑环和第二静止滑环，在它们的两个滑动面之间限定有第一密封间隙。第二机械密封装置包括第二旋转滑环和第二静止滑环，在它们的滑动面之间限定有第二密封间隙。此外，船舶机械密封装置包括阻隔流体回路，该阻隔流体回路包括阻隔流体腔和冲洗流体或阻隔流体。阻隔流体回路也用于冲洗机械密封件。阻隔流体腔配置于串联连接的第一机械密封件和第二机械密封件之间，并被充满阻隔流体。阻隔流体是环境相容的流体，例如包含乙二醇的流体。第一机械密封装置和第二机械密封装置之间的阻隔流体腔被分成第一子腔和第二子腔，使用柔性唇形密封件提供分离。在这种情况下，第二子腔配置于第二机械密封件。唇形密封件被配置成使得允许阻隔流体从第一子腔流入第二子腔，但是阻止阻隔流体从第二子腔流入第一子腔。因此，即使当第一子腔和第二子腔之间出现大的压力差时，唇形密封件也仅在一个流动方向上打开而在另一流动方向上保持关闭。

由于阻隔流体存在于阻隔流体腔中，该阻隔流体腔配置于第一机械密封件和第二机械密封件之间因而在被水和可能包含作为润滑剂的水的油等包围的外部之间，因此在阻隔流体在阻隔回路中循环的正常操作期间，阻隔流体腔中的压力高于水的外部压力并且高于在第二机械密封件处的润滑剂的压力。结果，在正常操作期间可能发生阻隔流体到水中的最小泄漏，但如果使用环境可接受的流体作为阻隔流体，则这是可以接受的。此外，在正常操作期间也可能发生阻隔流体到润滑剂区域的最小泄漏，尽管这也不是关键，因为润滑剂中的少量阻隔流体不会影响润滑剂的润滑性能。即使在驱动轴处于静止状态时，通过第一机械密封件和第二机械密封件也确保了可靠的密封。

特别优选地，第一机械密封件具有第一滑环载置件，使用第一预紧元件在轴向上预紧该第一滑环载置件并且该第一滑环载置件被配置成可轴向移动。这使得在运行期间能够发生的在轴的轴向运动的情况下在轴向上立即重新调整第一机械密封件，使得在执行轴向上的轴运动时不会发生过度泄漏。

优选地，第一滑环载置件保持旋转滑环。

进一步优选地，机械密封件还包括第二滑环载置件，该第二滑环载置件由第二预紧元件轴向预紧并被配置成可在机械密封件的轴向上轴向移动。这种可移动的第二滑环载置件还允许第二机械密封件在操作中平稳地跟随轴向轴运动。第二滑环载置件优选地配置于静止滑环以将静止滑环保持就位。

根据本发明的另一优选实施方式，船舶机械密封装置包括第三滑环载置件，第三滑环载置件保持第二机械密封件的第二旋转滑环。由此，唇形密封件在第三滑环载置件处密封。这允许实现特别紧凑和简单的设计。

第三滑环载置件优选地具有唇形密封件密封的径向向外指向的表面。优选地，该径向向外指向的表面平行于船舶机械密封装置的中心轴线。特别优选地，唇形密封件密封处的接触面涂覆有硬化层。优选地，该硬化层包含铬。

根据本发明的一特别优选的实施方式，第一次级密封元件配置于第一滑环载置件。第一次级密封元件优选地为O形环。第一次级密封元件具有紧邻第一次级密封元件的第一轴向变形空间。与第一次级密封元件直接相邻的该第一轴向变形空间能够提供适合于压力反向的机械密封件。因此，机械密封件处的压力条件的任何逆转(例如水的外部压力变得大于阻隔流体腔中的压力)都不能影响船舶机械密封装置的密封性能。例如，当船舶推进系统由于装载而较深地浸入水中时，在船舶装载期间可能发生这种船舶应用中的这种压力反向。然而，在这种压力反向的情况下，即使当外部水压增大时，第一轴向变形空间也能够允许第一次级密封元件的立即变形，从而确保密封间隙立即推进和关闭到第一机械密封件上。

为了同样使第二机械密封件适合于压力反向，在第二机械密封载置件上配置第二次级密封元件(特别是O形环)，其中第二轴向变形空间与第二次级密封元件直接相邻设置。当阻隔流体腔中的压力降低到待被密封的润滑介质的压力以下时，这还使得第二机械密封件能够在压力反向的情况下可靠地密封。例如，当阻隔流体回路中发生到外部(水)的泄漏或当第一机械密封件失效并且阻隔流体腔中的压力随后下降到外部水压时(例如当第一机械密封件的滑动面损坏时)可能发生这种情况。

阻隔流体回路优选地包括阻隔流体贮存器和泵，其中阻隔流体腔的第二子腔经由回流管线连接到阻隔流体贮存器，并且阻隔流体贮存器经由供应管线连接到阻隔流体腔的第一子腔。优选地，泵布置在阻隔流体贮存器和第一子腔之间的供给管线中。

进一步优选地，通过固定环和多个固定装置(诸如螺钉)将唇形密封件固定到船舶机械密封装置的壳体。由此能够将唇形密封件的基体夹紧在固定环和壳体之间。

进一步优选地，阻隔回路还包括水分离器和/或润滑剂分离器。水分离器能够分离已经经由第一密封间隙进入阻隔流体腔的水。润滑剂分离器能够分离已经经由第二密封间隙进入阻隔流体腔的润滑剂。

特别优选地，阻隔流体回路被构造成使得泵不以恒定速率运行，而是以预定时间间隔执行再循环。

此外，本发明涉及一种船舶推进系统，例如用于船舶或钻探机或螺旋桨船舱等的侧推器(thruster)或螺旋桨。例如，优选的应用领域是深海钻探机，其不再牢固地锚定于海床，而是使用多个推进器被保持就位。

应注意的是，根据本发明的船舶机械密封装置不仅能够用于海水中，而且当然也能够用于淡水中，用于在船舶推进单元的轴等处进行密封。

附图说明

下面将参照附图详细说明根据本发明的优选实施方式的船舶机械密封装置和船舶推进系统的实施方式，其中：

图1示出了船舶推进系统的示意图，以及

图2是图1的船舶机械密封装置的示意性截面图。

具体实施方式

在下文中，在参照图1和图2的同时详细说明根据本发明的优选实施方式的船舶机械密封装置1。

图1示意性地示出了船舶机械密封装置1在船舶推进系统的螺旋桨船舱46上的使用。

在这种情况下，船舶机械密封装置1密封在驱动轴40处。驱动轴40驱动船47的螺旋桨41。以通常的方式将螺旋桨船舱46配置于船体下侧。附图标记48表示水线。

因此，机械密封装置1必须从水环境45密封填充有润滑介质的腔44。

图2详细示出了船舶机械密封装置1。从图2中能够看出，船舶机械密封装置1在轴承42处密封在水环境45和填充润滑剂的腔44之间。由此，轴承42支撑用于螺旋桨41的驱动轴40，其中船舶机械密封装置1位于驱动轴40和壳体43之间。

船舶机械密封装置1包括第一机械密封件2和第二机械密封件3。这两个机械密封件2、3串联配置于驱动轴40，其中在轴向X-X上的两个机械密封件之间存在阻隔流体腔8。

第一机械密封件2包括第一旋转滑环21和第一静止滑环22，第一旋转滑环21和第一静止滑环22在其滑动面21a和22a之间限定第一密封间隙23。

此外，第二机械密封件3包括第二旋转滑环31和第二静止滑环32，第二旋转滑环31和第二静止滑环32在其滑动面31a和32a之间限定第二密封间隙33。

第一机械密封件2还包括第一预紧装置24，第一预紧装置24包括周向配置的多个弹簧元件。第一旋转滑环21由第一滑环载置件4保持。经由套筒80将第一滑环载置件4连接到驱动轴40。在第一滑环载置件4和套筒80之间设置有呈O形环形式的第一次级密封件25。

从图2中能够看出，第一轴向变形空间26紧邻第一次级密封件25设置。在驱动轴4的轴向运动期间，该第一轴向变形空间26通过第一次级密封件25进入第一轴向变形空间26的变形和运动而使第一机械密封件2能够立即轴向推进。

第一静止滑环22连接到壳体43并且旋转固定于壳体43。

第二机械密封件3还包括第二预紧装置34，第二预紧装置34还包括沿周向配置的多个弹簧元件。如从图2能够看出的，第二次级密封件35被配置成密封在第二滑环载置件5和壳体43之间。这里，第二滑环载置件5被配置成经由多个销50可轴向移动。在销50和第二滑环载置件5之间设置有间隙配合。

第二次级密封件35上的第二轴向变形空间36还允许第二机械密封件3通过使第二次级密封件35进入第二轴向变形空间36的变形和移动而容易地跟随驱动轴44的轴向运动。

因此，第一机械密封件2和第二机械密封件3能够进行压力反向。

如从图2能够进一步看出的，第一机械密封件2和第二机械密封件3之间的阻隔流体腔8被唇形密封件7分成第一子腔81和第二子腔82。第二子腔81和第二子腔82是冲洗回路或密封回路10的一部分，冲洗回路或密封回路10进一步包括贮存器11和泵14。在此使用环境相容的介质作为阻隔介质。

如从图2能够看出的，贮存器11经由供应管线12连接到阻隔流体腔8的第一子腔81。第二子腔82经由回流管线13连接到贮存器11。

图2中还示意性地示出了油分离器15和水分离器16。

唇形密封件7借助于固定环70和螺钉形式的多个固定元件71固定到壳体43。此处，唇形密封件7被配置成使得密封唇允许从第一子腔81向第二子腔82的流。这在图2中由箭头A指示。由此，唇形密封件7的密封唇在径向向外指向的表面60上的第三滑环载置件6处密封。第三滑环载置件6使用多个螺钉83进一步固定到与驱动轴40共同旋转的套筒80。由此，如图2所示，第三滑环载置件6保持第二旋转滑环31。

因此，可以实现特别紧凑的设计。

在运行泵14的正常操作中，在环境45中(即在水中)为第一压力P1。在阻隔流体腔8中为第二压力P2，并且在填充有润滑剂的腔44中为第三压力P3。这里，由于泵14引起的压力增大，正常操作中的第二压力P2大于水中的第一压力P1和腔44中的第三压力P3。因此，在正常操作中，可能发生从第一子腔81通过第一密封间隙23到环境45的最小泄漏，并且同样可能发生从第二子腔82通过第二密封间隙33进入腔44的最小泄漏。密封回路10的泵14不需要永续性地操作，而是能够间歇性地提供压力增大，从而首先将第一子腔81中的压力升高到第二子腔82中的压力以上，然后使唇形密封件7打开，使得将在第一子腔81和第二子腔82之间建立压力平衡。

根据本发明，在船舶机械密封装置1的部件出现故障或损坏的情况下，可以在任何情况下确保腔44中的润滑介质与环境45的安全密封。

图2示出了泵14未运行的船舶机械密封装置1的状态。于是，第二压力P2小于第一压力P1且小于第三压力P3。例如，如果第二机械密封件3损坏，由于第二压力P2小于第三压力P3，所以润滑剂可能从腔44通过打开的第二密封间隙33进入第二子腔82。由于唇形密封件7只允许从第一子腔81向第二子腔82的流，所以位于第二子腔82中的润滑剂不能朝向第一子腔81移动。如果润滑介质继续朝向贮存器11扩散，则会被油分离器15从阻隔介质中去除。如果需要，润滑介质也会积聚在贮存器11中，在这种情况下，例如可以使用用于检测润滑介质的传感器来确保泵14不再运行。

例如，如果第一机械密封件2依次损坏并且第二压力P2小于第一压力P1，则来自环境45的水可能进入第一子腔81。在适当的压力的情况下，例如当重新启动泵14时，唇形密封件7会打开，使得水可以继续流入第二子腔82。由于第二机械密封件3仍然起作用，所以第二机械密封件3将阻止水进入用于润滑介质的腔44。然后能够经由水分离器16将水从阻隔介质中去除。

在泵14被驱动的正常操作中，除了作为安全密封件的密封功能之外，唇形密封件7还可用作第一子腔81和第二子腔82之间的阻隔流体的节流器。

除了本发明的上述书面说明之外，还将明确参照图1和图2中的本发明的图示以补充披露。

附图标记说明

1 船舶机械密封装置

2 第一机械密封件

3 第二机械密封件

4 第一滑环载置件

5 第二滑环载置件

6 第三滑环载置件

7 唇形密封件

8 阻隔流体腔

10 阻隔流体回路

11 贮存器

12 供应管线

13 回流管线

14 泵

15 油分离器

16 水分离器

21 第一旋转滑环

21a 第一旋转滑环的滑动面

22 第一静止滑环

22a 第一静止滑环的滑动面

23 第一密封间隙

24 第一预紧装置

25 第一次级密封件

26 第一轴向变形空间

31 第二旋转滑环

31a 第二旋转滑环的滑动面

32 第二静止滑环

32a 第二静止滑环的滑动面

33 第二密封间隙

34 第二预紧装置

35 第二次级密封件

36 第二轴向变形空间

40 驱动轴

41 螺旋桨

42 轴承

43 壳体

44 用于润滑剂的腔

45 环境/海水

46 船舱

47 船

48 水线

50 销

60 唇形密封件的径向向外密封面

70 固定环

71 螺钉/固定元件

80 套筒

81 第一子腔

82 第二子腔

83 螺钉

A 唇形密封件的打开方向

X-X 机械密封装置的轴向

P1 环境压力

P2 阻隔流体腔中的压力

P3 润滑剂腔中的压力