齿轮箱密封技术改造及应用

齿轮箱密封技术改造及应用

陈富梅

弗兰德传动系统有限公司天津市300400

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，随着风力发电的发展，风电场安装的风力发电机组类型和数量不断增加，机组设备各密封系统部件会出现老化、失效等各种问题。风电机组齿轮箱各部位密封泄漏情况比较普遍，给整个机组的安全稳定运行造成严重影响。本文通过对风电机组渗漏油部位进行检查，分析渗漏油原因，提出了解决齿轮箱渗漏油的技术方案。

关键词：齿轮箱密封；改造分析；技术应用

引言

早年间，齿轮箱采用脂润滑密封方式，随着我国工业化进程的不断发展及高速列车的投产使用，高速传动齿轮箱已经起到了不可替代的作用。转速不断提高的同时也带来了许多问题，较高的转速及恶劣的运行环境导致了高速齿轮箱的轴端出现漏油、窜油现象，不仅造成了资源的浪费也威胁了高速列车的运行安全。为此，密封性能成为衡量高速齿轮箱工作性能的重要指标之一。迷宫密封具有结构简单、寿命长、磨损量小等优点，广泛用于高温及高转速传动部件轴端的密封。

1齿轮箱渗漏原因分析

1.1加工精度不足及设备安装的原因

制造工艺精密度不够也是造成渗漏的重要原因之一。如齿轮箱一些部位结合面工艺不够精密造成加工处的表面粗糙度不符合要求，而产生泄漏，如果没有采取预防措施，在设备使用过程中，这些缺陷往往就是产生渗漏油的根源。

1.2人员维护不当方面的原因

维护人员对齿轮箱维护不周到是设备渗漏油的最直接原因。如加油过多，箱体端盖结合面处有胶粒、毛刺、杂质而不做清洁处理使结合面贴合不严，设备密封后密封胶没有达到规定强度就使用设备，这些均会造成渗漏油问题产生。

1.3结合面密封不良的原因

1）塑胶油管、胶管、塑胶油管金属接头密封圈，随投运时间的增加，会慢慢老化和被油液腐蚀，如果发现不及时，易发生油管、管接头密封损坏渗漏油。2）密封圈长期使用后，摩擦、磨损、老化会使其丧失密封性能；转轴与套之间由于磨损，使其间隙增大，从而引起渗漏油现象。3）结合面处光滑度超差、表面粗糙度、变形，使结合面贴合不严密且无密封垫而引起渗漏油现象。

2齿轮箱渗漏油部位的密封技术改造应用

2.1集油罩密封

集油罩密封是通过安装在轴上的甩油环将轴上的润滑油甩入集油罩内，集油罩内润滑油通过箱体上向下倾斜的回油孔流回箱体。机械密封主要解决三个问题：进油、挡油和回油。进油：进油量一定要控制，既要供油充足，又不能不加限制。挡油：挡油要可靠又不能因甩油环过长而搅油；为更好地将润滑油甩入集油罩可将甩油环的外缘加工为尖点，通过多次用户现场使用经验得甩油环外环比轴套半径大30mm为最佳；太小不能起到甩油作用，太大容易搅油。回油：回油一定要通畅，回油孔在齿轮箱有限的空间下尽量开大；集油罩和箱体之间的空间存储润滑油，然后通过箱体轴承座上开的回油孔让润滑油回流到箱体。回油孔相对与水平面有向下的倾斜以保证润滑油可以顺畅的回流入箱体；如现场空间允许，也可以在集油罩下部连接一根油管进入箱体。集油罩密封既要保证有足够的回油空间、足够的回油孔径以及足够顺畅的回油管道。

2.2润滑油路系统设计

普通动车组运行速度一般为250km/h，齿轮箱从动齿轮的线速度为26.5m/s。齿轮箱采用飞溅式油浴润滑方式，对齿轮、轴承及其它零部件进行润滑和冷却。齿轮箱运行时，浸入油面的从动齿轮在旋转过程中将油液甩起润滑齿轮，溅落到箱体内壁的油液流入集油槽，通过润滑油路对轴承进行润滑和冷却，随后油液通过回油油路流回油箱。齿轮箱采用非接触式三腔迷宫密封方式防止润滑油渗漏。迷宫密封具有结构简单、无磨损、寿命长、免维护、密封功能不受旋转方向影响等特点，适用于动车组齿轮箱。其密封原理为，动环和静环之间形成一系列的密封间隙和膨胀空腔，依靠节流间隙的节流过程和密封空腔中的动能耗散过程达到密封效果。回油腔中设置甩油环，端盖中设置迷宫环槽和密封间隙，阻止回油腔中的油液向箱体外泄漏，同时阻止外界物质进入回油腔。迷宫密封结构设计有三个腔：①油腔，主要用于润滑轴承油液的收集，并使润滑轴承后的油液返回油箱，甩油环处的小间隙可减少泄漏到回油腔的油量；②回油腔，收集从油腔泄漏的油液，使油液趋于静止，并通过回油槽和回油孔返回油箱；③集水腔，收集并排出飞溅进入的水，防止水液通过回油腔进入齿轮箱内部，以免污染润滑油。

2.3油封密封

油封在自由状态下，油封内径比要安装处轴径小。油封装到轴上后，其刃口的压力和自紧弹簧的收缩力对密封轴产生一定的径向抱紧力，遮断泄漏间隙，达到密封目的。油封密封最常见的问题是漏油和发热；发热是油封出现问题的前奏，漏油是整个油封失效的直观体现。油封的发热主要由摩擦发热，影响的因素有油封的唇口压力、摩擦系数、轴径线速度等。唇口压力由油封本身特性决定，轴径线速度由传动特性决定。改善发热现象就只能从减少摩擦系数入手，减少摩擦系数可以通过下面几方面着手：选用质量稳定的优质油封、选用合适的油封材料（轴径线速度＜8m/s时选用NBR材料，轴径线速度≥8m/s时用FKM材料）、提高轴径粗糙度等级、单油封安装时唇口必须向有油侧、双油封之间加支撑环等。

2.4低速轴端密封技术改造应用

低速轴端原有密封结构采取一道迷宫密封的形式，这种设计缺陷导致齿轮油一定会泄漏。为了弥补低速轴端密封系统设计上的缺陷，再考虑到低速轴端转速低、热传导差、长寿命等因素，我们采取特种高弹性抗磨损GGFO密封填料对从迷宫泄漏出的油液进行超强阻隔。特种高弹性抗磨损GGFO密封填料，由较柔软的线状物编织而成，通过截面积是正方形的条状物填充在密封腔体内,从而实现密封。密封填料，有着密封可靠，操作简单的特点。

2.5齿轮箱箱体连接处密封和分配器油管接头渗漏油技术改造应用

1）清洁，使用抹布对结合处油污、灰尘进行清理。2）涂抹密封胶，在结合面缝隙处涂抹聚氨酯单体密封胶进行密封处理。3）清洁，用扳手拆除分配器漏油油管接头，使用清洗剂清洗后用抹布擦洗干净。4）涂抹密封胶，在油管接头上涂抹螺纹密封胶，涂抹完毕后进行紧固，紧固后进行补漆。

2.6迷宫式密封

迷宫式密封是靠与轴连接的旋转件、与箱体连接的固定件形成狭窄间歇以及曲折途径照成密封所需要的流动阻力给泄漏的润滑油造成阻尼，通过足够的曲折途径逐步减少泄漏油的压力；当泄漏油的压力与大气压力完全平衡时，润滑油才不会再往外渗漏，起到密封作用。如高铁齿轮箱、风电齿轮箱等要求空间结构紧凑的行业会采用。曲折途径长度应根据箱体内润滑油压力、流量和油品特性等综合确定，越长密封效果越好。

结语

通过对FD80-2000A型风电机组齿轮箱渗漏油部位现场实际排查，分析渗漏深层原因，并按照密封技术改造方案对其实施密封技术改造，之后通过近半年的现场观察验证，密封技术方案设计合理，在密封技术改造后效果显著，齿轮箱高、低速轴和观察口端盖及分配器油管接头通过技术密封改造后短期内未出现渗漏油现象，大大降低风电机组因齿轮箱渗漏油故障次数，也减少了润滑油脂的浪费，使整个机组能够安全稳定运行。

参考文献

[1]陶钢正，王贺，荣兴汉.风电机组齿轮箱渗漏油问题的处理实践[J].风力发电，2015(3)：33-38.

[2]焦桔萍.齿轮电解去毛刺阴极设计及电场与流场研究[D].青岛：青岛科技大学，2012.

[3]佘志刚.基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化[D].兰州：兰州理工大学，2011.

[4]相奎.金属电化学线切割工艺研究[D].杭州：浙江理工大学，2011.