密封系统、方法和船舶与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于密封位于水下的轴的密封系统、一种用于密封位于水下的轴的方法以及一种包括用于密封螺旋桨轴的密封系统的船舶。

背景技术：

用于密封船舶中的螺旋桨轴的常规密封系统具有可放置到轴上并且可连接到轴使得它们一起旋转的衬套，该衬套由相对于衬套固定的壳体包围。在壳体中形成至少一个通向衬套的润滑剂室和一个通向衬套的空气室。这些室经由密封环相对于彼此密封。此外，提供包围衬套的螺旋桨相邻的机械密封件。通过供给管路和排出管路，连续空气流被引导通过空气室且因此也通过环形室。润滑剂室与至少一个密封环的连续润滑脂润滑相关。然而，润滑脂润滑的缺点是，在润滑脂进入空气室的情况下，空气管路可能被阻塞，结果必须以昂贵的方式定期冲洗它们。此外，润滑脂不是用于优选由弹性体构成的密封环的最佳润滑剂和冷却剂，结果是润滑脂润滑对其使用寿命特别是其负载能力产生负面影响。由于连续的空气流，在水进入的情况下可以进入空气室的盐和矿物质也被排出，这也可能导致空气管路的阻塞。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于密封位于水下的轴的密封系统，该系统消除了上述缺点，并且特别地使得可靠的、低维护的且高可负载的轴密封件成为可能。本发明的另一个目的是提供一种用于位于水下的轴的这种密封的方法以及包括以这种方式密封的螺旋桨轴的船舶。

该目的通过包括权利要求1的特征的密封系统，通过包括权利要求8的特征的方法以及通过包括权利要求10的特征的船舶来实现。

用于密封位于水下的轴的本发明的密封系统具有可放置到轴上并且可连接到轴使得它们一起旋转的衬套，该衬套被相对于衬套固定的壳体包围。在壳体中形成至少一个通向衬套的润滑剂室和一个通向衬套的空气室。这些室相对于彼此密封或经由密封环彼此轴向分开。为此，提供了包围衬套的螺旋桨相邻的机械密封件。密封系统具有至少一个供给管路和一个排出管路，用于将空气供给到空气室或从空气室排出。根据本发明，至少一个润滑剂室填充有润滑油，该润滑油经由至少一个油管路与润滑剂箱流体连接，其中空气室中的空气压力大于润滑剂室中的油压。

由于空气室中比润滑剂室中更高的内部室压力，防止润滑剂可以从润滑剂室进入空气室。没有足够的空气压力，密封环将被油压提升。因此防止油进入。润滑剂室中的油压优选地大于基准高度的参考压力0.02巴至0.2巴。油压可以例如通过将润滑剂箱(沿垂直方向观察)设置在基准高度之上来设定。空气室中的空气压力或静止空气压力优选地比油压大0.1至0.5巴。基准高度位于轴旋转轴线或轴纵向轴线的高度处，因此其具有相对于基准高度正好为零的高度。如果润滑油意外地进入空气室，则由于其高流动性，它仍然不会阻塞空气管路，特别是排出管路，结果是即使在润滑油进入的情况下，也能确保空气室的空气供给并且特别是空气从空气室的泄漏排出。此外，润滑油相对于优选由弹性体形成的密封环比常规使用的润滑油脂具有更好的润滑和冷却效果。本发明的密封系统特别适用于在具有或不具有吊舱驱动器的船舶中的螺旋桨轴的密封。然后，衬套可以是例如所谓的轴保护衬套，其连接到螺旋桨并且防止螺旋桨轴与海水直接接触。仅通过油管路，可以通过空气室实现至少一个润滑剂室的清洁；也就是说，油压增加，使得润滑油从润滑剂室进入空气室，然后经由排出管路排出。在轴的安装位置中，唯一的一条油管路优选设置在润滑剂室上方。如果设置有另一油管路，则可以通过润滑剂室实现油回路或连续油供给，其中油供给和油提取优选以完全相反的方式进行。然而，也可以通过润滑剂室的排出来控制第二油管路，使得尽管存在两个油管路但仍发生不连续的油供给。当然还可以设置另外的油管路，例如两个供给侧油管路和一个排出侧油管路。

密封系统优选具有作用在供给侧压缩空气控制阀和/或排出侧阀装置上的控制装置。例如，气动电子控制装置使得能够在规定的时间间隔之后实现空气室的自动排出。优选地，没有连续空气流因此被引导通过空气室，而是发生不连续的空气引导，这相对于上述现有技术表示为减少空气消耗。排出或吹出本身通过空气压力增加来实现，并且优选地也通过控制装置来调节。为此，它也可以作用在相应地控制与压缩空气源或车载压缩空气网络的流体连接的空气压力调节阀上。为了确保可能由于不太可能的水进入和/或油进入而收集在空气室中的液体的压出，排气压力可以相对于排出高度增加例如0.2至0.5巴。

作为控制装置的替代或补充，可以在供给侧设置液体测量装置，利用该液体测量装置可以确定管路中的液体或水分含量。液体测量装置被实施为使得在特定的液体或水分水平下其产生报警信号并且因此指示对排出过程的需要，和/或其可以将激活信号传递到控制装置，结果是可以通过控制装置自动地启动排出过程。因此确保了即使控制装置的规定时间间隔尚未到期或达到也可以执行空气室的排出过程。特别是对于不可预见的事件比如水和/或油侵入的情况来说尤其如此。

用于收集从空气室排出的液体的收集容器和填充水平仪可以设置在空气室的排出侧，其中当达到容器中的最大液位时，填充水平传感器将激活信号传递到控制装置，用于启动排出过程和/或触发报警信号。包括填充水平传感器的收集容器可以可选地或另外设置在液体测量装置的供给管路侧上。如果包括液量计的收集容器可选地设置在液体测量装置的供给管路侧上，则确保如果控制装置的规定时间间隔尚未到期或达到，也可以甚至执行空气室的排出过程。特别是对于不可预见的事件比如水和/或油侵入的情况尤其如此。如果收集容器另外设置有液量计(liquid meter)，则液体以有针对性的方式从空气侧排出管路引出，其中通过液量计防止收集容器溢出。

为了防止在空气室排出期间空气室中的不受控制的空气压力下降，可以在排出侧提供节流阀或节流管路。如果设置上述阀装置，则节流阀位于阀装置的下游或阀装置与排出口之间。

优选地，至少一个润滑剂室在其与所述空气室相对的一侧上相对于内部密封，在该内部基于基准高度存在内部压力，该内部压力低于油压。由于相对于内部压力较高的油压，防止空气可以通过设置在润滑剂室与内部之间的密封件从内部渗入到润滑剂室中。没有足够的油压，密封环将被空气压力提升。当密封系统集成在船舶的吊舱驱动器中时，优选的是当在水线上方在船舶外侧存在的环境压力或大气压力在内部或吊舱内部中存在时。因此，在水平面的大气压力在该内部中占优势。

优选地，空气室与机械密封件的环形室流体连接，该环形室通向衬套或由此限定。因此，环形室也被空气压力冲击。因此，例如在机械密封件存在缺陷的情况下，防止或至少阻碍海水能够渗透到环形室中。此外，环形室也随着空气室的吹出而排出。

在用于密封位于水下的轴的本发明的方法中，其中至少一个通向轴的润滑剂室装填有润滑油，并且通向轴的轴向相邻的空气室装填有空气，其中这些室由轴或由设置在轴上的衬套径向向内关闭，并且密封环设置在这些室之间，该密封环将这两个室彼此分开，根据本发明，空气室中的空气压力设定为比润滑剂室中的油压更大。本发明的方法使得能够可靠且低维护地密封船舶的螺旋桨轴。

如果空气室被间歇地排出，则空气消耗可以保持为低。由于间歇排出，空气流仅在排出过程中形成，而空气室仅在排出管路的方向上不时地打开。

本发明的船舶具有用于密封其至少一个螺旋桨轴的本发明的密封系统。因此提供了一种具有可靠的、低维护的和低能量的螺旋桨轴侧密封的船舶。

本发明的其它有利的示例性实施例是其他从属权利要求的主题。

附图说明

下面参考示意性描述更详细地解释本发明的两个优选的示例性实施例。

图1示出了本发明密封系统的第一示例性实施例的示意性构造，和

图2示出了本发明密封系统的第二示例性实施例。

具体实施方式

在图1中，示出了位于水下的轴2的本发明密封系统1的第一示例性实施例。轴2可围绕其纵向轴线3旋转，并且优选为船舶的螺旋桨轴。如图所示，在船舶的安装位置和浮动位置，其基本上水平地定向或者相对于水平线具有轻微的倾斜。纵向轴线3或轴旋转轴线为再填充水平h1、排出高度h2和测量高度h3提供基准高度，这将在下面更详细地解释。轴旋转轴线3实际上位于高度h0处的基准高度。

这里，船舶具有至少一个在垂直方向上可枢转地悬挂在船体6上的驱动侧吊舱4。轴2通过开口8从吊舱4的内部10引导到海水空间12中，并且在端侧设置有螺旋桨14。

密封系统1基本上具有在下文中解释的轴密封件16、在下文中解释的润滑油供给以及也在下文中解释的空气供给。

轴密封件16包括至少一个衬套18，其布置在轴2上，使得它们一起旋转并且具有环形凸缘20，通过该环形凸缘20将其旋拧到螺旋桨14上。衬套18由壳体包围，其具有用于附接到围绕开口8的吊舱部分26的环形凸缘24。因此，衬套或轴保护衬套18在吊舱外部的其整个自由长度上包围轴2，并保护其不受海水的影响。

壳体22形成通向衬套18的空气室28和轴向相邻且也通向衬套18的润滑剂室30。这里，润滑剂室30位于空气室28的面向吊舱4的一侧上。室28、30各自形成在壳体段32、34中并且通过密封环36相对于彼此密封。密封环36是径向轴密封环，并且特别地在这里是弹性体唇形密封件，其被定向朝向空气室28。为了密封形成在形成环形凸缘24的壳体段40与衬套18之间的环形间隙38，密封环42插入在润滑剂室30的远离空气室的一侧上，在壳体段34与壳体段40之间。密封环42也是径向轴密封环，并且这里特别是朝向润滑剂室30定向的弹性体唇形密封件。由于空气室28中的密封环或唇形密封件36的定向，并且由于润滑剂室30中的密封环或唇形密封件42的定向，它们的密封唇均伸入到通常可以用高压填充的室28、30中。

机械密封件44设置在空气室28和衬套18的环形凸缘20之间，该环形凸缘20容纳螺旋桨14。机械密封件44具有设置在衬套18上的滑动环46，该滑动环46设置在定位在衬套18上的螺旋桨侧夹紧环48和轴承壳体侧反向环50之间。旋转滑动环46与不旋转反向环50预加载接触，其插入形成空气室28的壳体段32的未量化的轴向凹部中。为了防止反向环50的进水外周侧进入空气室28，在反向环50与轴向凹部的相对的内周部分之间插入外密封环52。在滑动环46的面向夹紧环48的一侧上设置有密封波纹管54，例如弹性体密封波纹管。密封波纹管54在其一端被夹紧环48夹紧，并且在其另一端具有通过未量化的附件与滑动环56操作性连接的硫化的滑动环接收器55。机械密封件44限定围绕衬套18的环形室56，该环形室56经由环形间隙58与空气室28流体连接。

空气供给用于将空气供给到空气室28中或从空气室28中排出。为此，提供了至少一个通向空气室28的供给管路60和延伸出空气室28的一个排出管路62、压缩空气源64和诸如电磁阀66的阀装置。在这里所示的实施例中，供给管路60设置在排出管路62上方，由此可以将液体可靠地引出空气室28。供给管路60与压缩空气源64连接，该压缩空气源优选地设置在船体6中且因此在安装位置相对于轴旋转轴线3在吊舱4上方。这里，压缩空气源64表示集成有空气供给的船侧压缩空气网络。当然，代替与船侧压缩空气网络的集成，还可以仅为密封系统1或其空气供给提供单独的压缩空气源64。用于打开和关闭排出管路62的阀装置66设置在排出管路侧并且这里设置在船体6中。排出的空气可以经由阀装置66供给到例如舱底68的收集容器68。为了避免在吹出期间空气室28中不受控制的空气压力下降，在阀装置66的下游或在阀装置66与舱底68之间提供节流阀或节流管路。在阀装置下游的排出管路部分71且在这里是接收节流阀70的排出管路部分位于基于基准高度的排出高度h3，该排出高度h3表示排出管路的最高点。

控制装置72也设置在空气室28的供给管路侧，该控制装置72经由控制管路74作用在阀装置66上。在一定时间间隔之后，控制装置72进行空气室28的自动排出或吹出。为此，控制装置72通过控制管路74向阀装置66提供相应的打开信号。控制装置72同时控制设置在压缩空气源64下游的供给管路侧压力调节阀75的流通横截面，结果是使得连续的空气流被引导通过空气室28，此外，与静止空气压力相比增加的排气压力。压力调节阀75优选为比例压力调节阀。液体测量装置设置在控制装置72的下游并因此设置在控制装置72和空气室28之间，利用该液体测量装置76，可以确定供给管路60中的液体或水分含量，例如由于水或润滑油侵入到空气室28中。液体测量装置76通过信号管路78向控制装置72提供激活信号。可替代地或另外，其可以触发报警信号。它优选地相对于基准高度位于排出高度h3处。在空气室28的吹出期间，排气压力相对于排出高度h3的相应水柱增加0.2至0.5巴。

润滑剂供给用于将润滑油供给和排出到润滑剂室30中以用于润滑密封环36、42。为此，提供了至少一个润滑剂箱80、通向润滑剂室30的一个供给管路82和从润滑剂室30延伸的一个排出管路以及润滑剂泵86。这里，提供两个油管路82、84仅是示例性的。当然，还可以设想仅一个油管路82或多于两个油管路82、84。供给管路82和排放管路84与润滑剂箱80流体连接，结果是可以实现润滑剂的循环泵送，或者可以引导连续的润滑剂流通过润滑剂室30。在这里示出的包括两个油管路80、82的示例性实施例中，供给管路82设置在基准高度之下，且排出管路84在基准高度之上，使得特别是可以可靠地引出润滑剂室30中的气体。这里，从润滑剂室30排出的润滑油可以进行未进一步描述的清洁处理，比如可能的脱水、脱气和脱盐，并且作为新鲜油再次供给到润滑剂室30。润滑剂箱80优选地相对于基准高度位于再填充高度h1处的吊舱的内部10中。关于测量高度h1和排出高度h3，润滑剂箱80沿垂直方向设置在供气和供给管路侧液体测量装置76与供气和排出管路侧液体测量装置76之间。特别地设置润滑剂箱30，使得在润滑剂室30中存在的油压相对于基准压力或在基准高度处的内部压力增加约0.02巴至0.2巴。

润滑剂泵86用于润滑剂罐清空或润滑剂罐填充。在这里所示的示例性实施例中，润滑剂泵86定位在船体侧并且因此不设置在吊舱4中。

为了测量润滑剂箱80中的润滑剂水平，在其中设置填充水平计88。这以简单的形式体现为浮子开关并且与润滑剂泵86操作性地连接，用于在低于最小润滑剂水平时自动填充。润滑剂箱80经由可通过截止阀92打开的通风管路90而通风。截止阀92优选地是电致动的并且在密封环36损坏的情况下关闭。

在下文中，更详细地解释用于密封位于水下的轴2的优选的本发明方法。在操作中，使用润滑油供给将连续的油流引导通过润滑剂室30，使得密封环36、42被油润滑。优选地，设定由再填充高度h1产生的润滑剂室30中的油压。在这里所述的示例性实施例中，油压比在基准高度处的吊舱4的内部10中的内部压力高0.02至0.2巴。大气压力在内部10中占优势。

使用控制装置72和压力调节阀75使空气室28充满静止空气压力，该静止空气压力比润滑剂室30中的油压高0.1至0.5巴。在正常操作中，空气室28的排出管路62关闭。在排出操作中，即在由控制装置72记录的时间间隔之后，启动空气室28的排出过程。为此，压力调节阀75通过控制装置72打开，并且空气室28中的空气压力增加例如0.2巴至0.5巴，对应于在排出高度h2处的所谓的水柱，以便将可能存在的液体从空气室28中推出。同时，经由控制装置72通过打开信号对阀装置66施加作用，因此排出管路62朝向舱底68打开。

在发生吹出或排出阀装置之后，经由控制装置72通过关闭信号对阀装置施加作用，并且因此排出管路62关闭。同时，空气压力通过压力调节阀75设定为减压值。随后，静止空气压力通过压力调节阀75自动保持恒定。

如果液体测量装置76记录在测量高度h3处供给管路60中的一定的液体或水分含量，则液体测量装置76优选地经由信号管路78提供激活信号并且提供到控制装置72用于启动排出过程，与达到时间间隔无关。液体测量装置76因此表示对于控制装置72的附加装置，使得即使在突然的水和/或油侵入到空气室28中的情况下，也可以确保空气室28的及时或即时排出。此外，即使控制装置72的时间记录意外地发生故障，也能使用液体装置76确保空气室28的排出。然而，排出也可以由操作人员手动实现。为此，液体测量装置76可以触发报警信号。然而，报警信号还可以利用自动排出产生，以便向操作人员通知液体侵入，使得它们可以采取相应的措施，例如监视和/或维修措施。

由于密封环36在空气室28与润滑剂室30之间朝向空气室28定向，所以它通过空气压力始终压靠在衬套28上，结果是该密封环36的提升被位于润滑剂室30中的润滑油阻止。以类似的方式，润滑剂室30与吊舱4的内部10之间的密封环42被润滑油压靠在衬套18上，并且因此防止内部压力将密封环42从衬套18提升。

在本发明密封系统1的图2所示的示例性实施例中，与根据图1的第一示例性实施例相反，代替作为控制装置72的附加装置的空气室28的供给侧的液体测量装置76，在空气室28的排出管路侧设置附加装置。这具有用于收集从空气室28排出的液体的收集容器94和填充水平仪96。来自空气室28的液体进入收集容器94并在那里积累。填充水平仪96经由信号管路78连接到控制装置。当到达收集容器94中的某一液位时，填充水平仪96经由信号管路78向控制装置72提供激活信号，于是控制装置72启动图1中描述的排出过程。

另外，特别是在由控制构件72控制的排出过程中，收集容器94用作用于从排出管路62排出液体的空气室相邻排出的收集点。这里在收集容器94中收集的液体的量和/或液体组成从而提供关于密封环36、42的密封效果的信息。这里基于液体量和/或液体组成，控制装置72本身可以设置或重新调节用于空气室28的常规自动排出的时间间隔，此外规定更换密封环36、42的时间点。

公开了一种用于密封位于水下的轴特别是船的螺旋桨轴的密封系统，其包括两个密封系统，其中螺旋桨远离的密封系统优选地具有至少一个唇形密封件，用于将空气室与润滑剂室分开，并且螺旋桨相邻的密封系统具有机械密封件，其中空气室中的空气压力大于润滑剂室中的润滑油压力，并且还公开了一种用于密封轴特别是螺旋桨轴的方法以及一种船舶。

附图标记列表

1 密封系统

2 轴/螺旋桨轴

3 纵向轴线/轴旋转轴线/基准高度

4 吊舱

6 船体

8 开口

10 内部

12 海水空间

14 螺旋桨

16 轴密封件

18 衬套/轴保护衬套

20 环形凸缘

22 壳体

24 环形凸缘

26 吊舱部分

28 空气室

30 润滑剂室

32 壳体段

34 壳体段

36 密封环/唇形密封件

38 环间隙

40 壳体段

42 密封环/唇形密封件

44 机械密封件

46 滑动环

48 夹紧环

50 反向环

52 外密封环

54 密封波纹管

55 滑动环接收器

56 环形室

58 环形间隙

60 供给管路

62 排出管路

64 压缩空气源

66 阀装置

68 收集容器/舱底

70 节流阀/节流管路

71 排出管路部分

72 控制装置

74 控制管路

75 压力调节阀

76 液体测量装置

78 信号管路

80 润滑剂箱

82 供给管路

84 排出管路

86 润滑剂泵

88 填充液位计

90 通风管路

92 截止阀

94 收集容器

96 填充液位计