CN102001553B - 用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒。它包括左右端盖、卷筒外筒、端盖支持杆、卷筒、卷筒左右支撑、电机座、电机、内转子、外转子、内外磁块、定子、定子密封圈以及电机座端盖；电机固定在电机座中，电机座与定子通过定子密封圈将电机输出轴与外界海水隔离；电机输出轴带动内磁块旋转，内磁块磁场的变化通过磁场耦合带动外磁块旋转，内磁块与外磁块之间通过定子相互隔离，外磁块浸入水中，内磁块被定子密封不与水接触；外磁块带动卷筒左支撑旋转，从而带动卷筒旋转。用于深水的电机驱动磁耦合非接触式钢丝绳卷筒可在水深1500～10000米范围内进行钢丝绳的缠绕、收放作业。
Description
技术领域
本发明提供的是一种用于深水的绳缆卷筒结构。
背景技术
对于深水中回转机构的电机驱动，它的关键问题是如何解决电机输出轴动密封适应水深1500～10000m(15～100MPa)的问题。对于水下动密封的技术主要有四种方式，即：O形圈密封、O形圈与聚四氟乙烯滑环的组合密封、机械密封、磁流体密封，具体特点分别为：①一般橡胶O形圈密封压力不能超过1.5MPa，同时，旋转的线速度在3.5m/s以内为宜；②组合密封的密封压力为0～70MPa，可用于7000米以内的水深，旋转的线速度6m/s以内；③磁流体密封，单级密封能力最大可为120kPa～180kPa，整个密封能力很难超越1.5MPa，即水深150米；④机械密封，压力可以达到45MPa，温度为200℃～450℃，旋转线速度高达150m/s，同样，可用于水深不超过4500m。随着水深的增加，电机动密封承受的压力越来越大，当水深超过4500米时，这四种形式的动密封均达不到密封要求，因而，进行水下回转轴动密封的设计需要特殊考虑压力变化对密封状况的影响。
通过CNKI、维普、Elsevier等检索工具，检索到23篇关于起重|卷筒、动密封|水、机械密封|水；hoisting|wound roll，dynamic seal|underwater，mechanical seal|underwater等相关论文，但是无一条涉及到用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在水深1500～10000米范围内进行钢丝绳、电缆、光缆、软管、线绳等软缆缠绕作业的用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒。
本发明的目的是这样实现的：它包括左右端盖、卷筒外筒、端盖支持杆、卷筒、卷筒左右支撑、电机座、电机、内转子、外转子、内外磁块、定子、定子密封圈以及电机座端盖；电机固定在电机座中，电机座与定子通过定子密封圈将电机输出轴与外界海水隔离；电机输出轴带动内磁块旋转，内磁块磁场的变化通过磁场耦合带动外磁块旋转，内磁块与外磁块之间通过定子相互隔离，外磁块浸入水中，内磁块被定子密封不与水接触；外磁块带动卷筒左支撑旋转，从而带动卷筒旋转。
本发明的用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒，可在水深1500～10000米范围内进行钢丝绳、电缆、光缆、软管、线绳等软缆缠绕作业。主要组成包括左右端盖、卷筒外筒、端盖支持杆、卷筒、卷筒左右支撑、电机座、电机、内转子、外转子、内外磁块、定子、定子密封圈、电机座端盖等部件。首先，将电机固定在电机座中，电机座与定子通过定子密封圈将电机输出轴与外界海水隔离，将电机输出轴的动密封转变为定子与电机座之间的静密封，静密封的密封效果明显好于现动密封的效果，它能够适应任何水深的密封。其次，电机输出轴带动内磁块旋转，内磁块磁场的变化通过磁场耦合带动外磁块旋转，内磁块与外磁块之间通过定子相互隔离，外磁块浸入水中，内磁块被定子密封不与水接触，因而是非接触的；外磁块带动卷筒左支撑旋转，从而带动卷筒旋转进行绳缆的缠绕，实现绳缆水下收放作业。
本发明的工作原理为：用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒转动工作过程分为电机、磁耦合转子、卷筒三个顺序转动，卷筒转动实现绳缆的缠绕作业，具体如下：
1)电机转动：电信号通过水密电缆接头36输送到电机上控制电机输出轴40转动，电机25由电机固定螺钉24固定在电机座33上，电机座33由电机座平键32固定在右端盖29上，右端盖29是固定状态，因而，电机25为固定状态，电机通电后电机输出轴40将产生旋转运动。
2)磁耦合转子转动：电机输出轴40转动带动内转子41转动，内磁块42镶嵌在内转子41外壁处，内转子41旋转，使得磁场方向改变，外部的外转子11中外磁块43将受到这个磁力线的变化，通过磁场耦合将随着内转子41产生旋转运动，内转子41与外转子11由定子9隔离开，处于非接触状态，因此，称为磁耦合非接触驱动的转动。
3)卷筒转动：外转子11通过外转子平键10带动卷筒左支撑12旋转，卷筒左支撑12由卷筒左支撑联接螺钉16与卷筒14联接，外转子11的转动将带动卷筒14的转动，这样，就实现了绳缆的缠绕、收放作业。
附图说明
图1是本发明的用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒主视图；
图2是图1的I——I向局部视图；
图3是图1的B——B向局部视图。
具体实施方式
用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒主要应用在水深1500～10000米范围内进行钢丝绳、电缆、光缆、软管、线绳等软缆缠绕作业。对于此设计的实施例中所需缠绕的对象为直径φ3mm、长度30m的钢丝绳，结构如图1所示，设计基础参数为：规格(长×宽×高)：450×280×300mm；重量：40kg。其它设计参数为：电机输出轴40直径φ15mm；滚动轴承26型号：30220；卷筒14外径：φ220mm；端盖支撑杆6直径：φ16mm；导柱4直径：φ5mm；内转子41外径：φ56mm；外转子11内径：φ82mm；定子9外径：φ80mm；定子端部螺钉8：M5；导柱螺母2：M3；端盖支撑杆螺钉5：M10；卷筒左支撑联接螺钉16：M6；定子联接螺钉21：M6；电机座右端盖固定螺钉34：M5；卷筒外筒17外径：φ224mm。
结合图1-图3。用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒由左端盖1、导柱螺母2、导柱螺母垫圈3、导柱4、端盖支撑杆螺钉5、端盖支撑杆6、挡圈7、定子端部螺钉8、定子9、外转子平键10、外转子11、卷筒左支撑12、夹子螺母13、卷筒14、端盖螺钉垫圈15、卷筒左支撑联接螺钉16、卷筒外筒17、电机轴键18、电机轴紧定螺钉19、定子密封圈20、定子联接螺钉21、定子联接螺钉螺母22、定子联接螺钉垫圈23、电机固定螺钉24、电机25、滚动轴承26、轴承挡圈27、卷筒右支撑联接螺母28、右端盖29、卷筒右支撑30、电机座紧定螺钉31、电机座平键32、电机座33、电机座右端盖固定螺钉34、电机座右端盖35、水密电缆接头36、电机座左盖37、电机座密封圈38、滚动轴承锁紧螺母39、电机输出轴40、内转子41、内磁块42、外磁块43、滑动轴承44、滑块45、滑块轴套46、绳缆夹紧块47、绳缆固定夹子48、绳缆49组成。
卷筒外筒17固定在左端盖1与右端盖29的端部凸台处，左端盖1与右端盖29通过端盖支撑杆6定位并由端盖支撑杆螺钉5将卷筒外筒17、左端盖1、右端盖29固定。导柱4为两个，通过导柱螺母2、导柱螺母垫圈3固定在左端盖1与右端盖29上，在导柱4安装滑块45，滑块轴套46过盈装配在滑块45中，滑块45沿导柱4左右移动。卷筒14由卷筒左支撑12、卷筒右支撑30通过卷筒左支撑联接螺钉16、卷筒右支撑联接螺母28固定联接，左端通过挡圈7定位，右端通过电机座33定位。外转子11通过滑动轴承44装配在定子9上，外转子11与卷筒左支撑12通过外转子平键10周向联接，即外转子11的转动带动卷筒左支撑12旋转。在卷筒左支撑12上固定有绳缆夹紧块47、绳缆固定夹子48，绳缆49穿过绳缆固定夹子48由夹子螺母13锁紧固定，在卷筒14外表面开有沟槽，绳缆49沿卷筒14外表面缠绕，经过滑块轴套46输送到绳缆卷筒外面。电机25放置在电机座33中，通过电机固定螺钉24固定，电机输出轴40通过电机轴键18与内转子41周向联接，内转子41由电机轴紧定螺钉19轴向固定。电机座33左端法兰与定子9右端法兰通过定子联接螺钉21、定子联接螺钉螺母22、定子联接螺钉垫圈23联接固定，接合面处安装有定子密封圈20实现两法兰面的静密封；电机座33右端固定有电机座右盖37，在接合面处安装有电机座密封圈38，实现电机座33右端密封；电机座右端盖35由电机座右端盖固定螺钉34固定在电机座右盖37上，在电机座右端盖35上固定有水密电缆接头36，通过水密电缆接头36实现外界电缆与电机的连接；电机座33中部固定有滚动轴承26，滚动轴承26外圈固定在卷筒14内壁上，滚动轴承26内圈固定电机座33外圈上，通过轴承挡圈27、滚动轴承锁紧螺母39轴向固定在电机座33上；电机座33后部通过电机座平键32与右端盖29周向联接，电机座平键32通过电机座紧定螺钉31轴向固定，这样，电机座33周向被固定右端盖29上。
Claims (1)
1.一种用于深水的电机驱动磁耦合非接触式绳缆卷筒，由左端盖（1）、导柱螺母（2）、导柱螺母垫圈（3）、导柱（4）、端盖支撑杆螺钉（5）、端盖支撑杆（6）、挡圈（7）、定子端部螺钉（8）、定子（9）、外转子平键（10）、外转子（11）、卷筒左支撑（12）、夹子螺母（13）、卷筒（14）、端盖螺钉垫圈（15）、卷筒左支撑联接螺钉（16）、卷筒外筒（17）、电机轴键（18）、电机轴紧定螺钉（19）、定子密封圈（20）、定子联接螺钉（21）、定子联接螺钉螺母（22）、定子联接螺钉垫圈（23）、电机固定螺钉（24）、电机（25）、滚动轴承（26）、轴承挡圈（27）、卷筒右支撑联接螺母（28）、右端盖（29）、卷筒右支撑（30）、电机座紧定螺钉（31）、电机座平键（32）、电机座（33）、电机座右端盖固定螺钉（34）、电机座右端盖（35）、水密电缆接头（36）、电机座右盖（37）、电机座密封圈（38）、滚动轴承锁紧螺母（39）、电机输出轴（40）、内转子（41）、内磁块（42）、外磁块（43）、滑动轴承（44）、滑块（45）、滑块轴套（46）、绳缆夹紧块（47）、绳缆固定夹子（48）和绳缆（49）组成；
卷筒外筒（17）固定在左端盖（1）与右端盖（29）的端部凸台处，左端盖（1）与右端盖（29）通过端盖支撑杆（6）定位并由端盖支撑杆螺钉（5）将卷筒外筒（17）、左端盖（1）、右端盖（29）固定；导柱（4）为两个，通过导柱螺母（2）、导柱螺母垫圈（3）固定在左端盖（1）与右端盖（29）上，在导柱（4）安装滑块（45），滑块轴套（46）过盈装配在滑块（45）中，滑块（45）沿导柱（4）左右移动；卷筒（14）由卷筒左支撑（12）、卷筒右支撑（30）通过卷筒左支撑联接螺钉（16）、卷筒右支撑联接螺母（28）固定联接，左端通过挡圈（7）定位，右端通过电机座（33）定位；外转子（11）通过滑动轴承（44）装配在定子（9）上，外转子（11）与卷筒左支撑（12）通过外转子平键（10）周向联接，即外转子（11）的转动带动卷筒左支撑（12）旋转；在卷筒左支撑（12）上固定有绳缆夹紧块（47）、绳缆固定夹子（48），绳缆（49）穿过绳缆固定夹子（48）由夹子螺母（13）锁紧固定，在卷筒（14）外表面开有沟槽，绳缆（49）沿卷筒（14）外表面缠绕，经过滑块轴套（46）输送到绳缆卷筒外面；电机（25）放置在电机座（33）中，通过电机固定螺钉（24）固定，电机输出轴（40）通过电机轴键（18）与内转子（41）周向联接，内转子（41）由电机轴紧定螺钉（19）轴向固定；电机座（33）左端法兰与定子（9）右端法兰通过定子联接螺钉（21）、定子联接螺钉螺母（22）、定子联接螺钉垫圈（23）联接固定，接合面处安装有定子密封圈（20）实现两法兰面的静密封；电机座（33）右端固定有电机座右盖（37），在接合面处安装有电机座密封圈（38），实现电机座（33）右端密封；电机座右端盖（35）由电机座右端盖固定螺钉（34）固定在电机座右盖（37）上，在电机座右端盖（35）上固定有水密电缆接头（36），通过水密电缆接头（36）实现外界电缆与电机的连接；电机座（33）中部固定有滚动轴承（26），滚动轴承（26）外圈固定在卷筒（14）内壁上，滚动轴承（26）内圈固定电机座（33）外圈上，通过轴承挡圈（27）、滚动轴承锁紧螺母（39）轴向固定在电机座（33）上；电机座（33）后部通过电机座平键（32）与右端盖（29）周向联接，电机座平键（32）通过电机座紧定螺钉（31）轴向固定，电机座（33）周向被固定右端盖（29）上。
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