天線傳動(dòng)裝置動(dòng)密封系統(tǒng)維修技術(shù)研究

陳巖申，賀其元，張 堅(jiān)，趙宏家

(海軍青島雷達(dá)聲納修理廠，山東青島 266100)

潛用雷達(dá)是潛艇的重要電子裝備，承擔(dān)潛艇導(dǎo)航以及火控任務(wù)。由于潛艇的特殊要求，雷達(dá)天線有時(shí)需要在水下旋轉(zhuǎn)，預(yù)置探測(cè)方位。天線傳動(dòng)裝置作為雷達(dá)中與海水直接接觸的關(guān)鍵系統(tǒng)，需要承受潛艇設(shè)計(jì)的允許海水壓力，又要保證絕對(duì)的水密性。潛用雷達(dá)采用動(dòng)密封技術(shù)，較理想地設(shè)計(jì)了天線傳動(dòng)裝置動(dòng)密封系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱動(dòng)密封系統(tǒng))，在確保水密性的前提下實(shí)現(xiàn)了天線頭旋轉(zhuǎn)、桅桿不轉(zhuǎn)的工作方式。潛用雷達(dá)進(jìn)廠修理時(shí)，動(dòng)密封系統(tǒng)的修理是重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)目前基地級(jí)維修單位尚未具備動(dòng)密封系統(tǒng)修理能力的問(wèn)題，本文以某型潛用雷達(dá)為例，研究了動(dòng)密封系統(tǒng)維修技術(shù)。

1 動(dòng)密封系統(tǒng)

天線傳動(dòng)裝置作為潛用雷達(dá)的天饋系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，主要由天線分機(jī)和傳動(dòng)分機(jī)組成，其中，傳動(dòng)分機(jī)又由動(dòng)靜環(huán)機(jī)械密封組成的動(dòng)密封系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。目前，對(duì)于天線分機(jī)及傳動(dòng)分機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的維修技術(shù)已較為成熟，按正常的拆解、清潔、維護(hù)保養(yǎng)、換新、組裝及檢測(cè)工藝流程開(kāi)展即可。而動(dòng)密封系統(tǒng)因采用動(dòng)密封關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝、技術(shù)要求高，測(cè)試手段缺乏，需重點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)維修技術(shù)的研究，包括對(duì)動(dòng)密封系統(tǒng)維修流程工藝進(jìn)行研究，對(duì)動(dòng)密封系統(tǒng)裝配檢測(cè)工裝設(shè)備以及天線傳動(dòng)裝置整體修后的密封性試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1.1 動(dòng)密封系統(tǒng)工作原理

動(dòng)密封是對(duì)2個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)體進(jìn)行密封的一種特殊密封方法。動(dòng)密封包括填料密封、皮碗密封、漲圈密封、機(jī)械密封、迷宮密封和螺旋密封等，根據(jù)被密封者的結(jié)構(gòu)形狀、壓力大小、介質(zhì)性質(zhì)等決定采用哪種密封形式。根據(jù)潛用雷達(dá)要求及天線傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定動(dòng)密封形式為機(jī)械密封。

機(jī)械密封又稱端面密封[1]，是專門(mén)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸使用的一種密封方法。它的工作原理是2個(gè)密封面垂直于旋轉(zhuǎn)軸，光潔面平面度極高的2個(gè)表面相互貼合并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的一種密封裝置，在其中一個(gè)密封端面的下邊安裝有若干個(gè)彈簧(通常是裝在靜止環(huán)的下面)，在彈簧的彈力和密封介質(zhì)的壓力作用下，使正在旋轉(zhuǎn)的密封端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，將2個(gè)端面嚴(yán)密地貼合。壓緊力的大小必須根據(jù)密封的結(jié)構(gòu)形式、端面比壓及其它因素來(lái)計(jì)算。若壓緊力過(guò)大造成摩擦加大，加快密封圈的磨損，壓緊力過(guò)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(dòng)密封效果的關(guān)鍵一環(huán)。在2個(gè)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(dòng)壓與靜壓力，起著潤(rùn)滑和平衡壓力的作用，這樣，在輔助密封件的配合下，機(jī)械密封系統(tǒng)便能在各種壓力下自如的工作。

1.2 動(dòng)密封系統(tǒng)組成

動(dòng)密封系統(tǒng)一般由摩擦副(動(dòng)環(huán)、靜環(huán))、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(dòng)密封系統(tǒng)組成示意圖

在圖1中，A、B、C、D、E為5個(gè)不同點(diǎn)的密封，其中D點(diǎn)是第一道摩擦副密封，采用直徑為290 mm、寬度為10 mm的滑環(huán)式密封圈作為輔助密封，主要是把介質(zhì)中的泥沙阻擋在第一道摩擦副之外，并且減輕介質(zhì)對(duì)第二道摩擦副(又稱主摩擦副)的壓力，同時(shí)允許有一定的介質(zhì)進(jìn)入主摩擦副四周對(duì)其進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。

B點(diǎn)、C點(diǎn)和E點(diǎn)是靜止密封點(diǎn)，其中B點(diǎn)和E點(diǎn)是防止進(jìn)入主摩擦副周?chē)慕橘|(zhì)流入傳動(dòng)殼體內(nèi)。A點(diǎn)則為機(jī)械密封的核心——主摩擦副，它由平面度及光潔度非常高的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)所構(gòu)成，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的物理尺寸為直徑230 mm。彈簧是根據(jù)端面比壓及彈簧比壓進(jìn)行設(shè)計(jì)的，彈簧的作用是對(duì)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)產(chǎn)生壓力，使摩擦副保持嚴(yán)密結(jié)合，它的質(zhì)量好壞直接影響到動(dòng)密封的性能。由于動(dòng)密封允許有一定的介質(zhì)泄漏，為此設(shè)計(jì)了排水裝置。

根據(jù)雷達(dá)的工作性質(zhì)，動(dòng)密封的所有材料要耐海水腐蝕、不變性、不破壞[2]?；h(huán)式密封圈材料為聚四氟乙烯，動(dòng)環(huán)為硬度極高的YG8碳化鎢硬質(zhì)合金，靜環(huán)為M106H石墨，石墨具有良好的自潤(rùn)滑性、耐水性、耐候性和低的摩擦因數(shù)，故而作為主密封中的靜環(huán)最為合適。彈簧是用1Cr18Ni9Ti不銹鋼絲經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理加工而成的，彈性好、耐腐蝕。

2 動(dòng)密封系統(tǒng)的維修

動(dòng)密封系統(tǒng)的維修流程主要包括動(dòng)環(huán)和靜環(huán)拆解、清潔保養(yǎng)、測(cè)量與裝配。除對(duì)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、補(bǔ)償彈簧等部件的加工精度、質(zhì)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(dòng)裝置的傳動(dòng)噪聲、耐水壓密封性等技術(shù)指標(biāo)，測(cè)量與裝配是保證動(dòng)密封、天線傳動(dòng)裝置正常工作的關(guān)鍵一環(huán)，是維修中的關(guān)鍵過(guò)程。

動(dòng)密封系統(tǒng)的測(cè)量與裝配，應(yīng)嚴(yán)格按下列工藝流程進(jìn)行。

1)裝配前，要檢查各個(gè)零部件的表面情況，檢查有無(wú)劃傷、裂痕、銹蝕等現(xiàn)象。對(duì)于放置時(shí)間較長(zhǎng)的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，還必須用專用檢查設(shè)備重新測(cè)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(duì)安裝座、軸及臺(tái)階等處進(jìn)行檢查，清除毛刺，用汽油清洗各個(gè)部分，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題時(shí)方可進(jìn)行安裝。

3)根據(jù)密封要求調(diào)整動(dòng)環(huán)、靜環(huán)安裝座之間的間隙達(dá)0.3 mm±0.1 mm，端面圓跳動(dòng)小于0.03 mm，徑向圓跳動(dòng)小于0.04 mm。

4)安裝彈簧，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)及輔助密封圈。安裝靜環(huán)時(shí)，必須用雙手均勻的壓靜環(huán)座，松手后靜環(huán)座應(yīng)能自如的彈起，沒(méi)有卡澀現(xiàn)象。為保證靜環(huán)的運(yùn)動(dòng)，可在輔助密封圈或臺(tái)階上涂薄薄的一層低黏度潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油。注意不得涂高黏度潤(rùn)滑脂，清洗后不得再用手摸工作面。

5)打開(kāi)2個(gè)活塞，注入潤(rùn)滑脂，注滿為止。至此，動(dòng)密封安裝完畢。

6)最后，打開(kāi)窗蓋，用專用搖把搖動(dòng)蝸桿，動(dòng)密封部分應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，沒(méi)有卡澀點(diǎn)。

7)裝好的動(dòng)密封必須進(jìn)行跑合，跑合的時(shí)間在40～50 h之間。

3 動(dòng)密封系統(tǒng)裝配檢測(cè)

為保證天線傳動(dòng)裝置的密封性能，在裝配期間需要保證動(dòng)密封系統(tǒng)的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的平面度分別達(dá)到0.6 μm和0.9 μm，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)裝配后在5 MPa水壓條件下無(wú)泄漏。為此需要在裝配期間進(jìn)行動(dòng)、靜環(huán)平面度測(cè)量，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)裝配后進(jìn)行動(dòng)密封測(cè)試。根據(jù)需求研制了動(dòng)環(huán)、靜環(huán)平整度測(cè)試儀,動(dòng)密封測(cè)試工裝等專用工裝設(shè)備。

3.1 動(dòng)環(huán)、靜環(huán)平面度測(cè)量

動(dòng)環(huán)、靜環(huán)為動(dòng)密封系統(tǒng)中的核心部件，動(dòng)環(huán)的平面度要求不大于0.6 μm,靜環(huán)平面度不大于0.9 μm，為核心參數(shù)。動(dòng)環(huán)、靜環(huán)在長(zhǎng)期存放或使用后會(huì)出現(xiàn)變形，在動(dòng)密封系統(tǒng)裝配前，需要對(duì)待裝配的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)進(jìn)行平面度檢測(cè)，如其平面度參數(shù)指標(biāo)不合格，要對(duì)其進(jìn)行研磨或更換符合要求的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)。

采用動(dòng)環(huán)、靜環(huán)平整度測(cè)試儀來(lái)檢測(cè)動(dòng)密封系統(tǒng)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)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(xué)測(cè)量面是表面粗糙度數(shù)值和平面度誤差都極小的玻璃平面，能夠產(chǎn)生光波干涉條紋。工作時(shí)用光學(xué)平面平晶的測(cè)量面體現(xiàn)理想平面，利用平晶的測(cè)量面與動(dòng)密封系統(tǒng)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的被測(cè)量面之間所出現(xiàn)的干涉條紋來(lái)測(cè)量被測(cè)量面的平面度，直接以干涉條紋的彎曲程度確定被測(cè)表面的平面度誤差值，具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。

動(dòng)環(huán)、靜環(huán)平整度測(cè)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(wěn)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(nèi)充有金屬鈉，外面封接玻璃外殼而成，具有燈光穩(wěn)定無(wú)頻閃的特點(diǎn)，可防止低頻燈光源對(duì)人眼的傷害。平面平晶的直徑為300 mm，面形精度為0.15 μm，測(cè)量精度完全滿足動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的測(cè)量要求。

3.2 動(dòng)環(huán)、靜環(huán)裝配后動(dòng)密封測(cè)試

研制專用動(dòng)密封測(cè)試工裝用于動(dòng)密封系統(tǒng)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的配合研磨以及打壓測(cè)試。作為動(dòng)密封系統(tǒng)的核心部件，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)長(zhǎng)期儲(chǔ)存會(huì)出現(xiàn)一定的變形，為確保裝配后動(dòng)密封系統(tǒng)的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)的配合精度，安裝前需要進(jìn)行動(dòng)密封系統(tǒng)的研磨和打壓測(cè)試。動(dòng)密封測(cè)試工裝實(shí)際模擬了天線傳動(dòng)裝置的動(dòng)密封組件，與待檢查的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)組成動(dòng)密封系統(tǒng)，測(cè)試時(shí)將動(dòng)環(huán)、靜環(huán)置于密閉的動(dòng)密封測(cè)試工裝內(nèi)部，通過(guò)配套的手動(dòng)加壓設(shè)備為動(dòng)密封測(cè)試工裝施加4.8 MPa靜態(tài)壓力，并保壓30 min，以檢查動(dòng)環(huán)、靜環(huán)配合裝配是否存在泄漏情況。動(dòng)密封測(cè)試工裝實(shí)物如圖2所示。為保證工裝有足夠的強(qiáng)度、精度，動(dòng)密封測(cè)試工裝采用鈦合金材料。

圖2 動(dòng)密封測(cè)試工裝實(shí)物圖

4 密封性試驗(yàn)系統(tǒng)

天線傳動(dòng)裝置的水密性泄漏量為天線傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵指標(biāo)，天線傳動(dòng)裝置在整體維修組裝完成后應(yīng)進(jìn)行密封性試驗(yàn)。

天線傳動(dòng)裝置密封性試驗(yàn)系統(tǒng)由水壓試驗(yàn)壓力罐、水壓壓力泵站、液壓驅(qū)動(dòng)泵站、液壓冷卻系統(tǒng)、圓盤(pán)連接器、液壓傳輸系統(tǒng)等專用設(shè)備、工裝組成，完成天線傳動(dòng)裝置修后的動(dòng)態(tài)水壓、靜態(tài)水壓下的泄漏量測(cè)試，其組成示意圖如圖3所示。

圖3 天線傳動(dòng)裝置密封性試驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖

4.1 水壓力罐

水壓力罐按照天線傳動(dòng)裝置密封性試驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)，最高工作壓力設(shè)計(jì)為5.5 MPa，罐體內(nèi)徑為1 100 mm，罐體總高為2 300 mm，由具備相關(guān)資質(zhì)的廠家制造，并通過(guò)國(guó)家權(quán)威部門(mén)的審核驗(yàn)證。壓力罐設(shè)計(jì)安裝包括安全閥、止回閥和檢測(cè)罐內(nèi)壓力的壓力表等安全防護(hù)裝置。壓力泵站通過(guò)進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)行壓力注入。按照試驗(yàn)要求，罐體頂部設(shè)計(jì)安裝了排氣閥、在下部設(shè)計(jì)安裝了排水閥，其中排氣閥為注水、加壓時(shí)排氣用，排水閥供試驗(yàn)結(jié)束后試驗(yàn)介質(zhì)的排出。

壓力試驗(yàn)罐在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了壓力罐的試驗(yàn)范圍的擴(kuò)展，通過(guò)更換連接適配器，可以完成其他設(shè)備的水密試驗(yàn)。

4.2 液壓驅(qū)動(dòng)泵站

為了實(shí)現(xiàn)天線傳動(dòng)裝置的內(nèi)場(chǎng)運(yùn)行，需要在內(nèi)場(chǎng)建立液壓驅(qū)動(dòng)泵站，來(lái)模擬實(shí)裝液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天線底座和桅桿底座的油路連接，進(jìn)油口、出油口、泄油口均按照標(biāo)準(zhǔn)要求和天線對(duì)接，通過(guò)天線控制機(jī)柜控制液壓驅(qū)動(dòng)泵站模擬實(shí)現(xiàn)該型雷達(dá)3種不同轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)在液壓驅(qū)動(dòng)泵站設(shè)計(jì)手動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)天線傳動(dòng)裝置進(jìn)行動(dòng)密封試驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要調(diào)整天線轉(zhuǎn)速；還可以應(yīng)用于檢測(cè)天線組裝完畢后的液壓元件的工作穩(wěn)定性、噪聲指標(biāo)以及油路安裝的完好性。為確保液壓泵站在高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間的工作狀況下液壓油的溫度在允許的范圍內(nèi)，保證天線試驗(yàn)過(guò)程正常進(jìn)行，需要研制液壓冷卻系統(tǒng)進(jìn)行油溫冷卻。

4.3 液壓冷卻系統(tǒng)

液壓冷卻系統(tǒng)采用渦旋式主動(dòng)制冷方式，通過(guò)冷媒水為液壓驅(qū)動(dòng)泵站冷卻。為提高制冷效率，系統(tǒng)采用2臺(tái)獨(dú)立工作的壓縮機(jī)，可同時(shí)或單機(jī)獨(dú)立工作。冷卻系統(tǒng)對(duì)外與液壓驅(qū)動(dòng)泵站的連接管路為軟連接，可保證液壓冷卻系統(tǒng)安裝的靈活性。冷卻系統(tǒng)控制采用印制電路板集成控制，機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行以匹配液壓系統(tǒng)油溫調(diào)節(jié)(可人工進(jìn)行運(yùn)行溫度設(shè)定)。

4.4 壓力泵站

壓力泵站采用了以水為介質(zhì)的電動(dòng)壓力泵，可提供最大10 MPa的工作壓力，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、移動(dòng)方便、流量大、壓力穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某型潛用雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置動(dòng)密封系統(tǒng)維修技術(shù)的研究，掌握了該型雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置維修的關(guān)鍵工藝，成功研制出動(dòng)密封系統(tǒng)裝配檢測(cè)工裝設(shè)備及天線傳動(dòng)裝置密封性試驗(yàn)系統(tǒng)，使基地級(jí)維修單位首次獲得了該型雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置的維修、檢測(cè)、試驗(yàn)?zāi)芰?，可就近完成轄區(qū)潛用雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置的維修保障，避免長(zhǎng)途運(yùn)輸造成的二次損傷，大大縮短修理周期，節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)。