天線傳動裝置動密封系統維修技術研究

陳巖申，賀其元，張 堅，趙宏家

(海軍青島雷達聲納修理廠，山東青島 266100)

潛用雷達是潛艇的重要電子裝備，承擔潛艇導航以及火控任務。由于潛艇的特殊要求，雷達天線有時需要在水下旋轉，預置探測方位。天線傳動裝置作為雷達中與海水直接接觸的關鍵系統，需要承受潛艇設計的允許海水壓力，又要保證絕對的水密性。潛用雷達采用動密封技術，較理想地設計了天線傳動裝置動密封系統(以下簡稱動密封系統)，在確保水密性的前提下實現了天線頭旋轉、桅桿不轉的工作方式。潛用雷達進廠修理時，動密封系統的修理是重點、難點問題。針對目前基地級維修單位尚未具備動密封系統修理能力的問題，本文以某型潛用雷達為例，研究了動密封系統維修技術。

1 動密封系統

天線傳動裝置作為潛用雷達的天饋系統和傳動系統，主要由天線分機和傳動分機組成，其中，傳動分機又由動靜環機械密封組成的動密封系統和傳動系統構成。目前，對于天線分機及傳動分機傳動系統的維修技術已較為成熟，按正常的拆解、清潔、維護保養、換新、組裝及檢測工藝流程開展即可。而動密封系統因采用動密封關鍵技術，結構復雜，工藝、技術要求高，測試手段缺乏，需重點進行相關維修技術的研究，包括對動密封系統維修流程工藝進行研究，對動密封系統裝配檢測工裝設備以及天線傳動裝置整體修后的密封性試驗系統進行研究。

1.1 動密封系統工作原理

動密封是對2個相對運動體進行密封的一種特殊密封方法。動密封包括填料密封、皮碗密封、漲圈密封、機械密封、迷宮密封和螺旋密封等，根據被密封者的結構形狀、壓力大小、介質性質等決定采用哪種密封形式。根據潛用雷達要求及天線傳動裝置的結構特點，確定動密封形式為機械密封。

機械密封又稱端面密封[1]，是專門對旋轉軸使用的一種密封方法。它的工作原理是2個密封面垂直于旋轉軸，光潔面平面度極高的2個表面相互貼合并作相對轉動而構成的一種密封裝置，在其中一個密封端面的下邊安裝有若干個彈簧(通常是裝在靜止環的下面)，在彈簧的彈力和密封介質的壓力作用下，使正在旋轉的密封端面上產生適當的壓緊力，將2個端面嚴密地貼合。壓緊力的大小必須根據密封的結構形式、端面比壓及其它因素來計算。若壓緊力過大造成摩擦加大，加快密封圈的磨損，壓緊力過小又使得密封面泄漏量加大，因而，合理的確定壓緊力是保證動密封效果的關鍵一環。在2個密封端面上還保持有一層非常薄的液體膜，這層液體膜具有流體動壓與靜壓力，起著潤滑和平衡壓力的作用，這樣，在輔助密封件的配合下，機械密封系統便能在各種壓力下自如的工作。

1.2 動密封系統組成

動密封系統一般由摩擦副(動環、靜環)、彈簧、彈簧座、擋圈、輔助密封圈、軸及排水裝置等組成，其組成示意圖如圖1所示。

圖1 動密封系統組成示意圖

在圖1中，A、B、C、D、E為5個不同點的密封，其中D點是第一道摩擦副密封，采用直徑為290 mm、寬度為10 mm的滑環式密封圈作為輔助密封，主要是把介質中的泥沙阻擋在第一道摩擦副之外，并且減輕介質對第二道摩擦副(又稱主摩擦副)的壓力，同時允許有一定的介質進入主摩擦副四周對其進行冷卻和潤滑。

B點、C點和E點是靜止密封點，其中B點和E點是防止進入主摩擦副周圍的介質流入傳動殼體內。A點則為機械密封的核心——主摩擦副，它由平面度及光潔度非常高的動環和靜環所構成，動環、靜環的物理尺寸為直徑230 mm。彈簧是根據端面比壓及彈簧比壓進行設計的，彈簧的作用是對動環、靜環產生壓力，使摩擦副保持嚴密結合，它的質量好壞直接影響到動密封的性能。由于動密封允許有一定的介質泄漏，為此設計了排水裝置。

根據雷達的工作性質，動密封的所有材料要耐海水腐蝕、不變性、不破壞[2]。滑環式密封圈材料為聚四氟乙烯，動環為硬度極高的YG8碳化鎢硬質合金，靜環為M106H石墨，石墨具有良好的自潤滑性、耐水性、耐候性和低的摩擦因數，故而作為主密封中的靜環最為合適。彈簧是用1Cr18Ni9Ti不銹鋼絲經過嚴格的處理加工而成的，彈性好、耐腐蝕。

2 動密封系統的維修

動密封系統的維修流程主要包括動環和靜環拆解、清潔保養、測量與裝配。除對動環、靜環、補償彈簧等部件的加工精度、質量有較高的要求外,在裝配上也有較高的要求,其安裝精度直接影響到天線傳動裝置的傳動噪聲、耐水壓密封性等技術指標，測量與裝配是保證動密封、天線傳動裝置正常工作的關鍵一環，是維修中的關鍵過程。

動密封系統的測量與裝配，應嚴格按下列工藝流程進行。

1)裝配前，要檢查各個零部件的表面情況，檢查有無劃傷、裂痕、銹蝕等現象。對于放置時間較長的動環、靜環，還必須用專用檢查設備重新測量是否變形，再檢查彈簧的壓力是否滿足要求等。

2)檢查密封元件后，還要對安裝座、軸及臺階等處進行檢查，清除毛刺，用汽油清洗各個部分，確認無問題時方可進行安裝。

3)根據密封要求調整動環、靜環安裝座之間的間隙達0.3 mm±0.1 mm，端面圓跳動小于0.03 mm，徑向圓跳動小于0.04 mm。

4)安裝彈簧，動環、靜環及輔助密封圈。安裝靜環時，必須用雙手均勻的壓靜環座，松手后靜環座應能自如的彈起，沒有卡澀現象。為保證靜環的運動，可在輔助密封圈或臺階上涂薄薄的一層低黏度潤滑脂或潤滑油。注意不得涂高黏度潤滑脂，清洗后不得再用手摸工作面。

5)打開2個活塞，注入潤滑脂，注滿為止。至此，動密封安裝完畢。

6)最后，打開窗蓋，用專用搖把搖動蝸桿，動密封部分應運轉靈活，沒有卡澀點。

7)裝好的動密封必須進行跑合，跑合的時間在40～50 h之間。

3 動密封系統裝配檢測

為保證天線傳動裝置的密封性能，在裝配期間需要保證動密封系統的動環、靜環的平面度分別達到0.6 μm和0.9 μm，動環、靜環裝配后在5 MPa水壓條件下無泄漏。為此需要在裝配期間進行動、靜環平面度測量，動環、靜環裝配后進行動密封測試。根據需求研制了動環、靜環平整度測試儀,動密封測試工裝等專用工裝設備。

3.1 動環、靜環平面度測量

動環、靜環為動密封系統中的核心部件，動環的平面度要求不大于0.6 μm,靜環平面度不大于0.9 μm，為核心參數。動環、靜環在長期存放或使用后會出現變形，在動密封系統裝配前，需要對待裝配的動環、靜環進行平面度檢測，如其平面度參數指標不合格，要對其進行研磨或更換符合要求的動環和靜環。

采用動環、靜環平整度測試儀來檢測動密封系統動環、靜環的平面度，其基本工作原理為平面平晶的光波干涉原理[3]。平面平晶的光學測量面是表面粗糙度數值和平面度誤差都極小的玻璃平面，能夠產生光波干涉條紋。工作時用光學平面平晶的測量面體現理想平面，利用平晶的測量面與動密封系統動環、靜環的被測量面之間所出現的干涉條紋來測量被測量面的平面度，直接以干涉條紋的彎曲程度確定被測表面的平面度誤差值，具有測量精度高的優點。

動環、靜環平整度測試儀由高頻鈉光燈箱、平面平晶等部分組成。高頻鈉光燈箱的穩定光源采用了高頻鈉光燈管，由特種的抗鈉玻璃吹成管膽，管內充有金屬鈉，外面封接玻璃外殼而成，具有燈光穩定無頻閃的特點，可防止低頻燈光源對人眼的傷害。平面平晶的直徑為300 mm，面形精度為0.15 μm，測量精度完全滿足動環、靜環的測量要求。

3.2 動環、靜環裝配后動密封測試

研制專用動密封測試工裝用于動密封系統動環、靜環的配合研磨以及打壓測試。作為動密封系統的核心部件，動環、靜環長期儲存會出現一定的變形，為確保裝配后動密封系統的動環、靜環的配合精度，安裝前需要進行動密封系統的研磨和打壓測試。動密封測試工裝實際模擬了天線傳動裝置的動密封組件，與待檢查的動環、靜環組成動密封系統，測試時將動環、靜環置于密閉的動密封測試工裝內部，通過配套的手動加壓設備為動密封測試工裝施加4.8 MPa靜態壓力，并保壓30 min，以檢查動環、靜環配合裝配是否存在泄漏情況。動密封測試工裝實物如圖2所示。為保證工裝有足夠的強度、精度，動密封測試工裝采用鈦合金材料。

圖2 動密封測試工裝實物圖

4 密封性試驗系統

天線傳動裝置的水密性泄漏量為天線傳動裝置的關鍵指標，天線傳動裝置在整體維修組裝完成后應進行密封性試驗。

天線傳動裝置密封性試驗系統由水壓試驗壓力罐、水壓壓力泵站、液壓驅動泵站、液壓冷卻系統、圓盤連接器、液壓傳輸系統等專用設備、工裝組成，完成天線傳動裝置修后的動態水壓、靜態水壓下的泄漏量測試，其組成示意圖如圖3所示。

圖3 天線傳動裝置密封性試驗系統組成示意圖

4.1 水壓力罐

水壓力罐按照天線傳動裝置密封性試驗系統技術指標要求設計，最高工作壓力設計為5.5 MPa，罐體內徑為1 100 mm，罐體總高為2 300 mm，由具備相關資質的廠家制造，并通過國家權威部門的審核驗證。壓力罐設計安裝包括安全閥、止回閥和檢測罐內壓力的壓力表等安全防護裝置。壓力泵站通過進水系統進行壓力注入。按照試驗要求，罐體頂部設計安裝了排氣閥、在下部設計安裝了排水閥，其中排氣閥為注水、加壓時排氣用，排水閥供試驗結束后試驗介質的排出。

壓力試驗罐在設計時充分考慮了壓力罐的試驗范圍的擴展，通過更換連接適配器，可以完成其他設備的水密試驗。

4.2 液壓驅動泵站

為了實現天線傳動裝置的內場運行，需要在內場建立液壓驅動泵站，來模擬實裝液壓系統，實現天線底座和桅桿底座的油路連接，進油口、出油口、泄油口均按照標準要求和天線對接，通過天線控制機柜控制液壓驅動泵站模擬實現該型雷達3種不同轉速控制模式，同時在液壓驅動泵站設計手動控制，以實現天線傳動裝置進行動密封試驗時根據需要調整天線轉速；還可以應用于檢測天線組裝完畢后的液壓元件的工作穩定性、噪聲指標以及油路安裝的完好性。為確保液壓泵站在高強度、長時間的工作狀況下液壓油的溫度在允許的范圍內，保證天線試驗過程正常進行，需要研制液壓冷卻系統進行油溫冷卻。

4.3 液壓冷卻系統

液壓冷卻系統采用渦旋式主動制冷方式，通過冷媒水為液壓驅動泵站冷卻。為提高制冷效率，系統采用2臺獨立工作的壓縮機，可同時或單機獨立工作。冷卻系統對外與液壓驅動泵站的連接管路為軟連接，可保證液壓冷卻系統安裝的靈活性。冷卻系統控制采用印制電路板集成控制，機組自動運行以匹配液壓系統油溫調節(可人工進行運行溫度設定)。

4.4 壓力泵站

壓力泵站采用了以水為介質的電動壓力泵，可提供最大10 MPa的工作壓力，具有結構緊湊、體積小、移動方便、流量大、壓力穩定、操作簡便等特點。

5 結束語

通過對某型潛用雷達天線傳動裝置動密封系統維修技術的研究，掌握了該型雷達天線傳動裝置維修的關鍵工藝，成功研制出動密封系統裝配檢測工裝設備及天線傳動裝置密封性試驗系統，使基地級維修單位首次獲得了該型雷達天線傳動裝置的維修、檢測、試驗能力，可就近完成轄區潛用雷達天線傳動裝置的維修保障，避免長途運輸造成的二次損傷，大大縮短修理周期，節省維修經費。