周虹偉　（鐵道部科（kē）學研究院（yuàn）機輛所，北京（jīng）　100081）
上官建（jiàn）梁　（鐵（tiě）道部專運處）

　　摘　要：針對機車廢氣渦輪（lún）增壓器油封漏油故障（zhàng），通過對油（yóu）封結構及其密封工作原理的分析，依據（jù）實（shí）驗研究的結果，提出（chū）了（le）油封結構的改進方（fāng）案。實（shí）際使用證明，改進後的油封結構能（néng）有效抑製增壓器發生油封漏油故障，對提高增壓器（qì）的工作可（kě）靠性起到了積極的（de）促進作用。
　　關鍵詞：增壓器；油封；結構；改進
　　1　前（qián）言
　　國產內燃機車使用的（de）廢氣渦輪增（zēng）壓（yā）器，長期存在油封（fēng）漏油問題的困擾，使機車在實際運用中，因增壓器油封漏油而造成增壓器轉子積碳固死的故障，成為製約（yuē）機（jī）車可靠性的慣性質量故障。
　　由於（yú）機車柴油機用渦輪增壓器（qì）結構和使用上的特殊性，一方麵要保證轉子高速旋轉下（xià）軸承的（de）良好潤滑，另（lìng）一方麵又要在有限的空間內實施（shī）有效的密封，油封結構設計難度相對較大。因此，盡管目前（qián）大量使用的ZN310型增壓器（qì），較45GP80係列增（zēng）壓器的結構做了許多有益的改進，使增壓器的性能與可（kě）靠性得到了顯著的提（tí）高，但增（zēng）壓器油封漏油故障仍未能得到根本（běn）的解決。引進生產的VTC254增壓器（qì）也存在不（bú）同程度（dù）的漏（lòu）油故障。本文針（zhēn）對這一長期製約增壓器可（kě）靠性提（tí）高的慣性質量故障，開展了（le）大量專項試驗研究，並取得了一定研究成果（guǒ）。
　　2　增壓器油封結構的改進
　　2.1 機車柴油機用廢氣渦輪增壓器典（diǎn）型（xíng）油封結構及存在的問題
　　目（mù）前機車柴油機用渦輪增壓器主（zhǔ）要有ZN310、ZN290、261P、VTC254、VTC214和45GP80係列等幾種型號。盡管各型增壓器（qì）油封結構（gòu）不盡（jìn）相（xiàng）同，但其油封結（jié）構型式大體上（shàng）可以分成接（jiē）觸式和非接觸式兩大類（lèi）。
　　2.1.1 接（jiē）觸式油封
　　除45GP80係列增壓器外，其它幾（jǐ）種型（xíng）號的增壓器均采用接觸式油封結構（gòu），相應的密封件有鑄鐵（tiě）漲圈（ZN310、ZN290和VTC254、VTC214）和石（shí）墨碳精圈兩（liǎng）類（261P）。通常情況下漲圈式油封能較好地起到密封作用，但其結（jié）構和（hé）安裝精度要求（qiú）較高，特（tè）別是漲（zhǎng）圈的質量，在（zài）很（hěn）大程度上決定（dìng）了油封的密（mì）封效果和可靠性。碳精圈式油封由（yóu）於其結構（gòu）強度較低，長（zhǎng）期使用時可靠性和耐（nài）久性相對（duì）較差。因此，接觸式油（yóu）封結（jié）構多趨向於使用強度高、耐磨（mó）性好的鑄鐵漲圈密（mì）封件。
　　2.1.2 非接觸式油封
　　45GP80係列增壓器使（shǐ）用的是回油螺紋加甩（shuǎi）油盤的非接觸式（shì）油封結構。由於其靜態工作間隙的影響，增壓（yā）器在低轉速和（hé）變工況下的密封效果（guǒ）不（bú）夠理（lǐ）想，且隨增壓器使用時間的延長，漏（lòu）油（yóu）故障率明顯增加。該結構型式（shì）的油封在45GP80係列增壓器上使用的結（jié）果證（zhèng）明，需要更新結構設計。
　　2.2 ZN310LC係（xì）列增（zēng）壓器油封結構的改進方案
　　ZN310LC係列增壓器係ZN310型增壓器中的（de）一類。其油封型式針對原45GP80係列增壓器油封漏油嚴重的缺陷而改造成漲圈式油封結構該種油封（fēng）較45GP80係列增壓器油封的密封效果有了（le）明顯的改進（jìn），在一（yī）定程度上（shàng）緩解了增壓器油封漏油的故障現象。但隨著機車中（zhōng）修公裏的延長（zhǎng）以及漲圈質量和油封裝配（pèi）質量的離散性，油（yóu）封漏油（yóu）現象再次（cì）回升。為此（cǐ），本文針對（duì）現用油封結構進行了專項研究，總結了造成（chéng）油封結構（gòu）漏油故障的各方麵原因，並在試驗台上比較了各種不同油封（fēng）結構（回油螺紋結構（gòu）和（hé）漲圈式結（jié）構及其相應（yīng）的組合）的工作特性和封油狀況，以及漲圈油封結構中（zhōng）漲圈槽間隙、位置、數量和（hé）加工精度（dù）等結（jié）構參數對油封工作狀態的影響（xiǎng），提出了新的油封結構改進方案，即渦輪與壓氣機端均（jun1）采用漲圈加回油螺紋（wén）的組合油封結構。此外合理設計（jì）回油孔，並相應加大回（huí）油腔（qiāng）等。改造後的油封，不但繼承了原油（yóu）封的設計優點，而且增（zēng）加了油封的可靠性。
　　3　油封結構（gòu）改進試（shì）驗研究結果
　　3.1 試驗方案設計及主要檢測參數
　　為了全麵分析和掌握不同油封結構的實際密封（fēng）效（xiào）果及其對進、回油狀態的（de）影響，在增壓器試驗台和油封試驗台上（shàng）比較了多種不同（tóng）油封結構及它們（men）之間組合的作用效果，並測（cè）試出（chū）對應方案的油腔壓力（lì）。
　　3.2 主要試驗結果及分析
　　3.2.1 兩種不同油封結構（gòu）的對比試驗結果分析
　　漲圈式油封與回油螺紋油（yóu）封在增壓器（qì）試驗台上的試驗結果表明（míng），不同油封結構，其壓氣機和渦輪回油腔內（nèi）的壓力不（bú）同（tóng），如圖1、2所示。顯然，漲圈（quān）式油封結構的回油腔內的壓力要低於回油螺紋的油封結構，因此，漲圈式油封（fēng）結構的密封效果要優於回（huí）油螺紋（wén）的密封（fēng）效果。 　　3.2.2 組合油封結構的（de）篩選結果
　　油封試驗篩（shāi）選研究的結果表明（míng），漲圈式油（yóu）封與回油螺（luó）紋結構的組合，具有較好的動靜態封油作用。表1為漲圈與回油螺紋的4種組合方案（àn）在增壓器試（shì）驗台上所得的試驗結果。顯然，渦輪與（yǔ）壓氣機兩端均采用漲圈在外、回油螺紋在內的組合方式時，將能較其它組合方式獲得更好的密封效果（guǒ）。 　　3.3 增壓器油封密封機理論述（shù）
　　除因增壓器油（yóu）封意外（wài）損壞或安裝不當而造成（chéng）的油封漏油故障外，造成增壓器油（yóu）封漏油的主要原因是由於油封工作間隙過大，增壓器內部各處壓力不平衡及回油不暢所致。因此（cǐ），解決油封漏油的密（mì）封問題，理想情況下（xià）首先應當使增壓器內（nèi）部在各種工況下均能實現有利的壓力平衡狀態，以克服（fú）因壓氣機葉輪背麵壓力低於軸承（chéng）體內壓力而造成的壓氣機端漏油現象。其次應（yīng）使氣、油腔嚴密分開，並采用有效的密封措施。本研究的試驗結果證明，選用漲圈的油封結構，正是由於有（yǒu）效地限製了回油腔內油壓的變化，保證了回油（yóu）的暢通，才得以實現有效的密封。尤其是漲圈（quān）結構與回油螺紋的合理搭配，既取得了以往為控（kòng）製回油腔內壓力而（ér）將（jiāng）回油腔直通大氣或通（tōng）往曲軸（zhóu）箱的效果，又避免了後者汙（wū）蝕車外表麵和幹擾曲軸箱內壓（yā）力的弊病。
　　4　結論
　　通過上述油封結構的試驗研究，對有效防止和解決增壓器油封漏油方麵，可得出以下有（yǒu）益結論：
　　（1）接觸式的漲圈（quān）油封結（jié）構，能有效地（dì）限製回油腔內的壓力，而使（shǐ）油封處於有利的工作狀態。使（shǐ）用該油封結構（gòu）時，相應漲（zhǎng）圈及環槽表麵光潔度要（yào）高，環（huán）表（biǎo）麵平行度和垂直度要好，同時，環要符（fú）合漏光檢查要求。
　　（2）漲圈的物理參數（彈性、張力及開口間隙等）以及漲圈與環槽的配合間隙對（duì）油封的密封效果（guǒ）、使用壽命和可靠性有較（jiào）大影響。特別（bié）是漲圈的（de）彈力，其大小應（yīng）滿足（zú）既能防（fáng）止環在環槽中的轉動，同時又不妨礙環的軸向竄動（dòng）要求，以（yǐ）減（jiǎn）小其磨損。
　　（3）非（fēi）接觸式回油螺紋油封結構（gòu），在轉子低速和變工況減速時易產生漏油，但高轉速時密封效果很好。漲圈式油封則無論在高（gāo）低轉速時均可實現良好密封，它僅在轉（zhuǎn）子軸向竄動時，產（chǎn）生少許漏油（yóu）。因此，盡管（guǎn）回油螺紋油封不宜單獨用於密封，但它與漲圈油封的組合，將極大地改善（shàn）單一油（yóu）封的密封效果。此外，鑒於其結構上的可靠程度較高，從而可有效提高組（zǔ）合油封結構的可靠性。
　　（4）組合（hé）油（yóu）封試驗篩選的結果表明（míng），漲圈式油封與回油螺紋油封的合理組合，有效地提高了油封的密封質（zhì）量和可靠性。值得說明的是漲圈與回油螺（luó）紋的不同組合方式，對回油腔（qiāng）壓力變化的影響不盡相同（tóng）。因此，建議采用Z為理想的（de）漲（zhǎng）圈結構在外、回油螺紋（wén）在（zài）內的組合方式。
　　（5）由於回油腔內壓力的大小（xiǎo），極大地影（yǐng）響油封的密（mì）封質量（liàng），因此，在結構（gòu）及強度允許的條件下，增壓器的（de）回油腔容積應盡可能的大，以保證回油（yóu）的（de）暢通（tōng）。
　　此外，應進一（yī）步在確定漲圈的（de）技術參數（shù）（如彈性、張力和開口間隙等）對油封密封質量的影響程度，以及如何延長漲圈的有效使用壽命和提高其可靠性等方麵開展深人細致（zhì）的（de）研究工作，以達到徹底根除增壓器油封漏油這（zhè）一慣性質量故障的目的（de）。