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，這些間隙會產(chǎn)生泄漏造成滑油消耗過高，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，通過中間軸﹑尾軸驅(qū)動可調(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PTO輸出驅(qū)動軸帶發(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，在實船航行試驗中，PTO輸出端密封處出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象，漏油部位見圖1。為了解決該問題，設(shè)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(nèi)漏油現(xiàn)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(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)計成特殊的幾何形狀，利用相對旋轉(zhuǎn)自行產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)實現(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，齒輪箱PTO輸出腔內(nèi)潤滑油經(jīng)過齒輪箱內(nèi)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(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題：

（1）PTO輸出端蓋設(shè)計采用流體動壓式機(jī)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(dǎo)致回油速度過慢，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)動部件，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有部分部件存在發(fā)熱現(xiàn)象，而該齒輪箱沒有設(shè)計專門的透氣系統(tǒng)，油腔內(nèi)部空氣及滑油因受熱膨脹造成腔內(nèi)壓力過高，加劇了軸封泄漏；

（3）齒輪箱廠家在設(shè)計時未充分考慮實船環(huán)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(shè)在齒輪箱靠船首位置，因此導(dǎo)致實際加油量超過加油警戒線位置，造成齒輪箱內(nèi)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(jīng)過綜合分析，決定對齒輪箱和軸封進(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(lián)軸器將輸出軸取出，觀察輸出軸上與原增加盤根摩擦出現(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(tài)條件下的跳動誤差量，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(jī)玻璃代替上蓋；起動主機(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，觀察軸腔內(nèi)部飛濺油量未出現(xiàn)異常；用點溫計測量密封端蓋處溫度，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)重新對中，連接好彈性聯(lián)軸器，重新起動主機(jī)，齒輪箱接排帶動水炮工作，重新測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，全程對該部位進(jìn)行觀察測量，所有指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

5 小結(jié)

本文通過科學(xué)全面的分析制定了齒輪箱和軸封改進(jìn)方案，并經(jīng)過航行試驗驗證，泄漏問題得到解決，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軸端蓋密封問題，保證了齒輪箱安全可靠運(yùn)行，也為解決其他船類似問題提供了經(jīng)驗。