天线传动装置动密封系统维修技术研究

陈岩申，贺其元，张 坚，赵宏家

(海军青岛雷达声纳修理厂，山东青岛 266100)

潜用雷达是潜艇的重要电子装备，承担潜艇导航以及火控任务。由于潜艇的特殊要求，雷达天线有时需要在水下旋转，预置探测方位。天线传动装置作为雷达中与海水直接接触的关键系统，需要承受潜艇设计的允许海水压力，又要保证绝对的水密性。潜用雷达采用动密封技术，较理想地设计了天线传动装置动密封系统(以下简称动密封系统)，在确保水密性的前提下实现了天线头旋转、桅杆不转的工作方式。潜用雷达进厂修理时，动密封系统的修理是重点、难点问题。针对目前基地级维修单位尚未具备动密封系统修理能力的问题，本文以某型潜用雷达为例，研究了动密封系统维修技术。

1 动密封系统

天线传动装置作为潜用雷达的天馈系统和传动系统，主要由天线分机和传动分机组成，其中，传动分机又由动静环机械密封组成的动密封系统和传动系统构成。目前，对于天线分机及传动分机传动系统的维修技术已较为成熟，按正常的拆解、清洁、维护保养、换新、组装及检测工艺流程开展即可。而动密封系统因采用动密封关键技术，结构复杂，工艺、技术要求高，测试手段缺乏，需重点进行相关维修技术的研究，包括对动密封系统维修流程工艺进行研究，对动密封系统装配检测工装设备以及天线传动装置整体修后的密封性试验系统进行研究。

1.1 动密封系统工作原理

动密封是对2个相对运动体进行密封的一种特殊密封方法。动密封包括填料密封、皮碗密封、涨圈密封、机械密封、迷宫密封和螺旋密封等，根据被密封者的结构形状、压力大小、介质性质等决定采用哪种密封形式。根据潜用雷达要求及天线传动装置的结构特点，确定动密封形式为机械密封。

机械密封又称端面密封[1]，是专门对旋转轴使用的一种密封方法。它的工作原理是2个密封面垂直于旋转轴，光洁面平面度极高的2个表面相互贴合并作相对转动而构成的一种密封装置，在其中一个密封端面的下边安装有若干个弹簧(通常是装在静止环的下面)，在弹簧的弹力和密封介质的压力作用下，使正在旋转的密封端面上产生适当的压紧力，将2个端面严密地贴合。压紧力的大小必须根据密封的结构形式、端面比压及其它因素来计算。若压紧力过大造成摩擦加大，加快密封圈的磨损，压紧力过小又使得密封面泄漏量加大，因而，合理的确定压紧力是保证动密封效果的关键一环。在2个密封端面上还保持有一层非常薄的液体膜，这层液体膜具有流体动压与静压力，起着润滑和平衡压力的作用，这样，在辅助密封件的配合下，机械密封系统便能在各种压力下自如的工作。

1.2 动密封系统组成

动密封系统一般由摩擦副(动环、静环)、弹簧、弹簧座、挡圈、辅助密封圈、轴及排水装置等组成，其组成示意图如图1所示。

图1 动密封系统组成示意图

在图1中，A、B、C、D、E为5个不同点的密封，其中D点是第一道摩擦副密封，采用直径为290 mm、宽度为10 mm的滑环式密封圈作为辅助密封，主要是把介质中的泥沙阻挡在第一道摩擦副之外，并且减轻介质对第二道摩擦副(又称主摩擦副)的压力，同时允许有一定的介质进入主摩擦副四周对其进行冷却和润滑。

B点、C点和E点是静止密封点，其中B点和E点是防止进入主摩擦副周围的介质流入传动壳体内。A点则为机械密封的核心——主摩擦副，它由平面度及光洁度非常高的动环和静环所构成，动环、静环的物理尺寸为直径230 mm。弹簧是根据端面比压及弹簧比压进行设计的，弹簧的作用是对动环、静环产生压力，使摩擦副保持严密结合，它的质量好坏直接影响到动密封的性能。由于动密封允许有一定的介质泄漏，为此设计了排水装置。

根据雷达的工作性质，动密封的所有材料要耐海水腐蚀、不变性、不破坏[2]。滑环式密封圈材料为聚四氟乙烯，动环为硬度极高的YG8碳化钨硬质合金，静环为M106H石墨，石墨具有良好的自润滑性、耐水性、耐候性和低的摩擦因数，故而作为主密封中的静环最为合适。弹簧是用1Cr18Ni9Ti不锈钢丝经过严格的处理加工而成的，弹性好、耐腐蚀。

2 动密封系统的维修

动密封系统的维修流程主要包括动环和静环拆解、清洁保养、测量与装配。除对动环、静环、补偿弹簧等部件的加工精度、质量有较高的要求外,在装配上也有较高的要求,其安装精度直接影响到天线传动装置的传动噪声、耐水压密封性等技术指标，测量与装配是保证动密封、天线传动装置正常工作的关键一环，是维修中的关键过程。

动密封系统的测量与装配，应严格按下列工艺流程进行。

1)装配前，要检查各个零部件的表面情况，检查有无划伤、裂痕、锈蚀等现象。对于放置时间较长的动环、静环，还必须用专用检查设备重新测量是否变形，再检查弹簧的压力是否满足要求等。

2)检查密封元件后，还要对安装座、轴及台阶等处进行检查，清除毛刺，用汽油清洗各个部分，确认无问题时方可进行安装。

3)根据密封要求调整动环、静环安装座之间的间隙达0.3 mm±0.1 mm，端面圆跳动小于0.03 mm，径向圆跳动小于0.04 mm。

4)安装弹簧，动环、静环及辅助密封圈。安装静环时，必须用双手均匀的压静环座，松手后静环座应能自如的弹起，没有卡涩现象。为保证静环的运动，可在辅助密封圈或台阶上涂薄薄的一层低黏度润滑脂或润滑油。注意不得涂高黏度润滑脂，清洗后不得再用手摸工作面。

5)打开2个活塞，注入润滑脂，注满为止。至此，动密封安装完毕。

6)最后，打开窗盖，用专用摇把摇动蜗杆，动密封部分应运转灵活，没有卡涩点。

7)装好的动密封必须进行跑合，跑合的时间在40～50 h之间。

3 动密封系统装配检测

为保证天线传动装置的密封性能，在装配期间需要保证动密封系统的动环、静环的平面度分别达到0.6 μm和0.9 μm，动环、静环装配后在5 MPa水压条件下无泄漏。为此需要在装配期间进行动、静环平面度测量，动环、静环装配后进行动密封测试。根据需求研制了动环、静环平整度测试仪,动密封测试工装等专用工装设备。

3.1 动环、静环平面度测量

动环、静环为动密封系统中的核心部件，动环的平面度要求不大于0.6 μm,静环平面度不大于0.9 μm，为核心参数。动环、静环在长期存放或使用后会出现变形，在动密封系统装配前，需要对待装配的动环、静环进行平面度检测，如其平面度参数指标不合格，要对其进行研磨或更换符合要求的动环和静环。

采用动环、静环平整度测试仪来检测动密封系统动环、静环的平面度，其基本工作原理为平面平晶的光波干涉原理[3]。平面平晶的光学测量面是表面粗糙度数值和平面度误差都极小的玻璃平面，能够产生光波干涉条纹。工作时用光学平面平晶的测量面体现理想平面，利用平晶的测量面与动密封系统动环、静环的被测量面之间所出现的干涉条纹来测量被测量面的平面度，直接以干涉条纹的弯曲程度确定被测表面的平面度误差值，具有测量精度高的优点。

动环、静环平整度测试仪由高频钠光灯箱、平面平晶等部分组成。高频钠光灯箱的稳定光源采用了高频钠光灯管，由特种的抗钠玻璃吹成管胆，管内充有金属钠，外面封接玻璃外壳而成，具有灯光稳定无频闪的特点，可防止低频灯光源对人眼的伤害。平面平晶的直径为300 mm，面形精度为0.15 μm，测量精度完全满足动环、静环的测量要求。

3.2 动环、静环装配后动密封测试

研制专用动密封测试工装用于动密封系统动环、静环的配合研磨以及打压测试。作为动密封系统的核心部件，动环、静环长期储存会出现一定的变形，为确保装配后动密封系统的动环、静环的配合精度，安装前需要进行动密封系统的研磨和打压测试。动密封测试工装实际模拟了天线传动装置的动密封组件，与待检查的动环、静环组成动密封系统，测试时将动环、静环置于密闭的动密封测试工装内部，通过配套的手动加压设备为动密封测试工装施加4.8 MPa静态压力，并保压30 min，以检查动环、静环配合装配是否存在泄漏情况。动密封测试工装实物如图2所示。为保证工装有足够的强度、精度，动密封测试工装采用钛合金材料。

图2 动密封测试工装实物图

4 密封性试验系统

天线传动装置的水密性泄漏量为天线传动装置的关键指标，天线传动装置在整体维修组装完成后应进行密封性试验。

天线传动装置密封性试验系统由水压试验压力罐、水压压力泵站、液压驱动泵站、液压冷却系统、圆盘连接器、液压传输系统等专用设备、工装组成，完成天线传动装置修后的动态水压、静态水压下的泄漏量测试，其组成示意图如图3所示。

图3 天线传动装置密封性试验系统组成示意图

4.1 水压力罐

水压力罐按照天线传动装置密封性试验系统技术指标要求设计，最高工作压力设计为5.5 MPa，罐体内径为1 100 mm，罐体总高为2 300 mm，由具备相关资质的厂家制造，并通过国家权威部门的审核验证。压力罐设计安装包括安全阀、止回阀和检测罐内压力的压力表等安全防护装置。压力泵站通过进水系统进行压力注入。按照试验要求，罐体顶部设计安装了排气阀、在下部设计安装了排水阀，其中排气阀为注水、加压时排气用，排水阀供试验结束后试验介质的排出。

压力试验罐在设计时充分考虑了压力罐的试验范围的扩展，通过更换连接适配器，可以完成其他设备的水密试验。

4.2 液压驱动泵站

为了实现天线传动装置的内场运行，需要在内场建立液压驱动泵站，来模拟实装液压系统，实现天线底座和桅杆底座的油路连接，进油口、出油口、泄油口均按照标准要求和天线对接，通过天线控制机柜控制液压驱动泵站模拟实现该型雷达3种不同转速控制模式，同时在液压驱动泵站设计手动控制，以实现天线传动装置进行动密封试验时根据需要调整天线转速；还可以应用于检测天线组装完毕后的液压元件的工作稳定性、噪声指标以及油路安装的完好性。为确保液压泵站在高强度、长时间的工作状况下液压油的温度在允许的范围内，保证天线试验过程正常进行，需要研制液压冷却系统进行油温冷却。

4.3 液压冷却系统

液压冷却系统采用涡旋式主动制冷方式，通过冷媒水为液压驱动泵站冷却。为提高制冷效率，系统采用2台独立工作的压缩机，可同时或单机独立工作。冷却系统对外与液压驱动泵站的连接管路为软连接，可保证液压冷却系统安装的灵活性。冷却系统控制采用印制电路板集成控制，机组自动运行以匹配液压系统油温调节(可人工进行运行温度设定)。

4.4 压力泵站

压力泵站采用了以水为介质的电动压力泵，可提供最大10 MPa的工作压力，具有结构紧凑、体积小、移动方便、流量大、压力稳定、操作简便等特点。

5 结束语

通过对某型潜用雷达天线传动装置动密封系统维修技术的研究，掌握了该型雷达天线传动装置维修的关键工艺，成功研制出动密封系统装配检测工装设备及天线传动装置密封性试验系统，使基地级维修单位首次获得了该型雷达天线传动装置的维修、检测、试验能力，可就近完成辖区潜用雷达天线传动装置的维修保障，避免长途运输造成的二次损伤，大大缩短修理周期，节省维修经费。