代 睿 嚴(yán)榮軍

（1.海軍裝備部 西安 710068）（2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所 西安 710068）

1 引言

艦載主要雷達(dá)設(shè)備一般尺寸較大，對(duì)控制靈敏性及準(zhǔn)確性要求較高，因此方位旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)上常采用非接觸式動(dòng)密封結(jié)構(gòu)中的迷宮密封結(jié)構(gòu)[1]，降低天線座摩擦力矩，并在迷宮縫隙中填充潤(rùn)滑脂等以輔助提高防水性能和防腐性。某艦載雷達(dá)設(shè)備方位旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)采用迷宮密封結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷極端氣候條件后迷宮位置發(fā)生進(jìn)水故障，通過研究分析，該迷宮結(jié)構(gòu)在迷宮參數(shù)選取、外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面均存在不合理之處，無法滿足設(shè)備在極端氣候條件下的防水要求。本文針對(duì)該故障原因、環(huán)境條件及結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)對(duì)原方位迷宮部位進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高其防水性能[2～4]。

2 原方位迷宮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

某艦載雷達(dá)方位迷宮結(jié)構(gòu)及位置如圖1所示，上端為天線轉(zhuǎn)動(dòng)部分，下端為與船體連接的固定部分，中間通過方位軸承連接為一體；方位迷宮由方位轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分裝配后環(huán)形密封齒交錯(cuò)形成；固定部分密封齒下方支撐結(jié)構(gòu)為錐形斜面結(jié)構(gòu)，斜面與水平方向角度為21°，方位迷宮徑向間隙為1mm，軸向間隙為2mm。

3 原方位迷宮防水失效原因分析

3.1 迷宮結(jié)構(gòu)參數(shù)

迷宮密封結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)件和固定件之間的密封齒之間形成微小的曲折間隙，流體進(jìn)入迷宮后經(jīng)過多次間隙節(jié)流產(chǎn)生較大的能量損耗，壓頭大幅下降，難以繼續(xù)進(jìn)入內(nèi)部以實(shí)現(xiàn)密封，因此影響迷宮密封效果的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為迷宮間隙，機(jī)械手冊(cè)規(guī)定的迷宮沿徑向布置軸徑大于180mm時(shí)，密封齒徑向間隙最大取0.5mm[5]，如圖2所示e值。

圖1 原方位迷宮結(jié)構(gòu)

圖2 徑向迷宮密封間隙尺寸[5]

經(jīng)檢查，故障迷宮的徑向間隙理論尺寸為1mm，實(shí)際裝配尺寸大于1mm，如圖3所示，為規(guī)定最大間隙尺寸的兩倍。間隙增大會(huì)降低節(jié)流效應(yīng)，使得進(jìn)入迷宮部位的水流阻力降低，對(duì)沖擊水流的減壓作用減弱，面臨持續(xù)的大流量和大壓力水流作用時(shí)會(huì)造成密封作用失效[6-9]。

圖3 迷宮徑向間隙尺寸

3.2 迷宮外圍結(jié)構(gòu)

通過對(duì)比多種同類型產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)常規(guī)迷宮外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為豎直的壁面，如圖4所示，能夠有效降低對(duì)水流的引導(dǎo)作用和對(duì)迷宮的沖擊作用，同時(shí)迷宮高度方向位置位于方位軸承下表面，即使迷宮內(nèi)部進(jìn)入少量水流，經(jīng)過軸承的阻擋不會(huì)直接進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，形成第二層防護(hù)。

發(fā)生進(jìn)水故障的設(shè)備迷宮外圍支撐結(jié)構(gòu)為錐形斜面（如圖1所示），與水平面的角度較?。?1°），高度方向上距離較短，當(dāng)外部壓力水流沖擊設(shè)備時(shí)，容易引導(dǎo)壓力水沖擊到迷宮縫隙位置，當(dāng)迷宮間隙尺寸不合理時(shí)，沖擊水流極易進(jìn)入迷宮內(nèi)部；此外其迷宮位置位于方位軸承上表面，當(dāng)迷宮發(fā)生進(jìn)水后會(huì)直接翻過軸承進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，引發(fā)設(shè)備進(jìn)水故障。因此，導(dǎo)致方位迷宮進(jìn)水故障的主要原因是迷宮結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和迷宮外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起。

圖4 典型的迷宮外圍結(jié)構(gòu)

3.3 迷宮潤(rùn)滑脂

迷宮密封的間隙一般涂滿潤(rùn)滑脂作為輔助措施提高迷宮的防水能力，利用潤(rùn)滑脂本身具有的與金屬較高的表面親和力和張力，較高的粘滯系數(shù)和觸變性有效地阻止液體進(jìn)入迷宮，起到更好的密封效果，同時(shí)能夠防止灰塵和鹽霧等進(jìn)入天線座內(nèi)部，具有防腐作用，設(shè)備裝配時(shí)要求迷宮間隙涂滿潤(rùn)滑脂。但在檢查同型設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備迷宮中的輔助填物潤(rùn)滑脂有缺損，迷宮中形成通道，面臨高壓沖擊水流和迷宮間隙不合理的情況下，對(duì)壓力水的減壓阻擋作用降低，高壓水進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，造成防水失效。

3.4 環(huán)境條件

原設(shè)備方位動(dòng)密封防水設(shè)計(jì)是按照軍標(biāo)GJB150.8A-2009淋雨試驗(yàn)的常規(guī)防水要求進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]，能夠滿足常規(guī)環(huán)境條件下的防水要求。當(dāng)面臨遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)指標(biāo)的極端環(huán)境條件，如高壓水槍沖洗設(shè)備迷宮部位或者高等級(jí)臺(tái)風(fēng)等，容易造成密封失效。

綜上所述，方位迷宮的間隙尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、填物缺失和環(huán)境變化四方面因素綜合導(dǎo)致方位迷宮防水作用失效。

4 優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 防水改進(jìn)措施

通過對(duì)原天線座方位迷宮防水失效的原因分析，同時(shí)考慮到已有設(shè)備不具備現(xiàn)場(chǎng)改造的條件，優(yōu)化改進(jìn)措施主要是防止大壓力、大流量的沖擊水流直接作用在方位迷宮位置，對(duì)迷宮外圍進(jìn)行防護(hù)，提高設(shè)備的防水能力[11～13]。

主要措施是在迷宮外圍加裝一層防水裝置，由內(nèi)圈和外圈兩部分結(jié)構(gòu)組成，將大部分沖擊水流阻隔在迷宮以外，防止直接作用在迷宮縫隙處，如圖5所示。

4.2 內(nèi)圈結(jié)構(gòu)

內(nèi)圈結(jié)構(gòu)主要由橡膠墊和密封件組成，截面如圖6所示，橡膠墊上端粘接在方位轉(zhuǎn)動(dòng)部分上，下端搭接在固定部分的斜面上，同時(shí)密封件軸向上端固定在方位轉(zhuǎn)動(dòng)部分及橡膠墊外側(cè)，下端的迷宮槽與固定部分斜面的間隙尺寸調(diào)整為0.5mm，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙涂抹潤(rùn)滑脂。密封件徑向?yàn)閮啥蜗嗤Y(jié)構(gòu)的半圓形結(jié)構(gòu)件拼接構(gòu)成，在結(jié)合處的安裝法蘭處用螺釘連接為一體，裝配完成后方位轉(zhuǎn)動(dòng)部位形成內(nèi)外兩道迷宮結(jié)構(gòu)，提高了防水能力。

圖6 內(nèi)圈結(jié)構(gòu)組成

4.3 外圈結(jié)構(gòu)

外圈結(jié)構(gòu)截面圖同圖5所示，由四部分相同結(jié)構(gòu)的四分之一圓弧結(jié)構(gòu)件拼接組成，四處接縫處相互搭接并用螺釘連接為一體，下端通過過渡件和原設(shè)備安裝螺栓固定在設(shè)備固定部分，中間加強(qiáng)筋支撐在固定部分的斜面上，加強(qiáng)筋為連續(xù)間斷的齒狀結(jié)構(gòu)，能夠增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)能夠順利排出內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)之間腔體內(nèi)部的水流。

4.4 防水性能分析

內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)件安裝完成后，防水優(yōu)化措施的迷宮部位一周進(jìn)水口間隙2mm，一周出水口間隙10mm，如圖7所示，沖擊水流大部分被外圈結(jié)構(gòu)阻擋在外部，進(jìn)入內(nèi)外圈內(nèi)部腔體的小部分水流能夠順利排出，不會(huì)形成積水，同時(shí)從進(jìn)水口進(jìn)入的水流經(jīng)過小間隙減壓后，沿方位斜面從出水口流出，不會(huì)沖擊在原迷宮縫隙位置處，具有較好的防水能力。

圖7 防水流沖擊示意圖

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)方法

圖8 沖水試驗(yàn)位置及方向

為驗(yàn)證防水改進(jìn)措施的防水可靠性，試驗(yàn)時(shí)提高防水等級(jí)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJB4.13-1983《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)外殼防水試驗(yàn)》中防水等級(jí)3（防水式）的防水試驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法[14]，將φ25mm標(biāo)準(zhǔn)高壓水龍頭調(diào)整至與天線座5m處，在天線座4個(gè)方向上以2kg/cm2的出口壓力向天線座方位迷宮部位沖水，每個(gè)方向5min，模擬極端氣候條件及設(shè)備沖洗噴水條件。試驗(yàn)時(shí)將防水改進(jìn)措施安裝在原設(shè)備上，然后整體安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)上運(yùn)轉(zhuǎn)至淋雨試驗(yàn)室進(jìn)行高壓沖水試驗(yàn)，如圖8所示，試驗(yàn)后檢查天線座腔體內(nèi)部是否發(fā)生進(jìn)水現(xiàn)象。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)備沖水試驗(yàn)過程如圖9（a）所示，試驗(yàn)完成后，打開設(shè)備天線座最下端的全部蓋板，檢查天線座內(nèi)部腔體，如圖9（b）、（c）所示，左右兩邊腔體內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象，說明改進(jìn)措施對(duì)方位迷宮具有較好的防護(hù)性能，滿足高等級(jí)的防水要求，提高了整個(gè)設(shè)備的防水能力。

圖9 天線座沖水試驗(yàn)及內(nèi)部檢查結(jié)果

6 結(jié)語

本文結(jié)合某艦載設(shè)備的方位迷宮進(jìn)水故障，對(duì)密封失效機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并基于分析結(jié)論和外場(chǎng)實(shí)際安裝條件設(shè)計(jì)了一套優(yōu)化防水措施，并進(jìn)行了高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的防水試驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證表明優(yōu)化防水措施具有較好的防水性能，提高了原設(shè)備的防水能力，能夠滿足設(shè)備在惡劣條件下的使用要求，成功解決了設(shè)備進(jìn)水技術(shù)故障。