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摘要：后油封是为防止柴油机曲轴箱内的飞溅机油及润滑柴油机轴系的机油渗漏到柴油机外，在柴油机输出端设置的油封装置，同时可以起到防尘作用。目前，国内后油封普遍采用迷宫式机械静密封装置。这种密封装置通过在曲轴周围设若干个依次排列的环形密封齿，齿与曲轴之间形成很小的间隙，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，机油在通过许多截流间隙与膨胀空腔组成的曲折迷宫的间隙时，经过多次节流而产生很大的能量损耗，机油压力大为下降，即产生节流效应，使其难于渗漏而达到阻漏的密封目的。本文主要针对某型柴油机台位试验时频繁出现后油封漏油的现象，分析了该后油封结构设计存在的缺陷，并对后油封结构做相应的改进设计。
关键词：柴油机后油封；结构设计；方法
随着近年来我国汽车工业的快速发展，汽车制造行业之间的竞争越来越激烈，也推动着发动机技术和性能的不断提高。油封作为防止发动机漏油的关键部件，其重要性越来越受到各个发动机制造商的重视。三漏问题一直是发动机研发与制造中重点关注的课题，油封密封性能的好坏，直接影响到主机厂和客户对发动机质量的直观感受，影响制造商的口碑。各发动机制造商除了对油封的使用可靠性和寿命的要求提高外，对油封的安装方便性、可维护性、更换便利性、价格等方面也提出了更高的要求。
一、聚四氟乙烯油封介绍
1.近百年来人们一直沿用橡胶作为油封的主要材质，使用比较广泛的有丁腈橡胶与氟橡胶。前者成本低廉，但耐温与密封性能较差，泄漏情况比较严重；而后者的耐温性与密封性有明显改善，但成本较高，且仍具备普通橡胶材料的某些不良共性，如耐磨性能差、使用寿命短、对轴的偏心反应特别敏感等，泄漏现象仍比较普遍。
2.聚四氟乙烯（PTFE）油封代替唇形橡胶油封。聚四氟乙烯又名特氟隆或塑料王，是四氟乙烯单体的共聚物。PTFE化学稳定性好，几乎所有的化学抗性，强酸、强碱或强氧化剂、有机溶剂等对它均不起作用；热稳定性好，裂解温度在400℃以上，能够在-200-300℃温度范围内正常工作；磨擦系数极低，并且具有非常好的自润滑性，特别适用于高速旋转场合，线速度可高达30 m/s。PTFE油封唇口在加工时被拉成喇叭状，由于PTFE 经拉制后具有记忆收缩能力，在工作中产生的摩擦热使唇口会不断收缩，所以不需要弹簧的帮助，它会紧紧抱在轴上，不让它与轴表面有间隙存在，也能补偿磨损。同时PTFE 油封内壁刻有与轴旋向相反的螺纹槽，当轴旋转时会产生一个向内推力，阻止流体外流。PTFE 油封主要应用在空气压缩机、发动机、齿轮箱、起动电机、泵、空调、搅拌机、自动化精密机械、机器人、化学处理设备、制药、食品加工设备等密封要求较高的场合，特别适用于传统橡胶油封无法满足的应用，是今后油封发展的方向。
二、实例分析
1.某柴油机在台位试验过程中，由于柴油机后封油不完全可靠，频繁出现后油封漏油的质量问题，增加了柴油机维护检修概率，使得工作量及成本增加。通过对问题柴油机检查发现，后油封外壳、密封齿圈上有明显的油迹，其封油效果非常不理想。通过对柴油机后油封结构和封油过程进行分析和查找，可以确定该柴油机后油封漏油关键问题在于后油封结构设计不合理。
2.漏油故障原因分析。根据对油封内部的具体结构分析，此种油封的一项重要参数为油封内外圈之间的间隙值c。油封安装后，如果此间隙值过大，则会相应地导致油封内圈防尘毛毡与外圈上防尘橡胶间的间隙b 减小，从而使得防尘毛毡与防尘橡胶相互摩擦。防尘毛毡与防尘橡胶相互摩擦不仅会导致油封外圈倾斜，也会使得磨损下来的毛毡和橡胶碎屑影响主唇的密封，导致油封密封失效。
（1）安装时，后油封通过曲轴输出端用螺栓压紧在柴油机机体端面上。后油封环形密封齿与曲轴轴颈形成及小间隙，以期利用节流效应达到封油目的。然而该柴油机曲轴输出端需要供润滑油给联轴节强制润滑，机油压力较高，而后油封的回油袋设计偏高，回油腔压力较高，使得较高压力的机油可以冲过后油封的环形密封齿泄漏到后油封外。
（2）油封内外圈设计间隙。经查，原油封本身的设计间隙只有1.4mm，即防尘毛毡与防尘橡胶的极限理论间隙过小；另外，油封装配后的c值大小是依靠油封压装工装上做出的台阶深度来控制的，而原油封工装上内外圈的台阶深度为1mm。这就意味着使用此工装安装好油封之后，加上油封外圈的回弹，c值就会大于1mm，使得内外圈之间的b值就会小于0.4 mm。如果再考虑曲轴在运转过程中的轴向理论窜动为0.17-0.42（装配统计值一般为0.2-0.3），一旦油封有所倾斜或者是油封在制造过程中间隙控制出现偏差，这些都将导致油封毛毡与防尘橡胶摩擦的风险增大。因此，油封在设计制造时本身的内外圈理论间隙值大小对于油封总成的密封性能具有重要影响。
结构改进及效果分析。针对原后油封结构设计上存在的问题，作如下改进，见图1。
（1）回油袋的改进。针对后油封回油袋过高导致发生高压漏油的问题，经过验证计算，将回油袋高度在原来的设计尺寸基础上降低8mm，使后油封回油腔与曲轴箱相通的容积增加，保证高压机油有足够的膨胀空间，使得机油压力降低，有利于机油回流至曲轴箱油底壳，降低了机油往外泄漏的可能性。
（2）密封环齿的改进。综合考虑曲轴与后油封的配合安装及结构位置，在原后油封结构上多设计一道环形密封齿，使后油封与曲轴形成三道环形密封齿组成的迷宫式油槽，使机油在流经油槽及曲轴与密封齿间隙时产生更多的节流效应，压力大为下降，不易泄漏。
（3）油孔的设计。针对后油封原设计结构没有通油孔导致进入后油封的机油无法回流的问题，改进的后油封第一道环形油槽下方设计有3 个与回油腔的通油孔，通油孔成45°，可以使进入后油封的机油部分通过通油孔流进与油底壳相通的回油膨胀腔，减少了进入后油封环形油槽的机油量。在最后一道环形油槽底部设计有一个与后油封回油腔相通的回油孔。回油孔成45°，其直径略小于通油孔直径。回油孔可以使进入到最后一道环形油槽的极少部分机油通过它流回后油封的回油腔，避免机油往外泄漏。如图1所示，改进结构的后油封在组装时在最后一道环形油槽安装一道耐高温耐油的矩形密封橡胶圈。矩形橡胶圈安装在环形槽的中心位置，不与环形槽的两面碰擦。如此，可阻挡极少部分冲破密封齿的高压机油，使之通过底下的回油孔流回后油封的回油腔，最终流回到柴油机油底壳，起到后油封的最后封油的保障效果。
4.运用情况及结束语。经过结构优化改进后的后油封分别装在某公司0013# 至0055# 柴油机上进行台架试验。试验后的解体拆检表明，后油封外壳、柴油机输出端均无漏油现象，封油效果十分理想。改进后的后油封在柴油机装机服务过程中，至今为止，极少发生柴油机后油封漏油现象。实践运用表明，优化改进后的后油封结构可靠，封油性能良好，减少了柴油机漏油质量问题，避免了漏油导致的柴油机拆检、恢复及重复验证，大大节省了人力、物力，降低产品负产值，提高了柴油机的综合质量。
经过对柴油机新型结构油封的漏油故障分析在油封开发设计时，需要综合油封本身结构，安装过程和相关零部件材料和结构对油封密封效果的影响，充分考虑不利因素，提高油封产品的设计效率，降低油封漏油故障率。
参考文献：
[1]李建国．油封结构优化设计[D]．化工大学机械设计及理论，2011．
[2]汤毓红．新型聚四氟乙烯油封的研制[J]．润滑与密封，2010，32（4）：170-172．
[3]程敬诚．发动机修理[M]．北京；中国建筑工业出版社，2011．
论文作者:时双
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签：油封论文; 柴油机论文; 机油论文; 漏油论文; 间隙论文; 环形论文; 曲轴论文; 《基层建设》2015年24期供稿论文;