CN104443323A - 具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器 - Google Patents

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Abstract

一种深海勘探技术领域中的具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，包括：旋转集装式机械密封装置、推进器壳体、导管桨、直流无刷电机以及旋转变压器，其中：旋转集装式机械密封装置与直流无刷电机的传动轴轴向密封连接，旋转变压器采集传动轴的转速并通过液电接口的传输线路输出转速信息，推进器壳体和直流无刷电机的定子之间采用过盈配合装配，推进器壳体的前端通过固定有过渡法兰的连接支架与导管桨相连。本发明采用旋转集装式机械密封，密封材料硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀性好，密封结构形式新颖、组合简单合理、体积小，密封效果好，使推进器具有0～11000m全海深范围的工作能力。

Description

具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器
技术领域
本发明涉及的是一种深海勘探技术领域的装置，具体是一种具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器。
背景技术
电力推进装置和高压海水泵是深海潜水器中的重要组成部分，而水下电机则是这些水下机电装置的关键。基于直流无刷电机的水下电机，具有功率体积比大、扭矩大、效率高等优点。轴的动密封一直是潜水电机的关键技术，潜水电机由于密封而引起的故障率一直较高。由于电机是在水压下旋转工作，因而水压越高、转速越高，轴与机壳间就容易泄露。目前大部分水下电动装置的电机均工作在浅水区域中，随着水下装备向全海深发展，外部水压对深海电机的密封提出了更高的要求，但现有的密封结构形式和方法很难应用于万米海深水下机电装备。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102075053A公开(公告)日2011.05.25，公开了一种集成驱动器的深海水下直流无刷马达。该技术包括安装于密封壳体内的直流无刷马达定子和转子；在密封壳体上与输出轴端端盖的相对一侧，设有接线端端盖；接线端端盖的外侧安装有驱动器舱，驱动器舱内设置驱动器和压力补偿器；密封壳体与驱动器舱均实现密封装配，其内部充满液压油；接线端端盖上设通孔，使密封壳体与驱动器舱相通，驱动器的电气接线经通孔接于马达定子和转子。该技术驱动器集成度较高，不利于潜水器的模块化发展，而且密封结构较为简单，难以到达万米下潜深度，无法应用于全海深水下潜水器。
中国专利文献号CN102832749A公开(公告)日2012.12.19公开了一种充油压力补偿式深海电机及其制作方法，在永磁无刷直流电机的尾端连接一个设有活塞的压力补偿器，并使永磁无刷直流电机和压力补偿器的内腔相互相通，同时使压力补偿器靠近活塞端面的端部壳体的抗变形强度小于永磁无刷直流电机壳体的抗变形强度，然后向永磁无刷直流电机和压力补偿器的内腔充满绝缘液压油；该技术主要采用充油压力补偿方式，但密封结构较为简单、密封线路不够全面，难以到达万米下潜深度，无法应用于全海深水下潜水器。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，采用旋转集装式机械密封，具有11000m水深的工作能力。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：旋转集装式机械密封装置、推进器壳体、导管桨、直流无刷电机以及旋转变压器，其中：旋转集装式机械密封装置与直流无刷电机的传动轴轴向密封连接，旋转变压器采集传动轴的转速并通过液电接口的传输线路输出转速信息，推进器壳体和直流无刷电机的定子之间采用过盈配合装配，推进器壳体的前端通过固定有过渡法兰的连接支架与导管桨相连。
所述的过盈配合装配使得直流无刷电机内部产生的热量通过推进器壳体以热传导方式直接传入水中。
所述的旋转集装式机械密封装置包括：密封轴套、密封圈、推环、动环、静环、静环挡圈、静环座和波簧，其中：密封轴套与直流无刷电机的传动轴相配合，通过密封轴套的传动支点带动动环转动以实现旋转密封，波簧、推环和动环依次设置并位于密封轴套和静环之间，静环、静环座和静环挡圈依次固定设置于推进器壳体上，静环在外部水压力和内部油压作用下内外压力平衡。
所述的密封圈为氟橡胶制成，包括：两个静环密封圈、一个腔体密封圈、一个动环密封圈以及一个轴套密封圈，其中：静环密封圈用于静环和静环座之间、静环和静环挡圈之间的密封；腔体密封圈用于静环挡圈和推进器壳体之间接触面的密封；轴套密封圈用于密封轴套与电机传动轴之间的密封；动环密封圈用于动环和密封轴套之间的密封。
所述的动环通过波簧的压紧力实现与静环的紧密贴合。波簧、推环、动环与密封轴套固定成一体，从而实现动环与电机同轴旋转的同时保证了轴伸处的动密封。该装置经在压力筒中进行水压试验证明，它可以承受110Mpa的水压而不泄漏，相当于水下深度11000m。
所述的静环和动环为镍基硬质合金YWN8制成，密封轴套、推环、静环挡圈、静环座和波簧为316L不锈钢制成。
所述的推进器壳体上设置一个或者多个用于动力、信息和液压油传输的液电接口，推进器壳体内部通过液电接口充满补偿油，推进器内外压平衡，以便全海深条件下工作。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用旋转集装式机械密封，密封材料硬度高、耐磨损、耐高温、线膨胀系数小、摩擦系数低、耐腐蚀性好，密封结构形式新颖、组合简单合理、密封线路全面、体积小，密封效果良好，使推进器具有0～11000m全海深范围的工作能力。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为旋转集装式机械密封装置示意图(对称示意)；
图中：1旋转集装式机械密封装置、2推进器壳体、3液电接口、4传动轴、5轴承、6导管桨、7连接支架、8旋转变压器、9直流无刷定子、10转子、11密封轴套、12密封圈、13推环、14动环、15静环、16静环挡圈、17静环座和18波簧。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：旋转集装式机械密封装置1、推进器壳体2、传动轴4、导管桨6、连接支架7、旋转变压器8、直流无刷定子9及其转子10，其中：旋转集装式机械密封装置1与传动轴4轴向密封连接，旋转变压器8采集传动轴4的转速并通过液电接口的传输线路将转速传送给潜水器的控制系统，推进器壳体2和直流无刷定子9之间采用过盈配合装配，电机内部产生的热量通过推进器壳体2以热传导方式直接传入水中，推进器壳体2的前端通过固定有过渡法兰的连接支架7与导管桨6相连。
所述的旋转集装式机械密封装置1包括：密封轴套11、密封圈12、推环13、密封动环14、静环15、静环挡圈16、静环座17和波簧18，其中：密封轴套11与传动轴4相配合，通过密封轴套11的传动支点带动密封动环14转动并使之旋转密封，而静环15由静环座17和静环挡圈16固定在推进器壳体2上，由螺纹固定，静环15在外部水压力和内部油压作用下内外压力平衡。
所述的密封圈12包括静环密封圈、腔体密封圈、动环密封圈、轴套密封圈，材料为氟橡胶，其中静环密封圈有2个，其它密封圈均为1个。
所述的静环15和动环14的材料为镍基硬质合金YWN8，密封轴套11、推环13、静环挡圈16、静环座17和波簧18的材料为316L不锈钢。
所述的密封圈12密封位置包含5处：静环密封圈用于静环15和静环座17之间、静环15和静环挡圈16之间的密封；腔体密封圈用于静环挡圈16和推进器壳体2之间接触面的密封；轴套密封圈用于密封轴套11与电机传动轴4之间的密封；动环密封圈用于动环14和密封轴套11之间的密封。
所述的动环14由波簧18压紧之后与静环15紧紧贴在一起。波簧18、推环13、动环14与密封轴套11固定成一体，动环14便可与电机同轴旋转。当电机传动轴4旋转之后，动环14与静环15保证了轴伸处的动密封。该装置经在压力筒中进行水压试验证明，它可以承受110Mpa的水压而不泄漏，相当于水下深度11000m。
所述的推进器壳体2上设置一个或者多个液电接口3，满足动力、信息和液压油的传递。
所述的推进器壳体2内部通过液电接口3充满补偿油，推进器内外压平衡，可以在全海深条件下工作。
本发明的工作原理是：本发明安装在潜水器上下潜到深海时，潜水器的控制系统接收旋转变压器8采集的传动轴4的转速，并反馈指令对导管桨6的转速进行调整。当随着下潜深度的增加，水下压力逐渐增大时，推进器壳体2内部补偿油的压力与外界水压保持内外压力的平衡，相当于将电机置于无压环境中，同时由5处密封圈12的静密封和动环14、静环15的机械密封构成的组合密封结构对推进器进行密封，保证海水不会渗入到直流无刷电机内部，所以本发明可以在全海深条件下工作。
与现有技术相比，本装置实施后得到的显著指标提升和效果为：
本发明所述的全海深无刷直流电动推进器可用于深海水下机器人等水下作业装备，采取的密封方法密封结构形式新颖、组合简单合理、密封线路全面、体积小，密封效果良好，使推进器具有可用于0～110Mpa(水深0～11000m范围)全海深范围的工作能力，适合于海洋装备用水下电机的密封。

Claims (5)

1.一种具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其特征在于，包括：旋转集装式机械密封装置、推进器壳体、导管桨、直流无刷电机以及旋转变压器，其中：旋转集装式机械密封装置与直流无刷电机的传动轴轴向密封连接，旋转变压器采集传动轴的转速并通过液电接口的传输线路输出转速信息，推进器壳体和直流无刷电机的定子之间采用过盈配合装配，推进器壳体的前端通过固定有过渡法兰的连接支架与导管桨相连；
所述的过盈配合装配使得直流无刷电机内部产生的热量通过推进器壳体以热传导方式直接传入水中；
所述的旋转集装式机械密封装置包括：密封轴套、密封圈、推环、动环、静环、静环挡圈、静环座和波簧，其中：密封轴套与直流无刷电机的传动轴相配合，通过密封轴套的传动支点带动动环转动以实现旋转密封，波簧、推环和动环依次设置并位于密封轴套和静环之间，静环、静环座和静环挡圈依次固定设置于推进器壳体上，静环在外部水压力和内部油压作用下内外压力平衡。
2.根据权利要求1所述的具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其特征是，所述的密封圈为氟橡胶制成，包括：两个静环密封圈、一个腔体密封圈、一个动环密封圈以及一个轴套密封圈，其中：静环密封圈用于静环和静环座之间、静环和静环挡圈之间的密封；腔体密封圈用于静环挡圈和推进器壳体之间接触面的密封；轴套密封圈用于密封轴套与电机传动轴之间的密封；动环密封圈用于动环和密封轴套之间的密封。
3.根据权利要求1所述的具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其特征是，所述的动环通过波簧的压紧力实现与静环的紧密贴合，所述的波簧、推环、动环与密封轴套固定成一体，从而实现动环与电机同轴旋转的同时保证了轴伸处的动密封。
4.根据权利要求1所述的具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其特征是，所述的静环和动环为镍基硬质合金YWN8制成，密封轴套、推环、静环挡圈、静环座和波簧为316L不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器，其特征是，所述的推进器壳体上设置一个或者多个用于动力、信息和液压油传输的液电接口，推进器壳体内部通过液电接口充满补偿油，推进器内外压平衡，以便全海深条件下工作。
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