齒輪箱動密封漏油問題的解決

王明山 耿旭輝

(中航工業燃氣渦輪研究院,四川江油 621703)

齒輪箱動密封漏油問題的解決

王明山 耿旭輝

(中航工業燃氣渦輪研究院,四川江油 621703)

齒輪箱在實際運行中，動密封處漏油嚴重，通過故障再現及原因分析，漏油是由于在動密封處形成負壓，潤滑油被從齒輪箱內吸出，通過設計改進，在動密封處引入外界大氣壓，漏油問題解決。

齒輪箱 漏油 動密封

1 概況

試驗設備的工作原理圖如圖1所示，電機帶動齒輪箱增速，齒輪箱通過花鍵將扭矩傳遞給減振軸系并帶動試驗件旋轉進行試驗。真空潤滑油站對減振軸系進行潤滑，齒輪潤滑油站對齒輪箱進行潤滑，真空泵對真空潤滑油站、試驗艙及減振軸系提供粗真空環境。

設備在使用過程中發現試驗艙內集油，由于試驗艙內溫度最高可達500℃，試驗艙集油對設備的安全造成了嚴重的影響。通過故障再現及排查，確認試驗艙集油是從齒輪箱高速輸出軸軸孔吸入試驗艙。

圖1 設備工作原理

2 故障原因分析

齒輪箱的結構如圖2所示，齒輪箱高速輸出軸為空心軸，上端通過花鍵與減振軸系的空心軸連接，下端通過四個銷子與傳感器軸連接，減振軸系空心軸直通試驗艙。試驗過程中，由于試驗艙處于負壓，通過相互貫通的空心軸，在齒輪箱高速輸出軸下端處也形成真空，齒輪箱內腔通過空氣濾清器與外界大氣壓相通，在運轉時，齒輪箱潤滑油通過高速輸出軸甩油盤與擋油套之間的間隙被吸入高速軸下端，再通過各軸內孔被吸入試驗艙(如圖2左邊放大圖所示)。

圖2 齒輪箱結構圖

3 解決方案及改進措施

為了找到合理的解決方案，我們做了四次對比試驗，主要內容如下：

①在試驗艙不抽取真空的情況下對齒輪箱供油，但齒輪箱不運轉，運行30分鐘后試驗艙內無集油，說明齒輪箱在常壓狀態下無漏油；②對試驗艙抽真空，試驗艙平衡壓強為1920Pa，對齒輪箱供油但不運轉，運行30分鐘后試驗艙內有集油；③對試驗艙抽真空，試驗艙平衡壓強為1920Pa，對齒輪箱供油，開啟電機使齒輪箱高速輸出軸轉速達到1000r/min，運行30分鐘后試驗艙內有集油；④拆除齒輪箱下端傳感器軸安裝座，使高速輸出軸下端處于大氣壓狀態，開啟真空泵使試驗艙形成真空，試驗艙平衡壓強為2172Pa，對齒輪箱供油但不運轉，運行30分鐘后試驗艙內無集油。

在一般情況下，隨著轉速的提高，旋轉部件的動密封效果會越來越好，但通過對比試驗可以看出，在試驗艙抽真空狀態下，提高齒輪箱高速輸出軸轉速，高速輸出軸下端甩油盤處的動密封仍存在漏油，而在拆除齒輪箱下端傳感器軸安裝座，使高速輸出軸下端處于大氣壓狀態，甩油盤處的動密封無漏油現象。

通過逆向思考，如若在設備抽真空狀態工作時，能夠使高速輸出軸下端的密閉腔室與外界大氣相通，破壞原腔室的真空環境，在此處形成大氣壓，漏油問題就能得到解決。但這會增加試驗艙的真空泄漏率，使試驗艙的真空平衡壓強升高，通過查閱設備使用要求，試驗艙的真空平衡壓強只要小于2500Pa就能滿足使用，而在拆除齒輪箱下端傳感器軸安裝座，使高速輸出軸下端處于大氣壓狀態時，試驗艙的平衡壓強為2172Pa，小于設備要求的最大平衡壓強，說明方案可行。

為此，我們對傳感器軸安裝座的結構進行了改進，增加與外界連通的溝槽。通過測量計算，高速輸出軸通孔的截面積為50.24，即傳感器軸安裝座與外界連通的溝槽面積只需大于50.24即可滿足使用，改進后的傳感器軸安裝座，其與外界相通的溝槽截面積為58。

4 改進效果

傳感器軸安裝座改進后，通過試驗驗證，試驗艙真空平衡壓強為2170Pa，運行30分鐘后試驗艙內無集油，齒輪箱高速輸出軸甩油盤動密封問題得到圓滿的解決。