某型船齒輪箱PTO輸出軸軸封漏油故障原因分析及解決措施

彭 蛟，譚勇軍

（1.海軍駐廣州427廠軍事代表室，廣州510715；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州510715）

軸封是防止軸與殼體間滑油泄漏而設置的密封裝置。在齒輪箱上PTO輸出軸伸出齒輪箱殼體位置的地方，為了避免轉動件和靜止部件的摩擦﹑碰撞，應留有適當的間隙。由于壓力差的存在，這些間隙會產生泄漏造成滑油消耗過高，因此在發生泄漏的部位需安裝軸封。

某型船采用雙機雙槳的推進方式。兩臺中速推進柴油機分別經高彈聯軸節與齒輪箱相連后，通過中間軸﹑尾軸驅動可調螺距螺旋槳；齒輪箱另設獨立的輸出軸經高彈聯軸節帶動PTO輸出驅動軸帶發電機或高壓水炮用水泵。

1 故障情況

該型船PTO輸出軸采用非接觸式的機械密封，在實船航行試驗中，PTO輸出端密封處出現了泄漏現象，漏油部位見圖1。為了解決該問題，設備廠家在端蓋密封面中采取了增加盤根形式，這樣在短期內漏油現象得以解決，但在盤根與軸接觸磨合后，航行試驗過程中在高轉速下該密封處又出現了漏油現象，導致齒輪箱不能長期有效的運行。

圖1 齒輪箱PTO輸出端泄漏部位示意圖

2 故障原因分析

2.1 PTO輸出軸密封原理

該船PTO輸出軸采用的密封方式是非接觸式機械密封，密封端面設計成特殊的幾何形狀，利用相對旋轉自行產生流體動壓效應實現機械密封，如圖2所示。

圖2 密封端蓋示意圖

當PTO輸出軸在高速旋轉時，齒輪箱PTO輸出腔內潤滑油經過齒輪箱內部齒輪飛濺作用將潤滑油飛濺到輸出軸與密封端蓋之間起到潤滑作用；由于流體的粘性作用，輸出軸上有一層油膜，該油膜在輸出軸工作時不僅有潤滑作用，還可以起到油封作用，其特殊的端面結構，可以將軸甩起多余的油量回流至齒輪箱內部。

2.2 PTO輸出軸漏油原因分析

經過認真分析和排查，發現該船齒輪箱及軸封存在以下問題：

（1）PTO輸出端蓋設計采用流體動壓式機械密封，其回油槽較淺，未充分考慮潤滑油量；另外，該回油槽回油孔較小，導致回油速度過慢，多余油量從密封間隙溢出從而出現泄漏；

（2）齒輪箱內部屬于運動部件，在高速運轉過程中有部分部件存在發熱現象，而該齒輪箱沒有設計專門的透氣系統，油腔內部空氣及滑油因受熱膨脹造成腔內壓力過高，加劇了軸封泄漏；

（3）齒輪箱廠家在設計時未充分考慮實船環境，實船齒輪箱安裝有一定尾傾（傾角約為3°左右），而量油尺又設在齒輪箱靠船首位置，因此導致實際加油量超過加油警戒線位置，造成齒輪箱內部滑油過多。

3 PTO輸出軸漏油解決方案

為解決軸封泄漏問題，經過綜合分析，決定對齒輪箱和軸封進行如下改進：

（1）將齒輪箱中多余滑油抽出，保證齒輪箱正常油位；

（2）在齒輪箱上部增加透氣管，并按規范要求將透氣管設計到機艙棚上并在末端增加透氣頭，解決齒輪箱內部油壓過高問題；

（3）密封端蓋形式改為圖3所示的密封形式，即密封裝置由密封橡膠圈﹑密封橡膠唇形膠條（彈簧鎖緊）以及壓蓋組成。

圖3 修改后密封草圖

具體處理過程如下：

（1）將齒輪箱PTO軸腔上部端蓋拆下，松開彈性聯軸器將輸出軸取出，觀察輸出軸上與原增加盤根摩擦出現的劃痕，用細砂紙輕輕打磨光滑，使輸出軸與唇形密封膠條有良好接觸（見圖4）；

圖4 PTO軸腔內部結構

（2）將唇形密封膠條及密封膠圈安裝到輸出軸上，用塞尺及千分表調整好軸瓦間隙，回裝齒輪箱PTO上端蓋，采用扭力扳手調整緊固螺栓扭力并固定好上端蓋；

（3）安裝好重新設計加工的PTO軸封端蓋；

（4）調整好PTO軸與密封端蓋四方間隙，在唇形密封膠圈唇口涂抹齒輪箱潤滑油，具體安裝要求參照HG/T2330-1992；

（5）手動盤車，測量PTO輸出軸在動態條件下的跳動誤差量，適當調整唇形密封膠條的密封間隙，合格后安裝端蓋密封上的壓蓋（見圖5）；

圖5 重新修改后的PTO輸出軸密封

（6）揭開PTO軸腔上蓋，采用透明有機玻璃代替上蓋；起動主機，齒輪箱接排，在主機轉速分別為500 r/min﹑550 r/min﹑650 r/min時，觀察軸腔內部飛濺油量未出現異常；用點溫計測量密封端蓋處溫度，在運轉了30分鐘后，各轉速下溫度均未出現高溫現象；

（7）軸帶水炮與軸帶發電機重新對中，連接好彈性聯軸器，重新起動主機，齒輪箱接排帶動水炮工作，重新測量滑油溫度及軸腔內部壓力均正常；

（8）所有準備工作完成后重新出海試驗，全程對該部位進行觀察測量，所有指標均滿足設計要求。

5 小結

本文通過科學全面的分析制定了齒輪箱和軸封改進方案，并經過航行試驗驗證，泄漏問題得到解決，滑油溫度及軸腔內部壓力均為正常。該解決方案在不增加額外附件的情況下，解決了PTO軸端蓋密封問題，保證了齒輪箱安全可靠運行，也為解決其他船類似問題提供了經驗。