舰船的尾轴是如何做到自由转动的同时而又不漏水的?


瀚海狼山认为,古代的木船要在水上航行,主要有三种动力方式:靠桨橹输出人力;完全靠风帆动力;桨橹输出人力和风帆动力相互结合。这三种动力方式,都不涉及防水的问题,因为他们的动力输出源头都在水面以上。木船只要做好船体本身和甲板的防水就可以了。
蒸汽机发明以后,美国人富尔顿最早发明了靠蒸汽推进的汽船。不过动力输出是靠水线以上的左右两舷的桨轮,输出源头也在水线以上,因此仍然未涉及动力系统防水问题。
不过此后有人发明了推进效率更高的螺旋桨。螺旋桨就不能再放在船舷了两侧,而是放在船尾的水下工作效率最高。对大型船舶来说,螺旋桨长期在水下工作,那么带动他的螺旋桨大轴,就要穿透船尾外壳来直接带动螺旋桨,那么是如何做到既能保证大轴自由的转动,有能使得大轴和船体的接触部位不漏水或者尽量的少漏水呢?
这方面的技术其实有一个逐渐改进到完善的过程。在早年,人们发现了一种坚硬的热带木材,叫做铁力木。这种木材材质坚硬密度很大,而且垂直度很好。现在铁力木不常见,不过过去很多秤杆是铁力木或者类似铁力木材料做的。铁力木还有个很大的优点,就是把他当船轴时,他有天然自润滑性,既满足动力输出,又能做到很高的防水密闭性,因此螺旋桨出现后150多年,铁力木都是船轴的首选材料。

随着现代船舶越做吨位越大,有的已经超过50万吨,单个船轴输出的最大功率也高达10万马力以上。这么巨大的机器怪兽带动直径巨大的螺旋桨,已经很难再用天然木材作为动力输出轴。更多采用了钢制大轴,并为此发明了配套的油封和水封。以及大轴防水舱。
船舶钢制大轴的末端,又叫艉轴。是船舶轴系中最末的一段轴。现代一般采用首端法兰与中间轴法兰用紧配螺栓相连接;尾端呈圆锥形,用以安装螺旋桨。艉轴多用优质碳钢锻造。
大型船舶艉轴是安装在两个轴承上的。一个叫尾轴承,也就是船体与水接触的部分;另外一个叫前轴承,是与机舱相接的,而前后两个轴承之间是尾轴舱,基本上是密闭的。
船体的密封是依靠安装在前后轴承旁边的密封环实现。一般前后轴承都有几道密封环,而两个密封环之间是用油填充的,所以叫做大轴油封。这个油是一个从一定高度的油柜下来的,叫做重力油柜。它可以平衡水的压力,而且油可以润滑密封环,减少橡胶环的磨损速度。潜艇可以下潜数百米,尾轴和船体接触处承受的水压更大,防水要求更高,因此潜艇使用的是特殊的加压油封。
大轴密封都包括尾密封和前密封。如果尾密封漏水了,水压力进入两道密封环之间,引起重力油柜的油位升高,监测报警系统会报警。驾驶台就知道尾密封出问题了。而前密封与机舱相连,很少存在进水问题,但如果前密封环损坏了,密封油漏出,引起重力油柜的油位下降,监控系统报警,就知道前密封出问题了。

尾轴的密封能力是一个国家船舶工业技术水平的重要体现。比如大家都听说过女王级航母尾轴漏水严重的问题,这也从侧面说明在民用船舶产业基本消失后,具备最古老现代造船资历的英国造船业,水平已经大大下降。而福特号航母的尾轴也有问题,必须更换。最近挪威被撞驱逐舰迅速沉没,也被认为与尾轴漏水率较高,尾轴防水舱被撞击严重破坏,有很大的关系。尾轴和油封这些东西虽然在当今已经算不上高技术;但是却是最基本的工业能力的体现。