盾构机主驱动密封系统研究
盾构机主轴承的密封技术与防护措施
盾构机主轴承的密封技术与防护措施盾构机是一种用于地下隧道施工的重型机械设备，其工作环境复杂，主轴承是其核心部件之一。
为了确保盾构机主轴承的正常运行和延长使用寿命，密封技术和防护措施至关重要。
一、盾构机主轴承的密封技术为了保护盾构机主轴承免受灰尘、水分、颗粒物等外界因素的侵害，密封技术起到了关键作用。
以下是几种常见的盾构机主轴承密封技术：1. 橡胶密封：利用橡胶材料的弹性和耐腐蚀性，在主轴承外圈上设置橡胶密封圈，形成一道屏障，阻止外界杂质进入主轴承。
橡胶密封圈具有密封性能好、安装方便等优点。
2. 机械密封：机械密封是利用机械原理实现轴封闭合，形成离心力和局部真空从而达到密封效果。
常见的机械密封包括旋转密封和轴承密封等。
机械密封具有密封性能好、使用寿命长等特点，但需要定期维护和更换。
3. 气体密封：气体密封是通过气体压力将外界空气排斥在盾构机主轴承周围，形成一层气体屏障来达到密封效果。
气体密封具有密封性能优良、使用寿命长等特点，但需提供专门的气源。
二、防护措施除了密封技术，还需要采取相应的防护措施，以确保盾构机主轴承的安全运行。
以下是几种常见的防护措施：1. 清洁护理：盾构机工作环境中存在大量的尘埃和水分，这些杂质会严重影响主轴承的运行。
因此，在工作前、工作中和工作后都需要对主轴承进行清洁护理，保持轴承周围环境的清洁。
2. 温度控制：盾构机主轴承工作时会产生大量的热量，过高的温度会导致主轴承损坏。
要采取相应的冷却措施，如利用冷却水循环降低轴承温度。
3. 振动监测：通过安装振动传感器等设备对盾构机主轴承的振动进行监测，能够及时发现异常振动和故障，采取相应的维修措施，防止主轴承损坏。
4. 润滑保养：盾构机主轴承需要进行定期的润滑保养，确保其正常工作。
选用适合的润滑脂，并根据工作条件和使用寿命进行定期更换和加注。
5. 定期检查：定期对盾构机主轴承进行全面检查，包括密封性能、润滑情况、振动情况等，发现问题及时修复或更换零部件。
盾构机密封(盾构机械设备)
1.密封的机理
密封的机理
流动和耐压：根据帕斯卡原理，施加在静止液体边界上的压力，将以同等大小向液 体所有方向传递，处于接合面间的液态密封胶受到内压作用后，除接合面产生弹性变形 外，还会产生不可逆的牛顿型粘性流动。当间隙很小时仅发生弹性变形，当间隙大时才 发生流动，即开始泄漏。
使用液态密封胶的金属接合面，间隙一般都在0.1mm以下，而且液态密封胶又是粘 度很高的液体，很难发生流动，从而保持了密封性。
容积变化和流动：固体垫片的防泄漏作用是靠垫片的压缩而产生的弹性变形。而液 态密封胶的防漏是在受压和拉伸时容积发生变形，它不存在固体垫片的压缩变形，从而 也就没有压缩疲劳，弹性破坏，应力松弛等现象，而且它总是与连接 界面粘附着的，所 以能防止界面泄漏。
3.密封的种类 密封的种类
模压成型
大多数橡胶密封件均应用此种成型方法，如各种挤压密封、旋转轴唇形密封、往复 动唇形密封圈、复合密封、薄膜密封、波纹管形密封等。
加工成型
如矩形密封、活塞环密封、同轴密封（或滑环组合密封）等。
3.密封的种类
密封的种类
板或条类型材 如橡胶、纤维增强橡胶、粘接石棉纤维、芳族聚酰胺纤维等，板或条类型材多半用
2.密封的类型
密封的类型
密封可分为静密封和动密封两大类。 静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。 根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。 中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度 很窄的金属垫片。 动密封密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。 其他按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密 封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。 动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有 时称为动力密封。
盾构主驱动密封优化研究
单唇密封 NBR、HNBR
NBR 适用于-20 ~ 110 ℃ ,HNBR 适用于-40 ~ 170 ℃ ; 结构复杂,对油脂依赖较强,泄漏风险较高,在无油脂润滑 状态下不能工作,需在压差状态下工作,不适用于高速回转运动;土压过高时存在轴向弹性压缩
多唇密封 聚氨酯
适用于-20 ~ 120 ℃ ; 对油脂依赖性不强、消耗少、泄漏低、可靠性高,可短时间在无油脂状态下工作,适用于高 速环境;但砂石一旦进入难以排出,成本高,现场无法更换
2) 密封安装不合格导致密封破坏,特别是唇形密 封,其结构设计保证了较好的结构跟随性和耐磨特性, 但对材料依赖度高;
3) 主驱动齿轮油污染,特别是磨合期产生的细小 金属颗粒,可能会划伤和加剧唇口磨损[7] ;
4) 密封油脂注入量不足,外部砂石易进入润滑通 道,造成密封磨损[8] 。
常见的密封失效形式如图 1 所示。
用; 3)通过构建背压,形成合理的压差,能够提高密封系统整体的承压能力; 4) 并联安装中间环的方法,可有效解决因外载压力过
大导致密封翻转、进而密封系统整体失效的问题。
关键词: 盾构; 主驱动密封; 密封失效; 密封优化; 结构设计; 安装工艺
DOI: 10. 3973 / j. issn. 2096-4498. 2021. 06. 020
在盾构施工条件恶劣的环境下,可在第 1 道密封 前增设迷宫密封; 对已设置迷宫密封的情况,可采用 密封性和稳定性更高的迷宫形式,并在迷宫密封中注 入适合的油脂,如通过延长迷宫长度、增设油脂缓冲腔 等方式提高密封性能。 2. 3 安装方式优化 2. 3. 1 VD 密封安装优化
针对前文中提到的 VD 密封由于粘接不牢导致的 断裂失效,文献[9] 提出采用压板法替代胶粘法,2 种 安装方式对比如图 3 所示。
浅谈盾构机主驱动密封跑道环再制造
浅谈盾构机主驱动密封跑道环再制造发表时间：2020-07-10T01:19:05.461Z 来源：《中国科技人才》2020年第5期作者：陈爽[导读] 基于粤水电某号盾构机再制造应用实例，详细介绍主驱动拆解、密封跑道磨损修复方法及检测过程。
一重集团（天津）隧道工程有限公司天津市 300301摘要：盾构机再制造工程是以盾构机全寿命周期设计和管理为指导，以废旧盾构机实现性能提升为目标，以优秀、高效、节能、节材和环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧盾构机进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动。
作为盾构机核心部件主驱动，为解决盾构机主驱动密封跑道磨损问题，基于粤水电某号盾构机再制造应用实例，详细介绍主驱动拆解、密封跑道磨损修复方法及检测过程。
关键词：再制造；静态保压；主驱动内；外唇形密封；密封跑道正文：引言：近年来，我国轨道交通建设尤其是地铁建设快速增长，中国内地共有53个城市正在建设或规划新的城市轨道交通路线，总规划里程超过15000km，论坛上首发的《中国盾构工程科技新进展》披露，从2015年底到2019年底，国内拥有盾构机台数从1000台（套）左右，迅速增长到目前的3000台（套）以上，这些盾构机分布在全国各地城市建设工地。
随着全国盾构机保有量不断增加以及早期生产盾构机已经存在着的超期限服役及异地使用的不适应性等因素，盾构机再制造业务已经得到全面开展。
主驱动是盾构机核心部件之一，再盾构的使用过程中，由于主轴承密封唇口与密封滑道间长期的旋转和摩擦，密封唇口会在密封跑道环形成较深磨痕，导致密封压缩量减少，影响密封效果，从而导致泥砂渗透入主驱动润滑系统中，对整个主驱动密封润滑系统造成更加严重的磨损。
因此，对盾构机再制造过程中密封跑道环进行修复，是盾构机再制造的一个关键性问题。
1 设备使用及主驱动结构情况 1.1使用情况粤水电轨道交通建设有限公司保有的三菱某号土压平衡盾构于2012年6月出厂，分别于穗莞深项目工地累计掘进2.7公里，广佛环项目部1标3号井掘进1.3公里，完成两个项目2个区间的掘进施工任务，累计掘金里程达到4公里。
盾构机HBW密封系统的改进
盾构HBW密封系统的改进王国义（中铁十三局集团有限公司成都地铁项目经理部四川成都610015）摘要盾构作为地铁隧道施工的主要设备在中国迅速发展，为了保证隧道施工的安全性，盾构诸多系统中的HBW密封系统有着重要的作用。
本文从盾构的三种密封开始叙述，进而提出原HBW密封系统的设计原理和PLC控制原理，分析原设计由于没有控制分流器脉冲数的上限，致使实际HBW注入量远远超出理论范围，造成施工方成本的增加与浪费。
为了能够降低施工成本在理论范围，提出在HBW密封系统设备的分流器前增加一气动球阀，设计一集成电路板对其进行控制，此集中电路板控制电磁阀两次通电间隔时间(0～99秒)和每次的脉冲数(0～99)都是可以调节的，从而保证HBW注入量可以调节到理论范围内。
此系统改进后，经过实际应用，效果良好，能够达到节省盾构施工消耗成本的目的，同时也对其它盾构的HBW 密封系统的改进有所借鉴。
关键词HBW密封系统；设计原理；改进；成本Improvement of the labyrinth seal system for shield machineAbstract As the major tunnelling equipment for metro construction, shield machine develops rapidly in China.To ensure the safety of shield tunnelling, labyrinth seal system plays an important role in the construction. Beginning with the statement of three types of seal, then the principles of original HBW seal system and PLC control are brought out. Due to the lack of upper limit of diverter impulse, the volume of injection of HBW is far more theoretical volume which result in wasting of HBW and high cost. For reducing the cost of project, an air-powered valve is suggested to be added before diverter. And an IC board is designed to control the valve. The interval of activating(0~99) and each impulse(0~99) can be adjusted. These ensure the HBW volume can be adjusted to theoretical volume. The application of the improvement proves a better result and reduction of cost, and can be a reference of other project.Key words labyrinth seal system；design principle；improvement；cost1盾构的密封盾构是一种既能支承地层的压力、又能在地层中掘进的施工机具。
盾构机主驱动密封维修改造关键技术的思考
63中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.03 （下）对于盾构机来说，主驱动系统是以“心脏”的地位而存在，而主驱动的密封便是心脏外的一层保护膜。
在盾构机掘进的过程中，主驱动密封不能够在洞室中进行更换，如若由于密封损坏或者间隙过大等原因，使泥沙颗粒或者齿轮油等侵入到齿轮箱当中，导致主轴承损坏，将会引起整个盾构机的瘫痪，为盾构工程带来经济损失。
1 主驱动密封的设计1.1 出厂设计在当前国内市场中，虽然盾构机的品牌多种多样，但是主驱动密封的形式却十分相似，在结构设计方面应保障密封唇口具有较强的跟随性，与旋转轴之间始终处于最理想的角度。
在确保密封效果的基础上，使各个密封件之间的接触面积尽量变小，控制摩擦发热和对唇口产生的磨损，使其能够与压力工况相符合。
对盾构机主密封进行的设计主要分为内周密封和外周密封两周，内周密封由唇形密封实现，外周密封由VD 密封实现，其中唇形密封能够实现静、动、自密封作用，韧性良好。
而VD 密封是将V 形的一侧唇部加厚处理而成，活动性较强，能够弥补较大的公差和角度差，具体的出厂设计图如图1所示。
图1 主驱动出厂密封设计示意图 1.2 工作原理在两道密封中间注入EP0润滑油，外周的设计注入量约为20mL/min，内周每腔的注入量约为16mL/min，盾构机在掘进时累计消耗量约为2000mL/min。
VD 密封能够促进润滑油产生压力，当压力超出界定范围时会发生外泄，同时还能够有效防止润滑油回流现象。
在油脂注入到设备中后，润滑油会被挤进压板与土仓隔板当中，防止泥沙进入到密封内部，极大的提升了密封性。
2 盾构机主驱动密封存在的问题2.1 VD 密封断裂实效VD 密封中可能会出现断裂现象，通常出现断裂现象的主要原因在于安装时使用的胶粘强度不足，粘接不够均匀，而密封与衬套在相对旋转的过程中，衬套产生切向拉伸力，如若局部粘接强度较弱，则会在拉伸的作用下逐步开裂，然后在应力集中的作用下，产生密封断裂问题。
探析隧道内常压处理盾构机的主驱动密封及管控要点
探析隧道内常压处理盾构机的主驱动密封及管控要点发布时间：2021-11-26T03:05:11.139Z 来源：《中国科技教育》2021年第7期作者：覃宏江[导读] 在我国城市的跨海隧道、跨江隧道以及地铁隧道施工当中，盾构机作为其中非常重要的施工设备，在隧道工程施工当中发挥出了至关重要的作用。
上海隧道工程有限公司上海519000摘要：随着我国隧道工程的生物规模不断扩张，盾构技术也越发成熟，盾构机可以支撑地层内部所传递的强大压力，同时又能在地层的掘进工作中发挥出重要的工作优势，在隧道工程施工当中受到了广泛的应用。
本文重点针对隧道内常压处理盾构机的主驱动密封工作进行了分析和研究，同时提出了相应的管理控制要点，对保证盾构机的正常稳定工作和运行打下了良好的保障。
关键词：隧道工程；盾构机；主驱动密封在我国城市的跨海隧道、跨江隧道以及地铁隧道施工当中，盾构机作为其中非常重要的施工设备，在隧道工程施工当中发挥出了至关重要的作用。
本文针对我国某地区地铁隧道工程施工过程进行了分析和研究，对盾构机在工作当中出现的主驱动外密封失效问题，进行了深入性的研究和分析。
在该施工区域范围内不具备开挖竖井的地质条件，而盾构机在工作过程中只能保持前进而不能后退。
因此，最终决定在隧道内部通过内开仓的方法来更换盾构机的主驱动两道外密封结构。
针对这一问题，对隧道内常压处理盾构机的主驱动密封管理工作要点来进行了重点的分析和阐述。
1.工程概况以我国某城市内部大型的地铁隧道施工作为研究案例，该隧道工程呈现出一种曲线 V 字型结构，覆土的厚度保持在 18.9~25.8m 之间，挖掘隧道的线路最大坡度为 26%，最小的剖面曲线半径为 335.6m。
在施工过程中主要是以富水沙卵石作为主要的地层结构条件，在掘进工作中使用的是CB6680mm 平衡式盾构机来进行施工。
盾构机在挖掘工作当中发现检测系统内部存在异物，通过相关检查工作人员分析和判断之后发现，盾构机的外驱动前三道密封出现了失效问题，同时该盾构机的主驱动外密封使用的是 3+1 模式的成型密封材料。
NFM盾构机主传动轴旋转密封系统
２０ ０ ８年 ７月
赢体秸动与 控剑
Ｆ ｕｄ ｏ ｅ ａ ｓ ｓｉｎ ｎ ｎｒＩ ｌ ｉ Ｐ ｗ ｒ Ｔｒ ｎ ｍｉ ｓｏ ａ ｄ Ｃｏ ｔ ｏ
Ｎ Ｍ 盾构 机主传动轴旋转密封 系统 Ｆ
胡 小毛
３ ＭＰ 。密 封 Ａ 上 的压 差为 ０１ － ．５ ａ ５ ａ ． ０２ ＭＰ 。由于 唇 ５
收稿 １ ：０ ８ ０ — ０ ３期 ２ ０ — ３ １ 作者简介 ： 胡小毛 ， 。
２２ 操 作模 式 ．
Ｎ Ｇ２操作 模式 有 自动 和手 动两种 。 ＬＩ ２２１ 自动模 式 ．．
４ ）当启动刀盘之前 ， 必须把油脂手动模式转换 为 自动模式 。
２３运 行条件 ．
于 ０ ＭＰ ，Ｌ ． ａＰ Ｃ将停止油脂的注入。 ５ 在 注 入 油脂 的 同时 ， 仅通 过 压 力 传感 器 来 检 不 测旋转体 的工作情况 ， 还要通过计数器来检测油脂 的注 入量 。如果 唇 形 密 封 出现 泄漏 ， 么压 力 传 感 那 器 将无 法 检 测 到油脂 压 力 。为 了满 足 润 滑 、 封 的 密 基本要求 ， 同时合理的使用油脂 ， 就需要运用计数 器来计算油脂 注入量 ， 对是否继续注脂做 出判断和 操作。根据设计要求 ，油脂管正常注入量为 ５ １ －０
（法 国 Ｎ Ｍ 技术有 限公 司 Ｆ 北京 １０ ０ ００ ０）
摘要 ： 本文 旨在介绍 Ｎ Ｍ盾构机的主传动轴 的关键旋转密封系统 。 Ｆ
关键 词 ： 盾构机 ； 旋转密封 ； 唇形密封 ； 油脂
中图分类＂ ：Ｈ１７ ￣ Ｔ ３ ＇ 文献标识码： Ｂ 文章编号 ：１７ — ９ ４ ｛０ ８ ０ — ０ ０ ０ ２ ６ ２ ８ ０ ２０ ）４ ０ ５ — ０
盾构机主驱动密封系统研究
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.25.019盾构机主驱动密封系统研究张拓 穆立烨(北方重工装备(沈阳)有限公司 辽宁沈阳 110000)摘 要：盾构机的密封性好坏能够决定盾构施工的安全程度,盾构机内部与外界的隔离完全依赖与盾构机的密封性。
盾构机的日常工作运行中,比较常见的机器故障是主驱动密封不严密,带来的一系列问题使盾构机运行时零件受损,本文对理论进行了分析并将理论进行实践,对密封主驱动的技术原理进行了研究,通过研究来找到盾构机主驱动密封失效的影响因素,希望盾构施工过程中盾构机能更稳定的工作。
关键词：主驱动 密封 盾构机中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)09(a)-0019-02盾构机是一种用于挖掘隧道的机器,盾构机的动力源就是它的主驱动,主驱动是盾构机的核心组成部分,主驱动连接的是前方的刀盘,刀盘的转动扭矩以及机器前进的推动力都是主驱动提供的,主驱动的维护非常困难，通常具有非常高的稳定性来减少维修频率和延长工作寿命，密封主驱动能够保护主驱动。
密封系统的损坏会导致主驱动的零件磨损严重甚至毁坏无法工作,此外,工程施工现场的维修条件十分有限,密封系统的损坏增加了维修成本，施工成本也会随之增加,施工工期延时。
因此,研究盾构机主驱动的密封失效问题是十分重要的,我们能够由此进行问题预防以及探究维护问题的快速解决方式。
1 主驱动密封结构原理盾构机的支撑方式直接决定了盾构主驱动的密封结构，对盾构机进行结构设计时应对其支撑结构进行考量，盾构机的支撑方式有外圈、中间、中心等三种支撑形式，在盾构机中应用中心支撑比较常见。
中心支撑还分为周边以及内支撑两种形式，两种形式有相同的地方在于都对内部和外部进行了密封，但进行密封的程度以及工艺都不相同。
1.1 内支撑内支撑应用了双唇口密封技术来密封内支撑，双唇密封圈顾名思义是比单唇口密封圈多一个密封唇的一种密封装置。
盾构机HBW密封系统的改进
盾构机HBW密封系统的改进HBW密封系统的改进四川成都 610015）要盾构作为地铁隧道施工的主要设备在中国迅速发展，为了保证隧道施工的安全性，HBW密封系统有着重要的作用。
本文从盾构的三种密封开始叙述，进而提HBW密封系统的设计原理和PLC控制原理，分析原设计由于没有控制分流器脉冲数的上致使实际HBW注入量远远超出理论范围，造成施工方成本的增加与浪费。
为了能够降低提出在HBW密封系统设备的分流器前增加一气动球阀，设计一集成电此集中电路板控制电磁阀两次通电间隔时间(0～99秒)和每次的脉冲数～99)都是可以调节的，从而保证HBW注入量可以调节到理论范围内。
此系统改进后，经HBWHBW密封系统；设计原理；改进；成本As the major tunnelling equipment for metro construction, shield machine developsin China.To ensure the safety of shield tunnelling, labyrinth seal system plays anto be added before diverter. And an IC board is designed to control the valve. Theof activating(0~99) and each impulse(0~99) can be adjusted.These ensure the HBWlabyrinth seal system；design principle；improvement；cost盾构的密封又能在地层中掘进的施工机具。
城市地铁使用盾构法(一般为1.2米或1.5米)后使用拼装机将预制好的管片拼装到盾尾密封通常使用三排不锈钢钢丝盾构一般做成2节的形式。
中盾与盾尾之间以铰接的形铰接密封是为了防止周围地层的土砂、地下水等从中盾与盾尾之间的间隙流向盾构1）。
基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统研究及应用
Vol. 45 No. 3Mar. 2021第45卷第3期2021年3月液压与'动Chinese Hydraulics & Pneumatics doi ： 10.11832/j. issn. 1000-4858.2021.03.020基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统研究及应用王凯，文中保(中国铁建重工集团股份有限公司特种装备研究设计院，湖南长沙410100)摘要：泥水平衡式盾构机主驱动四道唇形密封组合承压能力一般不超过0.6 MPa ,无法满足设备在大于0.6 MPa 的高水压工况下的安全施工需求#据此，设计了基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封 气动自动保压系统。
该系统可将现有唇形密封承压能力提高至0.8 MPa ,并可自动实现加压、泄压，无需人为参与,降低工人劳动强度。
对该系统进行了仿真分析和实验验证，结果表明，该系统设计合理,控制精度 高，安全可靠，可满足泥水盾构机在0.8 MPa 高水压工况下主驱动的密封要求。
关键词：盾构机;主驱动密封;气动；压差控制；保压系统中图分类号:TH138 文献标志码:B 文章编号#1000-4858(2021 )03-0140-08Research and Application on the Pneumatic Automatic Pressure MaintainingSystem of the Main Drive Seal of Slurra Balancc Shield MachineBased on the Pressure DiSerence ControlWANG Kai , WEN Zhong-bao(Special Equipment Research and Design Institute , CRCH , Changsha , Hunan 410100)Abstract : The combined pressure 2x (0 capacity of the foutip seals by the slurry btanced shield machine maindive is generally less than 0. 6 MPa, which com meet the safety construction requirements of the equipment underthe high water pressure condition of more than 0. 6 MPa. In order to solve this problem , the main 40x (0 seal pneumatic automatic pressure maintaining system of slurry balanco shield machine based o n pressure dPferencocontrol is designed. This system esn increase the p/ssue bea/ng capacity of the existing lip seal to 0. 8 MPa, and esn automaticcliy realize pressure and pressure relieV without human poticipOion , reducing the labor intensity ofworkers • The simulation analysis and expe/mentat ve/fication of the system show that the design of the system is eeasonabee , iheoonieoeaooueaoyishigh , and ihesysiem issaeand eeeiabee , whioh oan meei ihe seaeingrequirements of the main drive of the slurra shield machine under the condition of 0. 8 MPa high water pressure.Key WO0t : shieia machine , main driye seal , pneumatic , dmerentiat pressure conWol , pressure maintaining system引言主驱动是盾构机的重要组成部分,其密封性能的 好坏直接决定了盾构机水土承压能力的大小［1］$目前盾构机主驱动主要采用唇形橡胶密封，为了提高水土承压能力，一般会设置四道密封唇［2-4］，如图1所示。
盾构机主驱动密封维修改造关键技术
盾构机主驱动密封维修改造关键技术摘要：对于盾构机来说，主驱动系统是以“心脏”的地位而存在，而主驱动的密封便是心脏外的一层保护膜。
在盾构机掘进的过程中，主驱动密封不能够在洞室中进行更换，如若由于密封损坏或者间隙过大等原因，使泥沙颗粒或者齿轮油等侵入到齿轮箱当中，导致主轴承损坏，将会引起整个盾构机的瘫痪，为盾构工程带来经济损失。
本文详细探讨了盾构机主驱动密封维修改造关键技术，旨在提升盾构机的使用效率，延长盾构机的使用寿命。
关键词：盾构机；主驱动密封；维修改造；关键技术盾构机主驱动系统被称为盾构机的“心脏”，主驱动密封就是“心脏的膈膜”，因此主驱动密封的作用至关重要。
完整可靠的主驱动密封一方面通过注入并保持一定压力的润滑油脂，给主驱动轴承提供良好的运转环境；另一方面，带有一定压力的润滑油脂向盾构机土仓侧强制挤出，可以有效地防止土仓内的泥砂进入主驱动内部，造成部件磨损而失效。
虽然盾构机主驱动密封与其它机械设备的密封形式基本相同，但由于盾构机在地下掘进施工中，该密封系统无法在隧道洞室内更换，如果在施工中因密封损坏或磨损间隙过大等问题而造成主轴承齿轮油泄漏或泥砂颗粒进入齿轮箱，引起主轴承或齿轮损坏，导致盾构机瘫痪，将给盾构工程带来非常严重的影响和不可估量的经济损失。
可借鉴多参数模拟密封舱技术，通过优化和联合控制各项参数，使盾构机主驱动密封达到更高标准。
1 盾构机主驱动密封存在的问题1.1 唇形密封断裂失效唇形密封出现断裂现象，断裂的原因是唇形密封的安装采用胶粘形式，局部的粘接强度不均匀，而密封与密封衬套相对旋转滑动时，类比水压致裂技术，密封套对密封产生沿圆周方向的切向拉伸力，如果密封粘结局部安装不良，密封粘接强度较低的部位在拉伸力的作用下，逐步造成密封开胶，然后形成应力集中，最终导致密封断裂而失效。
因此，驱动密封安装过程中应该避免密封材料的应力集中。
唇形密封断裂的后果是密封腔体内部润滑油脂由于失去密封的阻止而导致向大齿轮系统和轴承箱内泄漏，同时由于密封背部失去压力而前端存在土压力致使泥砂侵入导致唇形密封磨损严重，进而失效。
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盾构机主驱动密封系统研究
摘要本文通过比较市场上常见盾构机主驱动密封系统的异同，从密封结构的密封机理出发，分析不同厂家密封结构的优缺点，进而提出主驱动密封系统在设计、装配和运转过程需要注意的问题和优化建议，为盾构机设计和维保人员提供参考。
关键词盾构机；主驱动密封；密封机理；失效形式
引言
盾构机作为一种应用于地下工程施工的特种装备，其特殊的工作环境决定了其各个系统设计的安全性需求较高，盾构机的刀盘驱动密封系统是盾构机的最核心系统之一，主驱动密封系统性能的好坏直接决定盾构机性能的发挥，而且密封系统的失效在地下环境下很难修复，修复的成本将是惊人的，还会为整个工程带来巨大的安全风险。
工程人员结合实际工程案例分析了主驱动密封失效的主要原因和预防措施[1-2]。
日立造船为美国一公路隧道施工定制的开挖直径为17.5米的“伯莎”号盾构机在地下仅仅掘进了300米就发生了主驱动密封系统故障，盾构机无法在地下后退，密封件也无法在地下更换。
经过长时间的研究和方案比较，最终施工方决定采用在“伯莎”的前方开挖竖井并取出刀盘进行维修的办法。
此次主驱动密封系统的故障为项目带来1.5亿美元的损失和将近两年的而工期延迟。
上述主驱动密封系统失效的主要原因可能是在设计、装配、密封材料选型或者后期使用过程中维护不到位造成，因此，非常有必要对盾构机主驱动密封系统从密封结构形式、密封的组合结构和密封结构的密封机理等方面做深入研究。
1 主驱动密封系统的主要结构形式
1.1 基本密封结构的组合形式
各个不同的盾构机厂家对主驱动密封系统设计的结构形式是不同[3]。
为了达到良好的密封效果，大多采用不同的密封结构组合成密封系统，实现土仓内水土压力和主驱动箱内驱动组件的有效隔离。
常见的组合形式有以下几种：（1）機械迷宫密封+（2～5）道单唇口唇形密封，如图1所示。
（2）机械迷宫密封+（2～5）道单唇口压紧环密封，如图2所示。
（3）机械迷宫密封+（1～2）道多唇口唇形密封。
（4）机械迷宫密封+1道多唇口密封+（2～3）道单唇口密封，如图3所示。
1.2 密封空腔密封材料组合
在密封组合形式相同的情况下，密封空腔内注入的密封润滑材料不同或者密封材料注入的控制方式不同可以组成更多的主驱动密封系统。
例如，同样是机械迷宫密封加多道单唇口唇形密封的组合如图1结构组合，空腔内密封材料不同，可以形成以下组合：
（1）迷宫密封内HBW+EP2+320#齿轮油+泄露检测腔
（2）迷宫密封内HBW+68#液压油+68#液压油+泄露检测腔
（3）迷宫密封内HBW+NLGI2油脂+46#液压油+泄露检测腔
1.3 密封材料注入控制方式组合
从密封材料的注入控制方式方面，还可以分为流量控制、压力控制以及流量和压力相结合控制方式。
因此，不同的盾构机厂家或者密封制造厂家对密封机理的认识不同，设计出不同主驱动密封系统，这些密封系统具备不同的优缺点。
为了更好地理解不同组合的密封系统的性能，需要弄清楚基本的密封结构的作用机理。
2 基本密封结构的密封机理
密封和密封系统的设计、制造和运行，建立在与流体力学相关的一些原理上，诸如润滑、摩擦、磨损、传热、材料性质和机械设计等。
密封界面上物理过程受分子的相互作用、密封端面的几何形状、合适的力学平衡、传热和材料的性质等因素影响。
作用机理非常复杂，很难用准确的分析计算来预测密封系统的运行特性。
目前盾构机主驱动密封系统多采用单唇口或者多唇口的唇形密封（具体结构见图4）组合成隔离密封系统，现以单唇口密封为例分析影响密封作用的各因素。
2.1 唇形密封圈的密封原理
唇形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面。
图5为唇形密封安装后的接触压力分布。
无内压时，仅仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。
在密封受内压后，唇部受到周向压缩，唇口与密封面接触变宽，同时接触压力增大。
当内压在升高时，接触压力的分布和大小进一步改变，密封性能更好。
2.2 唇形密封材料对密封特性的影响
唇形密封所用材料多为聚合材料，主要包括橡胶和塑料。
这类复合材料通常都是密封厂家的专利技术，密封生产厂家一般不会透露材料的复合加工技术。
盾构机上常用的唇形密封材料多为不同硬度的丁腈橡胶和聚氨酯塑料。
多唇口唇形密封所使用的材料多为聚氨酯塑料。
单唇口密封所用材料多为丁腈橡胶或者加织物的橡胶。
从抗磨的角度看，聚氨酯材料优于橡胶，但从对温度的敏感性上看，聚氨酯塑料适用范围较窄。
使用高硬度的聚合橡胶制成的密封圈更适用于压力稳
定的环境，压力波动较大的环境适合使用软密封。
2.3 摩擦热对密封性能的影响
对于承压的旋转密封，摩擦生热是不可避免的，高水平的摩擦热需求有较好的传热界面。
因此，在主驱动密封设计时，要考虑密封的润滑和冷却，极端条件下还要考虑密封临近的液体的连续交换。
3 常见盾构机主驱动密封系统的优缺点分析
结合前文对密封原理的分析，以图1所示的密封系统为例，分析该主驱动密封系统优缺点和主要的失效形式，以及改进建议。
3.1 内外密封系统的工作原理
外密封系统采用机械迷宫密封+4道唇形密封组成，迷宫密封腔内注入HBW，其他密封腔从前到后依次为EP2、320#齿轮油和泄露检测腔。
HBW和EP2的注入方式为间断式流量控制，即刀盘运转时两种油脂以给定的量注入，以自适应压力来平衡土仓内的泥土压。
320#齿轮油的密封腔为独立的润滑油罐，在低土压的环境下，齿轮油腔内压力保持为0.2bar，起到润滑密封作用，当土仓压力较高时，通过增加齿轮油罐的压力为EP2腔密封提供被压，降低此密封两侧的压力差，改善密封的工作环境，延长密封的使用寿命。
内密封的结构类似外密封，为迷宫密封+3道唇形密封，取消了齿轮油润滑腔，HBW和EP2的注入控制方式同外密封。
3.2 此密封系统的缺点分析
（1）当土仓内土压波动大时，密封腔内的注脂量不易调整，造成油脂消耗量的增加。
（2）当迷宫密封腔内堵塞时，造成EP2挤出困难，压力升高，如果不及时调整齿轮油腔的压力则增加密封负担，加速密封磨损。
（3）内密封系统减少一道唇形密封，当土仓压力高或者内密封的HBW腔堵塞时，第二道密封的背压无法调整，加速第二道密封的磨损。
4 结束语
通过前文的分析比较可以看出，首先，不论哪种密封系统的设计，只要符合密封作用的机理在一定的使用环境下均能达到设计目的；其次，主驱动密封系统运转过程中，各密封腔的压力监测非常重要，当发现压力异常时，要及时根据密封设计的要求做相关的调整；最后，在主驱动密封系统的装配过程中要保证各个密封单元的良好工作状态，防止唇形密封的唇口预压紧不一致，唇口扭转或者运
转过程中密封的整体旋转等不良安装状态。
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