艦船的尾軸是如何做到自由轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)而又不漏水的?


瀚海狼山認(rèn)為,古代的木船要在水上航行,主要有三種動(dòng)力方式:靠槳櫓輸出人力;完全靠風(fēng)帆動(dòng)力;槳櫓輸出人力和風(fēng)帆動(dòng)力相互結(jié)合。這三種動(dòng)力方式,都不涉及防水的問(wèn)題,因?yàn)樗麄兊膭?dòng)力輸出源頭都在水面以上。木船只要做好船體本身和甲板的防水就可以了。
蒸汽機(jī)發(fā)明以后,美國(guó)人富爾頓最早發(fā)明了靠蒸汽推進(jìn)的汽船。不過(guò)動(dòng)力輸出是靠水線以上的左右兩舷的槳輪,輸出源頭也在水線以上,因此仍然未涉及動(dòng)力系統(tǒng)防水問(wèn)題。
不過(guò)此后有人發(fā)明了推進(jìn)效率更高的螺旋槳。螺旋槳就不能再放在船舷了兩側(cè),而是放在船尾的水下工作效率最高。對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō),螺旋槳長(zhǎng)期在水下工作,那么帶動(dòng)他的螺旋槳大軸,就要穿透船尾外殼來(lái)直接帶動(dòng)螺旋槳,那么是如何做到既能保證大軸自由的轉(zhuǎn)動(dòng),有能使得大軸和船體的接觸部位不漏水或者盡量的少漏水呢?
這方面的技術(shù)其實(shí)有一個(gè)逐漸改進(jìn)到完善的過(guò)程。在早年,人們發(fā)現(xiàn)了一種堅(jiān)硬的熱帶木材,叫做鐵力木。這種木材材質(zhì)堅(jiān)硬密度很大,而且垂直度很好。現(xiàn)在鐵力木不常見(jiàn),不過(guò)過(guò)去很多秤桿是鐵力木或者類似鐵力木材料做的。鐵力木還有個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn),就是把他當(dāng)船軸時(shí),他有天然自潤(rùn)滑性,既滿足動(dòng)力輸出,又能做到很高的防水密閉性,因此螺旋槳出現(xiàn)后150多年,鐵力木都是船軸的首選材料。

隨著現(xiàn)代船舶越做噸位越大,有的已經(jīng)超過(guò)50萬(wàn)噸,單個(gè)船軸輸出的最大功率也高達(dá)10萬(wàn)馬力以上。這么巨大的機(jī)器怪獸帶動(dòng)直徑巨大的螺旋槳,已經(jīng)很難再用天然木材作為動(dòng)力輸出軸。更多采用了鋼制大軸,并為此發(fā)明了配套的油封和水封。以及大軸防水艙。
船舶鋼制大軸的末端,又叫艉軸。是船舶軸系中最末的一段軸。現(xiàn)代一般采用首端法蘭與中間軸法蘭用緊配螺栓相連接;尾端呈圓錐形,用以安裝螺旋槳。艉軸多用優(yōu)質(zhì)碳鋼鍛造。
大型船舶艉軸是安裝在兩個(gè)軸承上的。一個(gè)叫尾軸承,也就是船體與水接觸的部分;另外一個(gè)叫前軸承,是與機(jī)艙相接的,而前后兩個(gè)軸承之間是尾軸艙,基本上是密閉的。
船體的密封是依靠安裝在前后軸承旁邊的密封環(huán)實(shí)現(xiàn)。一般前后軸承都有幾道密封環(huán),而兩個(gè)密封環(huán)之間是用油填充的,所以叫做大軸油封。這個(gè)油是一個(gè)從一定高度的油柜下來(lái)的,叫做重力油柜。它可以平衡水的壓力,而且油可以潤(rùn)滑密封環(huán),減少橡膠環(huán)的磨損速度。潛艇可以下潛數(shù)百米,尾軸和船體接觸處承受的水壓更大,防水要求更高,因此潛艇使用的是特殊的加壓油封。
大軸密封都包括尾密封和前密封。如果尾密封漏水了,水壓力進(jìn)入兩道密封環(huán)之間,引起重力油柜的油位升高,監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。駕駛臺(tái)就知道尾密封出問(wèn)題了。而前密封與機(jī)艙相連,很少存在進(jìn)水問(wèn)題,但如果前密封環(huán)損壞了,密封油漏出,引起重力油柜的油位下降,監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警,就知道前密封出問(wèn)題了。

尾軸的密封能力是一個(gè)國(guó)家船舶工業(yè)技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。比如大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)女王級(jí)航母尾軸漏水嚴(yán)重的問(wèn)題,這也從側(cè)面說(shuō)明在民用船舶產(chǎn)業(yè)基本消失后,具備最古老現(xiàn)代造船資歷的英國(guó)造船業(yè),水平已經(jīng)大大下降。而福特號(hào)航母的尾軸也有問(wèn)題,必須更換。最近挪威被撞驅(qū)逐艦迅速沉沒(méi),也被認(rèn)為與尾軸漏水率較高,尾軸防水艙被撞擊嚴(yán)重破壞,有很大的關(guān)系。尾軸和油封這些東西雖然在當(dāng)今已經(jīng)算不上高技術(shù);但是卻是最基本的工業(yè)能力的體現(xiàn)。