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(shè)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(zhuǎn)動(dòng)件和靜止部件的摩擦﹑碰撞，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙。由于壓力差的存在，這些間隙會(huì)產(chǎn)生泄漏造成滑油消耗過(guò)高，因此在發(fā)生泄漏的部位需安裝軸封。

某型船采用雙機(jī)雙槳的推進(jìn)方式。兩臺(tái)中速推進(jìn)柴油機(jī)分別經(jīng)高彈聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱相連后，通過(guò)中間軸﹑尾軸驅(qū)動(dòng)可調(diào)螺距螺旋槳；齒輪箱另設(shè)獨(dú)立的輸出軸經(jīng)高彈聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)PTO輸出驅(qū)動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)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(jī)械密封，在實(shí)船航行試驗(yàn)中，PTO輸出端密封處出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象，漏油部位見(jiàn)圖1。為了解決該問(wèn)題，設(shè)備廠家在端蓋密封面中采取了增加盤(pán)根形式，這樣在短期內(nèi)漏油現(xiàn)象得以解決，但在盤(pán)根與軸接觸磨合后，航行試驗(yàn)過(guò)程中在高轉(zhuǎn)速下該密封處又出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致齒輪箱不能長(zhǎng)期有效的運(yùn)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(jī)械密封，密封端面設(shè)計(jì)成特殊的幾何形狀，利用相對(duì)旋轉(zhuǎn)自行產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封，如圖2所示。

圖2 密封端蓋示意圖

當(dāng)PTO輸出軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪箱PTO輸出腔內(nèi)潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)齒輪箱內(nèi)部齒輪飛濺作用將潤(rùn)滑油飛濺到輸出軸與密封端蓋之間起到潤(rùn)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(shí)不僅有潤(rùn)滑作用，還可以起到油封作用，其特殊的端面結(jié)構(gòu)，可以將軸甩起多余的油量回流至齒輪箱內(nèi)部。

2.2 PTO輸出軸漏油原因分析

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析和排查，發(fā)現(xiàn)該船齒輪箱及軸封存在以下問(wèn)題：

（1）PTO輸出端蓋設(shè)計(jì)采用流體動(dòng)壓式機(jī)械密封，其回油槽較淺，未充分考慮潤(rùn)滑油量；另外，該回油槽回油孔較小，導(dǎo)致回油速度過(guò)慢，多余油量從密封間隙溢出從而出現(xiàn)泄漏；

（2）齒輪箱內(nèi)部屬于運(yùn)動(dòng)部件，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中有部分部件存在發(fā)熱現(xiàn)象，而該齒輪箱沒(méi)有設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的透氣系統(tǒng)，油腔內(nèi)部空氣及滑油因受熱膨脹造成腔內(nèi)壓力過(guò)高，加劇了軸封泄漏；

（3）齒輪箱廠家在設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮實(shí)船環(huán)境，實(shí)船齒輪箱安裝有一定尾傾（傾角約為3°左右），而量油尺又設(shè)在齒輪箱靠船首位置，因此導(dǎo)致實(shí)際加油量超過(guò)加油警戒線位置，造成齒輪箱內(nèi)部滑油過(guò)多。

3 PTO輸出軸漏油解決方案

為解決軸封泄漏問(wèn)題，經(jīng)過(guò)綜合分析，決定對(duì)齒輪箱和軸封進(jìn)行如下改進(jìn)：

（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(guī)范要求將透氣管設(shè)計(jì)到機(jī)艙棚上并在末端增加透氣頭，解決齒輪箱內(nèi)部油壓過(guò)高問(wèn)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(guò)程如下：

（1）將齒輪箱PTO軸腔上部端蓋拆下，松開(kāi)彈性聯(lián)軸器將輸出軸取出，觀察輸出軸上與原增加盤(pán)根摩擦出現(xiàn)的劃痕，用細(xì)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(jiàn)圖4）；

圖4 PTO軸腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（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(diào)整好軸瓦間隙，回裝齒輪箱PTO上端蓋，采用扭力扳手調(diào)整緊固螺栓扭力并固定好上端蓋；

（3）安裝好重新設(shè)計(jì)加工的PTO軸封端蓋；

（4）調(diào)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(rùn)滑油，具體安裝要求參照HG/T2330-1992；

（5）手動(dòng)盤(pán)車(chē)，測(cè)量PTO輸出軸在動(dòng)態(tài)條件下的跳動(dòng)誤差量，適當(dāng)調(diào)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(jiàn)圖5）；

圖5 重新修改后的PTO輸出軸密封

（6）揭開(kāi)PTO軸腔上蓋，采用透明有機(jī)玻璃代替上蓋；起動(dòng)主機(jī)，齒輪箱接排，在主機(jī)轉(zhuǎn)速分別為500 r/min﹑550 r/min﹑650 r/min時(shí)，觀察軸腔內(nèi)部飛濺油量未出現(xiàn)異常；用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量密封端蓋處溫度，在運(yùn)轉(zhuǎn)了30分鐘后，各轉(zhuǎn)速下溫度均未出現(xiàn)高溫現(xiàn)象；

（7）軸帶水炮與軸帶發(fā)電機(jī)重新對(duì)中，連接好彈性聯(lián)軸器，重新起動(dòng)主機(jī)，齒輪箱接排帶動(dòng)水炮工作，重新測(cè)量滑油溫度及軸腔內(nèi)部壓力均正常；

（8）所有準(zhǔn)備工作完成后重新出海試驗(yàn)，全程對(duì)該部位進(jìn)行觀察測(cè)量，所有指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 小結(jié)

本文通過(guò)科學(xué)全面的分析制定了齒輪箱和軸封改進(jìn)方案，并經(jīng)過(guò)航行試驗(yàn)驗(yàn)證，泄漏問(wèn)題得到解決，滑油溫度及軸腔內(nèi)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(wèn)題，保證了齒輪箱安全可靠運(yùn)行，也為解決其他船類(lèi)似問(wèn)題提供了經(jīng)驗(yàn)。