國外船用密封件應用現狀及特點分析

汪曉菲，李佳佳，王娜娜

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

船用密封件主要用于船艇主輔機的冷卻、消防、壓載、艙底等系統中，是設備及管道連接處以防止其漏油、漏氣、漏水以及外界環境介質侵入的基礎組件。當前，各國船用密封件都在向高壓力、高耐磨性、高潤滑性和超高/低溫性等方向發展[1]。

1 國外船用密封件應用現狀分析

1.1 軍船應用

在軍船應用領域，各國供應商主要關注密封件的故障率及可維修性，傾向于研發抗腐蝕性良好、密封性好、壽命更長的密封件。在美國Huntington Ingalls工業公司的一級供應商名單中[2]，主要有5家供應商（見表1）為海軍提供船用密封件。其中，美國Fort Worth Gasket & Supply公司及美國Grayloc Products公司更專注于國防軍事領域，其產品符合多項軍用標準。當前，供應商提供的產品多為傳統密封產品，如：O形密封圈和機械密封等，其中，美國Dresser-Rand公司可提供干氣密封這一新型密封技術。

表1 Huntington Ingalls 工業公司密封件一級供應商

除此之外，美國Flowserve公司的GX-200非接觸式金屬波紋管干氣密封件也是值得重點關注的。

該密封件屬于加壓氣體屏障密封件，采用Flowserve非接觸式外裝式金屬波紋管雙端面技術，運行參數為：壓力為1.38 MPa，溫度范圍為?260 ℃～?40 ℃，速度為2.5 m/s～35.0 m/s，軸徑為1 in～3 in（1 in＝2.54 cm）[3]；主要材料為合金C-276或合金718金屬，其防顆粒的特征最大程度地降低了污染，且可以在危險事件中實現零排放。該型密封件在美國海軍“Spruance DD 963”級驅逐艦、“CG47”級巡洋艦和“DDG”級驅逐艦上得到了應用，以解決燃油泄漏及密封件故障頻率上升的問題。該型密封件能在超過規定的1 000 h測試期限后繼續運行，通過了海軍的技術要求。

1.2 民船應用

目前，在民船領域，密封件技術規格要求一般參照美國材料與試驗協會（American Society of Testing Materials，ASTM）和美國機動車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）等行業組織頒布的密封件工業標準，如：ASTM F1511-18 Standard Specification for MechanicalSeals for Shipboard Pump Applications（船用泵機械密封件的標準規范）等的技術要求。因不同船型產生了許多專用密封件，并通過研發不同材料及技術來適應各類船型對密封的需求。全球知名的密封件供應商在民船領域主要專注于特殊應用領域或船用配套設備細分產品方面，相關情況見表2。

表2 國外知名密封件供應商基本情況表

續表2：

其中，美國Flowserve公司提供了多種用于船舶領域的密封件技術，主要為機械密封，如：金屬波紋管密封和推桿密封等；同時，也提供干氣密封等新型密封技術，并提供特種密封及漿液密封技術用于特殊船用領域。該公司設計的泥漿船專用SLC重載工礦集裝式推進型密封（見圖1）的特點如下：密封固體含量比重達60%的漿液；采用非阻塞錐形彈簧設計；無動態O型圈被卡滯的現象；操作時無需沖洗，因而可降低運行成本，避免對產品的稀釋。該密封件壓力達2.06 MPa，運行溫度在?18 ℃～110 ℃，軸徑為32 mm～220 mm。

圖1 美國Flowserve 公司漿液密封件SLC 外形圖

瑞典SKF集團的船舶密封件產品組合包括徑向軸密封件、Simplex艉軸管密封件、液壓密封和Simplex Centrax艙壁密封件等，應用于螺旋槳、軸承、舵機、輔助設備和甲板設備等領域。其中，HMS5型及HMSA10型徑向軸密封件是根據國際標準ISO 6194-1及德國工業標準DIN 3760設計的，廣泛應用于工業領域。

1.3 特殊環境應用

1）極地環境應用

根據挪威·德國勞氏船級社（DNV·GL）于2015 年發布的PART 6 ADDITIONAL CLASS NOTATIONS CHAPTER 6 COLD CLIMATE相關章節提出了極地船密封件的基本要求：“密封應防止污染物流出，并適合工作溫度。應急計劃為防止故障條件下污染物的排放，應記錄在案；密封件進行型式認證型或其他經驗證的設計[4]?！痹贒NV GL 的嚴格要求下，英國Roxtec 公司于2018 年為英國RRS Sir David Attenborough 極地研究船提供密封解決方案，為使該船能夠在南極和北極的極端條件下運行60 天，英國Roxtec 公司將密封件安裝在關鍵區域，包括機艙、發電機和外部照明設備等，同時密封件還提供一定的保護措施，使其免受多種危害，如：火災、水、氣體、振動、電磁干擾和爆炸。

2）深潛環境應用

深海裝備在深海高壓環境下需安全穩定運行，因此其對密封件的要求較高。目前，美國Oceaneering 公司和法國MAUCOUR 公司等開展了深海環境下的密封件技術研究。其中，美國Oceaneering 公司開發了雙手柄液壓密封連接器（Hydraulic Double Grip and Seal Connector，HDGSC），該連接器通過在跨接管和現有海底管道之間建立連接件來滿足深水連接的要求，并提供深海管道修復解決方案（見圖2）。通過遙控無人潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）操縱HDGSC 實現海底閥芯件維修，進而完成密封過程。

圖2 美國Oceaneering 公司雙手柄液壓密封連接器

圖3 法國MAUCOUR 公司深海密封件結構圖

2 國外船用密封件應用特點分析

2.1 注重聚氨酯、超高分子量聚乙烯、三元乙丙等密封新材料的應用

隨著船用密封件使用要求的提高，密封新材料的研究與應用也進入新的階段。如德國Simrit公司獨家推出用自潤滑材料PU 92 AU 21100 聚氨酯PU 材料，具有良好的潤滑性，耐超低溫（可達?253℃）；而超高分子量聚乙烯的應用，更是使其具有了一定的潤滑性、耐磨損和耐沖擊性等，被廣泛應用于船舶領域；德國Freudenberg Sealing Technologies 公司研發出低溫三元乙丙橡膠LM426288 材料和耐低溫氟橡膠LM426776 材料，推出耐高低溫密封件。

2.2 加強干氣密封、磁流體密封、刷式密封等前沿密封技術的研發

當前，密封產品不斷推陳出新，科研人員相繼研發出具有零泄漏、高性能、高可靠性及壽命長的干氣密封件、磁流體密封件、刷式密封等新興密封技術。如：美國Flowserve 公司推出了GX-200 非接觸式金屬波紋管干氣密封件，緩解了OEM 接觸式機械密封件無法達到燃油零泄漏要求，故障率較高的現狀。另外，為提高船舶航行速度，代替傳統盤根密封的磁流體密封技術被用于艦船螺旋推進器的主軸密封，使主軸功率損耗降低10%～40%。德國MTU 發動機公司已申請了刷式密封專利，這是一種高效阻尼密封，有效避免了因直接長時間高頻率與轉動部件碰磨后而導致密封件與轉動部件之間密封間隙永久性增大，一定程度上降低了燃油消耗、二氧化碳和氮氧化物排放。

2.3 重視耐高低溫、減阻性能好、壽命長等密封件性能的提升

國外企業通過研制新材料、新工藝、新設計等方面不斷提升密封件的高低溫性能、減阻性能、壽命等性能。例如美國金屬碳公司（Metcar）研發了一種將碳石墨注入一系列材料中的專利工藝，致力于提高密封件的耐高溫性能；德國Freudenberg Sealing Technologies 公司研發了一種耐低溫氟橡膠，以用于O 形環和小型橡膠低溫靜態密封件，其研制出的密封件能夠承受低至-67 ℃的低溫和高至270℃的高溫。瑞典SKF 公司注重延長密封件壽命，研發出“液壓提升”（hydrodynamic liftoff）技術及涂層堅固技術，通過使密封件在薄氣膜狀態下工作，免去了在靜部件和動部件之間的完全接觸，有效改善了密封件表面的摩擦力和磨損特征，延長了密封件壽命[5]。

3 結論

基于對國外船用密封件領域的主要供應商、典型產品及主要應用場景的研究分析，從新材料、新密封技術及高性能要求3個方面總結當前船用密封件的應用特點后發現，國外船用密封件行業發展呈穩步發展的趨勢，并將重心放于特殊工況密封件產品，不斷研發新材料技術及新型密封技術以替代老舊技術，從而提升密封效率，提高密封件性能，確保船舶正常行駛。

因此，我國需結合國外的技術趨勢及研發重點，盡快突破當前船用密封件的技術短板和瓶頸，在縮小與國外技術差距的同時，逐步實現自主創新，促進產業轉型升級，提高國內船用密封件市場覆蓋率。