某型船齿轮箱PTO输出轴轴封漏油故障原因分析及解决措施

彭 蛟，谭勇军

（1.海军驻广州427厂军事代表室，广州510715；2.中船黄埔文冲船舶有限公司，广州510715）

轴封是防止轴与壳体间滑油泄漏而设置的密封装置。在齿轮箱上PTO输出轴伸出齿轮箱壳体位置的地方，为了避免转动件和静止部件的摩擦﹑碰撞，应留有适当的间隙。由于压力差的存在，这些间隙会产生泄漏造成滑油消耗过高，因此在发生泄漏的部位需安装轴封。

某型船采用双机双桨的推进方式。两台中速推进柴油机分别经高弹联轴节与齿轮箱相连后，通过中间轴﹑尾轴驱动可调螺距螺旋桨；齿轮箱另设独立的输出轴经高弹联轴节带动PTO输出驱动轴带发电机或高压水炮用水泵。

1 故障情况

该型船PTO输出轴采用非接触式的机械密封，在实船航行试验中，PTO输出端密封处出现了泄漏现象，漏油部位见图1。为了解决该问题，设备厂家在端盖密封面中采取了增加盘根形式，这样在短期内漏油现象得以解决，但在盘根与轴接触磨合后，航行试验过程中在高转速下该密封处又出现了漏油现象，导致齿轮箱不能长期有效的运行。

图1 齿轮箱PTO输出端泄漏部位示意图

2 故障原因分析

2.1 PTO输出轴密封原理

该船PTO输出轴采用的密封方式是非接触式机械密封，密封端面设计成特殊的几何形状，利用相对旋转自行产生流体动压效应实现机械密封，如图2所示。

图2 密封端盖示意图

当PTO输出轴在高速旋转时，齿轮箱PTO输出腔内润滑油经过齿轮箱内部齿轮飞溅作用将润滑油飞溅到输出轴与密封端盖之间起到润滑作用；由于流体的粘性作用，输出轴上有一层油膜，该油膜在输出轴工作时不仅有润滑作用，还可以起到油封作用，其特殊的端面结构，可以将轴甩起多余的油量回流至齿轮箱内部。

2.2 PTO输出轴漏油原因分析

经过认真分析和排查，发现该船齿轮箱及轴封存在以下问题：

（1）PTO输出端盖设计采用流体动压式机械密封，其回油槽较浅，未充分考虑润滑油量；另外，该回油槽回油孔较小，导致回油速度过慢，多余油量从密封间隙溢出从而出现泄漏；

（2）齿轮箱内部属于运动部件，在高速运转过程中有部分部件存在发热现象，而该齿轮箱没有设计专门的透气系统，油腔内部空气及滑油因受热膨胀造成腔内压力过高，加剧了轴封泄漏；

（3）齿轮箱厂家在设计时未充分考虑实船环境，实船齿轮箱安装有一定尾倾（倾角约为3°左右），而量油尺又设在齿轮箱靠船首位置，因此导致实际加油量超过加油警戒线位置，造成齿轮箱内部滑油过多。

3 PTO输出轴漏油解决方案

为解决轴封泄漏问题，经过综合分析，决定对齿轮箱和轴封进行如下改进：

（1）将齿轮箱中多余滑油抽出，保证齿轮箱正常油位；

（2）在齿轮箱上部增加透气管，并按规范要求将透气管设计到机舱棚上并在末端增加透气头，解决齿轮箱内部油压过高问题；

（3）密封端盖形式改为图3所示的密封形式，即密封装置由密封橡胶圈﹑密封橡胶唇形胶条（弹簧锁紧）以及压盖组成。

图3 修改后密封草图

具体处理过程如下：

（1）将齿轮箱PTO轴腔上部端盖拆下，松开弹性联轴器将输出轴取出，观察输出轴上与原增加盘根摩擦出现的划痕，用细砂纸轻轻打磨光滑，使输出轴与唇形密封胶条有良好接触（见图4）；

图4 PTO轴腔内部结构

（2）将唇形密封胶条及密封胶圈安装到输出轴上，用塞尺及千分表调整好轴瓦间隙，回装齿轮箱PTO上端盖，采用扭力扳手调整紧固螺栓扭力并固定好上端盖；

（3）安装好重新设计加工的PTO轴封端盖；

（4）调整好PTO轴与密封端盖四方间隙，在唇形密封胶圈唇口涂抹齿轮箱润滑油，具体安装要求参照HG/T2330-1992；

（5）手动盘车，测量PTO输出轴在动态条件下的跳动误差量，适当调整唇形密封胶条的密封间隙，合格后安装端盖密封上的压盖（见图5）；

图5 重新修改后的PTO输出轴密封

（6）揭开PTO轴腔上盖，采用透明有机玻璃代替上盖；起动主机，齿轮箱接排，在主机转速分别为500 r/min﹑550 r/min﹑650 r/min时，观察轴腔内部飞溅油量未出现异常；用点温计测量密封端盖处温度，在运转了30分钟后，各转速下温度均未出现高温现象；

（7）轴带水炮与轴带发电机重新对中，连接好弹性联轴器，重新起动主机，齿轮箱接排带动水炮工作，重新测量滑油温度及轴腔内部压力均正常；

（8）所有准备工作完成后重新出海试验，全程对该部位进行观察测量，所有指标均满足设计要求。

5 小结

本文通过科学全面的分析制定了齿轮箱和轴封改进方案，并经过航行试验验证，泄漏问题得到解决，滑油温度及轴腔内部压力均为正常。该解决方案在不增加额外附件的情况下，解决了PTO轴端盖密封问题，保证了齿轮箱安全可靠运行，也为解决其他船类似问题提供了经验。