盾構(gòu)機主驅(qū)動密封維修改造關(guān)鍵技術(shù)的思考

馬鶴

（中國鐵建重工集團有限公司，湖南 長沙 410100）

對于盾構(gòu)機來說，主驅(qū)動系統(tǒng)是以“心臟”的地位而存在，而主驅(qū)動的密封便是心臟外的一層保護膜。在盾構(gòu)機掘進的過程中，主驅(qū)動密封不能夠在洞室中進行更換，如若由于密封損壞或者間隙過大等原因，使泥沙顆粒或者齒輪油等侵入到齒輪箱當中，導(dǎo)致主軸承損壞，將會引起整個盾構(gòu)機的癱瘓，為盾構(gòu)工程帶來經(jīng)濟損失。

1 主驅(qū)動密封的設(shè)計

1.1 出廠設(shè)計

在當前國內(nèi)市場中，雖然盾構(gòu)機的品牌多種多樣，但是主驅(qū)動密封的形式卻十分相似，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面應(yīng)保障密封唇口具有較強的跟隨性，與旋轉(zhuǎn)軸之間始終處于最理想的角度。在確保密封效果的基礎(chǔ)上，使各個密封件之間的接觸面積盡量變小，控制摩擦發(fā)熱和對唇口產(chǎn)生的磨損，使其能夠與壓力工況相符合。對盾構(gòu)機主密封進行的設(shè)計主要分為內(nèi)周密封和外周密封兩周，內(nèi)周密封由唇形密封實現(xiàn)，外周密封由VD密封實現(xiàn)，其中唇形密封能夠?qū)崿F(xiàn)靜、動、自密封作用，韌性良好。而VD密封是將V形的一側(cè)唇部加厚處理而成，活動性較強，能夠彌補較大的公差和角度差，具體的出廠設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 主驅(qū)動出廠密封設(shè)計示意圖

1.2 工作原理

在兩道密封中間注入EP0潤滑油，外周的設(shè)計注入量約為20mL/min，內(nèi)周每腔的注入量約為16mL/min，盾構(gòu)機在掘進時累計消耗量約為2000mL/min。VD密封能夠促進潤滑油產(chǎn)生壓力，當壓力超出界定范圍時會發(fā)生外泄，同時還能夠有效防止?jié)櫥突亓鳜F(xiàn)象。在油脂注入到設(shè)備中后，潤滑油會被擠進壓板與土倉隔板當中，防止泥沙進入到密封內(nèi)部，極大的提升了密封性。

2 盾構(gòu)機主驅(qū)動密封存在的問題

2.1 VD密封斷裂實效

VD密封中可能會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，通常出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象的主要原因在于安裝時使用的膠粘強度不足，粘接不夠均勻，而密封與襯套在相對旋轉(zhuǎn)的過程中，襯套產(chǎn)生切向拉伸力，如若局部粘接強度較弱，則會在拉伸的作用下逐步開裂，然后在應(yīng)力集中的作用下，產(chǎn)生密封斷裂問題。因此，在驅(qū)動密封的過程中，應(yīng)保障粘接強度的均勻性，防止密封材料發(fā)生應(yīng)力集中。VD密封在發(fā)生斷裂之后，腔體內(nèi)的潤滑油將會涌出，導(dǎo)致軸承箱泄漏。同時，由于密封背部壓力喪失，在前端土壓力的作用之下導(dǎo)致泥沙進入其中，使密封產(chǎn)生嚴重的磨損，導(dǎo)致失效。

2.2 唇形密封磨損

當盾構(gòu)機發(fā)生故障時，將主驅(qū)動解體之后能夠看到密封唇口處有非正常的磨損現(xiàn)象，尤其是外側(cè)密封處，由于能夠與泥沙進行直接接觸，因此受磨損程度更高。在機器正常運行的過程中，刀盤的轉(zhuǎn)速n為1.4r/min，外周密封線速度V為2πrn/60，也就是0.23m/s，溫度大約在50℃，加之得不到潤滑油的有效供給，因此十分容易產(chǎn)生磨損問題，長期以往，甚至?xí)?dǎo)致盾構(gòu)機癱瘓的后果發(fā)生。

2.3 密封襯套磨損

根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，密封唇口的壓縮量為7mm時，才能夠保障密封性處于最佳狀態(tài)。隨著盾構(gòu)機應(yīng)用時間的不斷增加，密封唇口與襯套之間相互運動摩擦，長此以往，在襯套的四周會產(chǎn)生一道4mm左右的凹槽，并且在襯套與VD密封的相交處也會產(chǎn)生一定程度的磨損。這些磨損印記的存在對唇口密封性能產(chǎn)生較大的不利影響，并且隨著使用時間的延長，磨損現(xiàn)象愈演愈烈，即便中間有潤滑油的填充，但是當磨損達到一定界限時，磨損量遠遠超過壓縮量，這將使得潤滑油的作用難以抵抗壓力，使外部泥沙混入其中，對主驅(qū)動軸承、齒輪、保持架等造成不同程度的損壞。如若不將存在的凹槽徹底消除，即便是使用新的密封，在凹槽仍然存在的狀態(tài)下，唇口與襯套也很難實現(xiàn)密切配合，對密封效果依然會產(chǎn)生不利影響。

3 主驅(qū)動密封的改造方案

通過對上述內(nèi)容的分析可知，在主驅(qū)動密封中通常會由于VD密封磨損、斷裂、襯套磨損等問題對機器的正常運行產(chǎn)生不利影響，對此，應(yīng)對三道VD的密封材質(zhì)和密封形式進行有效的改進，以此來防止上述問題的發(fā)生。

3.1 VD密封材質(zhì)的改進

由于三道VD密封與齒輪之間的距離較近，當主驅(qū)動在運行過程中的溫度提升到60℃時，密封容易產(chǎn)生粘接強度下降而開膠現(xiàn)象。對此，應(yīng)選擇耐高溫的復(fù)合型材料。具體的改造方式為：將內(nèi)周、外周的VD密封材料全部轉(zhuǎn)變成含氟量較高的合成橡膠。這種橡膠具有耐高溫、耐腐蝕等特征，其與其他橡膠相比來看在很多方面占有明顯優(yōu)勢，具體如表1所示。

表1 各種橡膠特性表

3.2 VD密封形式的改進

由于粘接強度較弱、局部受力不平均等，導(dǎo)致密封斷裂問題產(chǎn)生，在對此方面問題的改進過程中，將以往傳統(tǒng)的膠粘法進行轉(zhuǎn)變，以壓板法的方式替代。根據(jù)相關(guān)文獻可知，不管是盾構(gòu)機的密封粘接還是摩擦焊，其縱向軸壓都能夠促進相關(guān)部件對滑動的抵抗。在主驅(qū)動密封中，在其弧度的安裝面上分別安裝壓板，將以往傳統(tǒng)的VD密封剔除，安裝具有壓接邊緣的VD密封，使其在安裝過后能夠展現(xiàn)出一個閉合的環(huán)形形狀，在接縫處用螺栓固定好。具體的改進方式為：

（1）對原扭腿處進行立車加工，依據(jù)相關(guān)設(shè)計進行鉆孔和套絲，在此基礎(chǔ)上對壓板的半徑弧度進行加工和鉆孔。

（2）在VD密封安裝面上涂滿膠粘劑，避免潤滑油從縫隙處產(chǎn)生回流。

（3）保障螺栓的數(shù)量和強度，在安裝時要注意用力的大小，避免由于受力不均而產(chǎn)生扭曲或者變形。

（4）當螺栓被固定完畢以后，將壓板點與螺栓的頂部焊接在一起，保障螺栓不會在運行中脫落。在焊接的過程中，應(yīng)注意不要將焊渣崩落到密封當中，對整體密封效果產(chǎn)生不良影響。為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，可以在焊接之前將密封用防火布包好，避免與焊渣相接觸。

上述密封改進方案的同時還應(yīng)注意如密封裝配處加工表面的粗糙度、清潔度及裝配面的銳邊、銳角等因素都將對密封性能與密封件的壽命產(chǎn)生較大影響。

4 結(jié)語

通過上述對盾構(gòu)機主驅(qū)動密封的研究能夠得知，在VD密封材質(zhì)上，將以往丁晴轉(zhuǎn)變?yōu)楹暮铣上鹉z，將會使密封與外殼變得更加可靠。在密封形式上，將以往膠粘法轉(zhuǎn)變?yōu)閴喊宸ǎ瑢⒛軌蚴姑芊飧脑旒夹g(shù)與預(yù)計效果更近一步。

[1]張強.加氫裂化裝置關(guān)鍵機泵機械密封的改造與應(yīng)用[J].水泵技術(shù),2015，(04):28-32.

[2]王旭.流體靜壓型指尖密封的理論與試驗研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2016.

[3]袁代紅.天然氣壓縮機干氣密封系統(tǒng)故障研究與對策[D].四川大學(xué),2014.

[4]陳豐民.采油五廠埋地集輸管道保溫技術(shù)研究[D].大慶石油學(xué)院,2013.