大功率柴油機曲軸油封由于曲軸軸徑大，轉速高、使用條件苛刻的原因，其密封問題仍未徹底解決。
油封的密封機理是油封唇口與旋轉軸之間形成一條線狀接觸帶，此帶處的軸與橡膠之間形成一非常薄的均勻油膜，厚度大約為2.5μm。油膜能將唇口與軸之間因相對運動而產生的摩擦熱帶走，使其潤滑；又能在油膜的表面產生一定的張力，阻止潤滑油的流出，形成密封。
能保證油膜的這一厚度，油封的密封性就良好。當油封唇口與軸配合的過盈太大時，唇口與軸之間的間隙變小，油膜厚度變小，形成了干摩檫或半干摩擦，摩檫熱帶不走，唇口很快就磨損、燒結；同時還將橡膠粘結在軸或唇口處，使油膜厚薄不均勻，這樣就破壞了油膜張力而易產生泄漏。當唇口與軸配合過盈量太小時，油封唇口與軸之間的接觸間隙變大，形成較厚的油膜,油膜張力變小，潤滑油就容易流動造成泄漏。
為提高大功率柴油機曲軸油封的密封性,我 們釆用了帶回流線型的氟橡膠油封和復合材料油封，并在結構設計和裝配與使用上加以改進，通過油封的部件臺架試驗、整機臺架試驗和試車試驗加以驗證，取得了良好的效果。
1 曲軸油封材料改進
曲軸油封安裝在發動機后端(傳動端)的曲軸尾部，曲軸軸徑為190mm，最高轉速為2350r/min，故唇口的線速度高達23.38m/s，超出了一般油封線速度的規定值(通常為14～15m/s)，而且唇口與軸接觸部分的溫度高達150℃。因此一般的丁腈橡膠油封滿足不了使用要求，常常發生泄漏。如我們研制的某型號初樣機油封，由于采用的特種丁腈橡膠2-73的耐油、耐溫性差，在整機臺架上運轉不久就滲漏，觀察油封，油封唇口有燒結現象，分析失效原因主要是唇口材料不能滿足高溫的要求。為此，在2-73材料的基礎上，在油封的唇口粘貼一層填充的聚四氟乙烯(PTFE)薄片，厚度約0.3～0.5mm，既利用2-73橡膠的優良彈性和跟隨性，又利用聚四氟乙烯的自潤滑性和使用溫度高的特性，經臺架試驗，密封性較以前有所改善，但還是不能滿足整機要求。為此我們研制了耐溫、耐磨、耐介質、拉伸強度高、抗老化性強的特種氟橡膠F70-12，經發動機臺架試驗，密封性有較大改善。
2 曲軸油封結構改進
2.1 采用回流型油封結構
在改進橡膠材料的基礎上,我們同時對油封結構進行改進，采用了回流型結構。從理論上分析，其流體力學性能較普通油封性能優良。因為回流型油封有回流線，回流線有泵吸作用,能及時將流入唇口部位的潤滑油泵回油封一側，起到了密封作用；同時泵回的油使唇口與軸的接觸部位形成潤滑油膜,使唇口磨損減小，延長油封的使用壽命。其結構如圖1所示。
圖1 回流型油封結構
在結構改進以后，模擬曲軸油封實際工作情況，按曲軸油封壽命試驗技術條件進行了臺架壽命試驗。試驗條件為：試驗臺轉速為2300r/min，介質為40CD油或10W40CD油，油溫為(90±5)℃與(125±5)℃各10h做循環，同時試驗兩套油封，不停機連續考核了610h(還可繼續)，其總滲漏量均小于5g，可以滿足整機500h的要求。 但在試驗完畢停車時，唇口部分有嗤嗤的響聲，并有油滲出來。分析原因，主要是在唇口處油的泡沬爆裂產生強烈的局部沖擊，迫使唇口與軸的間隙加大而滲油。此時曲軸箱的壓力較高，達0.05MPa，若及時采取降壓措施，使其不超過0.02MPa，則泄漏有所改善。如果將回油線凸出部分磨平或更換模具制成不帶回油線油封，則效果較帶回油線油封差。
2.2 油封前采用消泡板結構
為解決因泡沫而產生的滲漏，我們在柴油機上采取了消泡裝置，如圖2所示。消泡板與軸之間設計1.2〜1.5 mm的間隙，阻止泡沫進入油封內部，并在座體下部留有回油槽，在柴油機考核至201h未發現漏油現象，后因整機維修拆裝了曲軸，再裝上原油封后有微滲現象,直至發動機又運轉,微滲未中斷。
圖2 曲軸油封擋油板結構
2.3 甩油盤結構
借鑒其他柴油機的密封結構，油封前采用甩油盤(在壓緊襯套與傳動齒輪之間壓一小盤)，隨著曲軸的高速旋轉，將傳動齒輪擠出的高壓油甩離油封，如圖3所示。在柴油機中進行考核，到250h后有微滲現象。
圖3 曲軸油封甩油盤結構
2.4 低腰薄腰油封
在釆用擋油板和甩油盤結構后仍未能滿足整機要求，將機體上影響漏油的因素逐項排除，只有從油封本身的結構上加以調整,設計了低腰、薄腰大過盈量、密回流線型油封，腰部高從14mm降到12.5 mm；腰厚從 1.8mm降至1.4mm；唇口過盈量從2.2mm提高到2.8mm；并且將緊箍彈簧圓周長縮短8mm。
這樣既耐壓又跟隨性好，經部件臺架500h考核，密封性良好，滿足部件試驗技術條件要求；整機不同工況考核420h未滲漏(因其他原因在420h時重拆裝了曲軸)；其間還通過了塔河寒區和桂林熱區試車試驗，能可靠密封，可以滿足整機密封性要求。
2.5 復合型油封
由于橡膠油封主要存在啟動摩擦阻力大，耐高、低溫性差，易磨軸，不耐壓和軸的偏心及跳動 將明顯降低其密封性等缺點，借鑒國外油封的設計，我們研制了大直徑的動壓復合型聚四氟乙烯(PTFE)油封，由于PTFE的自潤滑性、摩擦因數小和耐高、低溫的性能以及其接觸帶較寬，近似于面接觸，對軸的磨損較小。而且，PTFE對軸的偏心不敏感，跟隨性較好，具備停車密封性能，因而在大功率、大軸徑的場合較有優勢。同時，復合型油封與橡膠油封具有互換功能,油封外骨架與座體為鋼-鋼小過盈接觸，因而安裝不易翹曲。
在柴油機臺架考核時，曲軸后油封450h不漏油，但前油封(軸徑為160mm)在100h拆檢時,堵蓋中有機油，分析可能是由于裝配不當引起的。
表2是不同結構油封整機臺架試驗結果。
表2 不同結構油封整機臺架試驗結果
3 曲軸油封裝機和使用
曲軸油封密封性的提高，不僅要有良好的材料和結構，而且要有正確的安裝和使用方法。
3.1 安裝偏心、翹曲
在某柴油機臺架試驗時，曲軸油封在30h試驗后就有滲漏現象，拆檢發現軸部光亮密封帶寬度較以前寬，三坐標檢查安裝在座體上的油封唇口，高度差為2.5mm，分析原因主要是油封在安裝時偏心、翹曲。因為在唇緣部分形成橢圓密封面,隨著軸的偏心運轉，唇口和軸之間的油膜厚度增大，就容易引起漏油。后經改進裝配工藝，用專用工裝將油封在壓力機上均勻壓入座體，使肉眼看不出偏心、翹曲，經過發動機考核以后，密封性顯著提高。
3.2 干摩擦
還有個別油封，上臺架試驗不久就漏油,拆檢發現唇口磨損較嚴重，而且在軸上粘著橡膠粘狀物，分析主要原因是裝配時沒有在唇口涂潤滑油，以致唇口與軸發生干摩擦而產生大量的摩擦熱，造成唇口過度磨損而泄漏。因此裝配時應在油封唇口涂一層潤滑油，以防止唇口與軸的干摩擦。
3.3 油封劃傷
由于油封己與油封座體成一部件,在安裝油封時，有時由于壓緊襯套的導向帶粗糙或有毛刺，會劃傷油封唇口，或由于導向帶與唇口涂抹潤滑油不夠，壓入油封時，出現翻唇或彈簧脫落，這樣都會破壞油封的密封性，造成漏油,因而需專用導向套并涂抹足夠的潤滑油。另外，油封座孔與軸的同心度、唇口處軸的粗糙度和緊箍彈簧的松緊度都是影響油封密封性的關鍵因素，在使用中要充分注意。
4 結論
通過大功率柴油機曲軸油封選用合適的帶回流線型的特種氟橡膠和復合材料，設計合理的結 構以及采用正確的安裝工藝等措施，發動機的漏油率顯著下降，密封性大有改進，能夠滿足大功率柴油機的使用要求。
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