1）主轴承密封功能及形式

①主轴承密封系统功能。

盾构机施工比较特殊，要求整机设备具有连续施工能力，主驱动系统使用寿命不低于10 000 h，密封系统作为驱动系统核心零部件，其使用寿命应不低于整机寿命。

密封系统的功能是保护刀盘主轴承，避免渣土、砂、地下水、泥浆以及添加剂等杂质侵入，防止刀盘主轴承内的润滑剂泄露，并且能够承受土舱及气压舱内的渣土压力、地下水水压力、泥沙压力、添加剂注入压力，以使刀盘主轴承保持良好的润滑条件和工作环境，达到预期的工作寿命。

②密封装置的形式。

密封装置主要有以下两种形式：

a.非接触式密封，包括间隙式、迷宫式和垫圈式等不同结构。由于此类装置中，密封件不与轴承的动套圈或配合件直接相接触，因此可用于高速运转轴承的密封。

b.接触式密封，包括毛毡密封、皮碗密封等。在此类密封装置中，密封件与轴承的动套圈或其他配合件直接相接触，故工作中产生摩擦磨损并使温度上升，一般适用于中、低速运转条件下轴承的密封。

密封形式应根据轴承的外部工作环境、轴承的转速与工作温度、轴承的支承结构与特点、润滑剂的种类与性能进行选择。盾构机刀盘主轴承一般工作在低速重载工况下，需要承受较高的地下水、土压力，对密封可靠性的要求非常高，因此经常采用的是接触式密封形式，也可两者结合采用。

2）主轴承密封系统选型设计

盾构机厂商在设计主轴承密封系统时常常采用骨架式唇形密封圈作为密封环件，常用的唇型密封圈有单唇形密封圈、带压紧环的唇形密封圈及多唇形密封圈，其结构如图3-22所示。采用不同密封圈的密封系统在结构形式上存在差异。

图3-22　主轴承密封圈

上述三种密封环件的结构设计要保证密封唇口有很好的跟随性，保持其与旋转轴有最佳的接触角度，在保证密封效果的同时减小密封件的动接触面积，最大限度降低摩擦发热和密封唇口的磨损，使之能很好地适用于压力工况。

唇形密封圈选材多为耐油耐水的高强度耐磨丁腈橡胶、聚亚安酯或聚氨酯，单唇密封圈在应用中靠外界压力或注入润滑油的压力使密封唇压紧于转轴上起到密封作用。压紧环密封圈在安装时可借助压紧环的预压力压紧于旋转轴上。多唇密封圈有更好的韧性，更能有效适应变形，对旋转轴的磨损相对较小，但这种异形多唇结构密封圈在价格上要比前两种密封圈高。

下面以成都地铁6号线土建3标所采用的主驱动密封方案为例说明实际施工中主驱动密封方案设计的具体形式。此段施工所用的盾构主驱动有两套密封系统：外密封系统对开挖舱方向进行密封；内密封系统对盾体内部常压进行密封。密封形式：外密封为4道唇形密封，内密封为2道唇形密封，如图3-23所示。主驱动密封设计承压能力不小于1 MPa。

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图3-23　成都地铁6号线3标采用的密封形式

外密封系统主要由4道唇形密封（图3-24）组成，通过自动持续注脂方式防止开挖舱的砂石、污水等进入变速箱。内密封系统主要由两道唇形密封组成，防止盾体内部固体微细颗粒等进入变速箱。

图3-24　唇形密封

内外密封环采用表面淬火处理，可通过螺栓调整密封环与密封唇口的接触位置，有效提高密封系统的使用寿命，且主轴承密封寿命大于10 000 h。

主驱动外密封采用较成熟、安全性更高的四唇聚氨酯密封，如图3-25所示，且设计径向密封+轴向密封+唇形密封。各密封之间自动注入润滑油脂，提高密封的止水能力并降低密封与轴的滑动阻力。密封耐磨环设计为可更换式，耐磨环表面通过熔覆技术堆焊耐磨层。

图3-25　主驱动密封结构

该方案有以下设计特色：

①过载保护装置。

扭矩限制器安装在液压电机的尾部，刀盘扭矩通过法兰、主轴承、小齿轮、花键轴、减速机传递，扭矩限制器对刀盘扭矩起过载保护作用。当刀盘扭矩值超过扭矩限制器设定的扭矩值时，扭矩限制器剪切销被剪断，从而切断电机与减速机之间的动力传递，实现过载保护，避免损坏主驱动关键部件。剪切销被剪切后，应及时排除故障，更换剪切销，给扭矩限制器注入相应的压力油，恢复系统正常运行。

②主轴承采用低速重载三排圆柱滚子轴承，并具有轴向预紧功能，抗冲击、减震动能力强。

③主驱动预留驱动孔，可扩展更大功率及扭矩，适应不同地层及更大直径盾构改造。

④主驱动密封采用新型聚氨酯密封，承压能力增强，适应地层范围更广。

⑤减速机、液压电机等驱动原件，外形尺寸紧凑，节省更大空间。