CN106655589A - 抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统 - Google Patents

Abstract

一种抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括壳体和电机，电机设置在位于壳体内上部分的电机腔内，壳体内位于电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体，电机的旋转轴依次贯穿M级缓冲液腔体伸出壳体的底部，并在壳体底部通过高压机械密封件进行密封，壳体内位于M级缓冲液腔体的一侧且对应M级缓冲液腔体形成有M个活塞腔，沿水平方向形成的每一个活塞腔的一端连通一个缓冲液腔体，每一个活塞腔内设置有一个活塞，活塞的活塞杆在活塞腔的另一端沿水平方向伸出壳体的外部。本发明具有自动调整每个机械密封腔体压力用多级多套顺装机械密封串联来抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备耐高压的能力。

Description

抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统

技术领域

本发明涉及一种轴封系统。特别是涉及一种多级多套顺装机械密封的串联利用活塞结构而形成逐级压力递减的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统。

背景技术

专利号为：201620202200.X；名称为：《具有多套机械密封的耐高压冲洗系统》，如图1所示，包括有由泵壳7、设置在泵壳7内的叶轮6和一端连接所述叶轮6的泵轴1构成的离心泵，所述泵轴1的另一端通过设置在所述泵壳7出轴孔上的高压端机械密封4伸出泵壳7，端头通过联轴器9连接用于驱动叶轮6旋转的电机10，所述泵轴1连接联轴器9的这端通过设置在轴承座8上的轴承11定位，并且所述泵轴1的外部套有轴套2，所述轴套2通过轴套密封圈3与所述的泵轴1固定连接，其特征在于，所述的轴套2在位于所述泵壳7和轴承11之间的外部通过由第一至第N个密封压盖31、32、…、3N首尾密封相连形成有第一至第N个缓冲液腔体121、122、…12N，每一个密封压盖高压侧的轴孔处都设置有一组与所述的轴套2密封连接的机械密封5，每一个密封压盖的进液口通过一个进液管路14对应连接一个内部装有缓冲液的蓄压器15的出液口，每一个密封压盖的出液口通过一个出液管路13对应连接所述蓄压器15的进液口，靠近泵壳7的这个密封压盖31的底部与所述泵壳7密封连接。

该专利能够使位于泵壳内和邻近轴承的两套面向背配置机械密封之间的流体即不同于API682标准里冲洗52方案的无压力，也不同于API682标准里冲洗53方案带有大于物料的压力。而是在两套面向背配置机械密封之间串接有多套面向背配置的机械密封，形成多个封闭腔，把多套面向背配置机械密封之间的压力调节成介于两者之间的平均值，如果安装的是双端面机械密封，就使得机械密封的两个摩擦副各自承担总压力的一半压力，让机械密封的两个摩擦副各自分担总的压力差，达到降低机械密封负载的目的。

该专利的轴封系统适用于在大气环境中工作，这是因为大气的压强总是常数。如果在海水里工作，海水的压强随着深度的增加而增加，尤其在深海中工作，海水深度带来的压力不容忽视，所以该专利不能用于深水之中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种随着海水深度的变化具有自动调整每个机械密封腔体压力来抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备带有多级多套顺装机械密封串联而形成的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统。

本发明所采用的技术方案是：一种抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括壳体和电机，所述电机设置在位于壳体内上部分的电机腔内，所述壳体内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体，所述电机的旋转轴依次贯穿所述M级缓冲液腔体伸出所述壳体的底部，并在所述的壳体底部通过高压机械密封件进行密封，所述壳体内位于所述M级缓冲液腔体的一侧且对应所述的M级缓冲液腔体形成有M个活塞腔，沿水平方向形成的每一个活塞腔的一端连通一个缓冲液腔体，所述每一个活塞腔内设置有一个活塞，所述活塞的活塞杆在所述活塞腔的另一端沿水平方向伸出所述壳体的外部。

所述电机的旋转轴与M级缓冲液腔体中的每一级缓冲液腔体的入口处的上侧都设置有一个密封盖，每一级缓冲液腔体的入口处的下侧对应所述的密封盖都设置有一个机械密封件。

每一个所述的活塞与所对应的壳体之间都设置有第一密封圈(2010)。

每一个所述的活塞杆与所述的壳体之间都设置有第二密封圈(2011)。

M个所述的活塞杆中，位于低压端的活塞杆的直径小于位于高压端的活塞杆的直径。

一种抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括第一壳体和电机，所述电机设置在位于第一壳体内上部分的电机腔内，所述第一壳体内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体，所述电机的旋转轴依次贯穿所述M级缓冲液腔体伸出所述第一壳体的底部，并在所述的第一壳体底部通过高压机械密封件进行密封，邻近所述第一壳体的一侧设置有第二壳体，所述第二壳体内由上至下依次形成有M个活塞腔，沿水平方向形成的M个活塞腔的一端分别各通过一个保压管路对应连接且连通一个所述的缓冲液腔体，所述每一个活塞腔内设置有一个活塞，所述活塞的活塞杆在所述活塞腔的另一端沿水平方向伸出所述第二壳体的外部。

所述电机的旋转轴与M级缓冲液腔体中的每一级缓冲液腔体的入口处的上侧都设置有一个密封盖，每一级缓冲液腔体的入口处的下侧对应所述的密封盖都设置有一个机械密封件。

每一个所述的活塞与所对应的第二壳体之间都设置有第一密封圈。

每一个所述的活塞杆与所述的第二壳体之间都设置有第二密封圈。

M个所述的活塞杆中，位于低压端的活塞杆的直径小于位于高压端的活塞杆的直径。

本发明的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，具有自动调整每个机械密封腔体压力用多级多套顺装机械密封串联来抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备耐高压的能力。本发明具有如下效果：

在海水里随着带有多套机械密封利用活塞结构的耐高压轴封系统的具有电机旋转轴装备潜水深度的变化，按比例分配到每个机械密封腔的压力也跟着变化，去平衡来自水深的外界压力。所有密封腔压力之和等于总压力，从高压端至低压端两两相邻密封腔的压力递减，它们排列的规律是等差级数。

每一个密封腔都是储油腔，都通过一个具有大小端的活塞与外界深水相连，活塞的大端在储油腔里，小端在外界的深水里，活塞的大端和小端分别装有“O”形密封圈，并且每一个活塞都能沿着其轴线进行正反方向轴向位移。对于同一个活塞大端底面面积都是小端底面面积的整数倍，；不同的活塞，大端底面面积与小端底面面积的比值各有不同，比值越接近1的活塞应布置在越靠近海水一端，也就是高压端。

无论具有电机旋转轴装备所处的位置水有多么深，总的压力高或者低，每套密封所承受的压力总是能够按照比例分担这个总载荷，因此，每套密封实际承受的分载荷就是总载荷的1/M，确保了具有电机旋转轴装备在深海之处安全稳定地运行。

附图说明

图1是现有技术耐高压冲洗方案的结构示意图；

图2是本发明抵抗深海高水压高压旋转轴装备的轴封系统第一实施例的结构示意图；

图3是本发明抵抗深海高水压高压旋转轴装备的轴封系统第二实施例的结构示意图。

图中

201：壳体 202：电机

2031～203M：缓冲液腔体 204：旋转轴

2051～205M：活塞腔 2061～206M：活塞

2071～207M：活塞杆 208：密封盖

209：机械密封件 2010：第一密封圈

2011：第二密封圈 2012：高压机械密封件

301：第一壳体 302：电机

3031～303M：缓冲液腔体 304：旋转轴

3051～305M：活塞腔 3061～306M：活塞

3071～307M：活塞杆 308：密封盖

309：机械密封件 3010：第一密封圈

3011：第二密封圈 3012：高压机械密封件

3013：第二壳体 3014：保压管路

C：海水高压处的位置 D：电机低压处的位置

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统做出详细说明。

如图2所示，本发明的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括壳体201和电机202，所述电机202设置在位于壳体201内上部分的电机腔内，所述壳体201内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体2031～203M，所述电机202的旋转轴204依次贯穿所述M级缓冲液腔体2031～203M伸出所述壳体201的底部，并在所述的壳体201底部通过高压机械密封件2012进行密封，所述壳体201内位于所述M级缓冲液腔体2031～203M的一侧且对应所述的M级缓冲液腔体2031～203M形成有M个活塞腔2051～205M，沿水平方向形成的每一个活塞腔2051～205M的一端连通一个缓冲液腔体2031～203M，所述每一个活塞腔2051～205M内设置有一个活塞2061～206M，所述活塞2061～206M的活塞杆2071～207M在所述活塞腔2051～205M的另一端沿水平方向伸出所述壳体201的外部。

所述电机202的旋转轴204与M级缓冲液腔体2031～203M中的每一级缓冲液腔体2031～203M的入口处的上侧都设置有一个密封盖208，每一级缓冲液腔体2031～203M的入口处的下侧对应所述的密封盖208都设置有一个机械密封件209。所述机械密封件209由动、静环组成，静环与所述密封压盖208连接，动环与所述旋转轴204连接。

每一个所述的活塞2061～206M与所对应的壳体201之间都设置有第一密封圈2010。

每一个所述的活塞杆2071～207M与所述的壳体201之间都设置有第二密封圈2011。

M个所述的活塞杆2071～207M中，位于低压端的活塞杆直径小于位于高压端活塞杆的直径。

如图3所示，本发明的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，还可以是包括第一壳体301和电机302，所述电机302设置在位于第一壳体301内上部分的电机腔内，所述第一壳体301内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体3031～303M，所述电机302的旋转轴304依次贯穿所述M级缓冲液腔体3031～303M伸出所述第一壳体301的底部，并在所述的第一壳体301底部通过高压机械密封件3012进行密封，邻近所述第一壳体301的一侧设置有第二壳体3013，所述第二壳体3013内由上至下依次形成有M个活塞腔3051～305M，沿水平方向形成的M个活塞腔3051～305M的一端分别各通过一个保压管路3014对应连接且连通一个所述的缓冲液腔体3031～303M，所述每一个活塞腔3051～305M内设置有一个活塞3061～306M，所述活塞3061～306M的活塞杆3071～307M在所述活塞腔3051～305M的另一端沿水平方向伸出所述第二壳体3013的外部。

所述电机302的旋转轴304与M级缓冲液腔体3031～303M中的每一级缓冲液腔体3031～303M的入口处的上侧都设置有一个密封盖308，每一级缓冲液腔体3031～303M的入口处的下侧对应所述的密封盖308都设置有一个机械密封件309。所述机械密封件309由动、静环组成，静环与所述密封压盖308连接，动环与所述旋转轴304连接。

每一个所述的活塞3061～306M与所对应的第二壳体3013之间都设置有第一密封圈3010。

每一个所述的活塞杆3071～307M与所述的第二壳体3013之间都设置有第二密封圈3011。

M个所述的活塞杆3071～307M中，位于低压端的活塞杆的直径小于位于高压端的活塞杆的直径。

本发明的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，所述M级缓冲液腔体2031～203M中的压力由邻近电机20的压力最低的第一缓冲液腔体2031到临近壳体201的压力最高的第M缓冲液腔体203M为压力依次增加。所述M级缓冲液腔体2031～203M中每相邻两个缓冲液腔体之间的压差为：P_邻＝P_海÷M，其中

P_邻：相邻两个缓冲液腔体之间的压力差，也是每一套机械密封件209所承受的实际压力载荷。

所述的每一个密封盖208高压侧的机械密封件209中的静环与动环构成一对摩擦副，其中，所述的静环与所对应的密封压盖固定连接，所述的动环与所述的旋转轴204固定连接。

于是就有：M(机械密封件的数量)≥P(海水压力Mpa)/10(每套机械密封件应该承受的极限压力Mpa)。

通过上式就可以计算出应该安装机械密封件的数量，从而可以预留出必要的安装空间。

为了保证机械密封件的使用寿命，不要让每套机械密封件实际都承载极限压力，所以设计时应该考虑必要的保险系数。

如何根据海水压力配置机械密封件的数量，由本发明就可以得出下面的公式：

P_海：来自海水深度的压力(Mpa)。

应该配置机械密封件的数量是：

M＝P_海(Mpa)÷10(Mpa)×k(套)

K：保险系数，取值范围:0.5＜k＜1，一般取0.7

M：应该配置机械密封件的数量，取大于计算值的正整数。例如：计算值无论是2.1或者是2.9都取3。

用下面的公式可以计算出应该配置机械密封的数量：

m＝M－+1

m：也是应该配置机械密封压盖的数量。

用下面的公式可以计算出每个缓冲液腔体应该设定的压力：

P_xi＝P_邻×i＝(P_海÷M)×i

其中：P_邻＝P_海÷M

P_邻：相邻两个缓冲液腔体之间的压力差，也是每一套机械密封件实际所承受的压力(Mpa)。

i：任意一个缓冲液腔体、任意一套机械密封件、任意一个密封盖、任意一个保压管线的序号。

P_xi：序号为i的那个缓冲液腔体或密封腔体应该设定的压力(Mpa)。

P_海×S_小＝P_xi×S_大

S_小＝(P_xi×S_大)/P_海

S_小：序号为i的那个活塞杆的底面面积

S_大：序号为i的那个活塞的底面面积。

应用本发明且机械密封件的数量大于三套时，就可以把最靠近海水一侧缓冲液腔体的压力调整到大于外界海水的压力，该缓冲液腔体里面的缓冲液就变为阻隔液，假如万一有一点泄露，其泄漏方向只能是往海水里面漏，就可以完成API682标准里布置3的目的。其它缓冲液腔体的压力仍然按照本发明方法进行设定，就可以把压力差逐级降低，从而就能减少每级机械密封件所承受的压力负载，即能有效延长机械密封的使用寿命，也能完成API682标准里布置3的任务。

由此可见，增加机械密封级数(增加机械密封件和活塞的数量)，就能人为通过降低机械密封摩擦副的PV值来有效延长机械密封的使用寿命。

Claims (10)

1.一种抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括壳体(201)和电机(202)，其特征在于，所述电机(202)设置在位于壳体(201)内上部分的电机腔内，所述壳体(201)内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体(2031～203M)，所述电机(202)的旋转轴(204)依次贯穿所述M级缓冲液腔体(2031～203M)伸出所述壳体(201)的底部，并在所述的壳体(201)底部通过高压机械密封件(2012)进行密封，所述壳体(201)内位于所述M级缓冲液腔体(2031～203M)的一侧且对应所述的M级缓冲液腔体(2031～203M)形成有M个活塞腔(2051～205M)，沿水平方向形成的每一个活塞腔(2051～205M)的一端连通一个缓冲液腔体(2031～203M)，所述每一个活塞腔(2051～205M)内设置有一个活塞(2061～206M)，所述活塞(2061～206M)的活塞杆(2071～207M)在所述活塞腔(2051～205M)的另一端沿水平方向伸出所述壳体(201)的外部。

2.根据权利要求1所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，所述电机(202)的旋转轴(204)与M级缓冲液腔体(2031～203M)中的每一级缓冲液腔体(2031～203M)的入口处的上侧都设置有一个密封盖(208)，每一级缓冲液腔体(2031～203M)的入口处的下侧对应所述的密封盖(208)都设置有一个机械密封件(209)。

3.根据权利要求1所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，每一个所述的活塞(2061～206M)与所对应的壳体(201)之间都设置有第一密封圈(2010)。

4.根据权利要求1所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，每一个所述的活塞杆(2071～207M)与所述的壳体(201)之间都设置有第二密封圈(2011)。

5.根据权利要求1所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，M个所述的活塞杆(2071～207M)中，位于低压端的活塞杆的直径小于位于高压端的活塞杆的直径。

6.一种抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，包括第一壳体(301)和电机(302)，其特征在于，所述电机(302)设置在位于第一壳体(301)内上部分的电机腔内，所述第一壳体(301)内位于所述电机腔的下部沿轴向由上至下依次形成有M级缓冲液腔体(3031～303M)，所述电机(302)的旋转轴(304)依次贯穿所述M级缓冲液腔体(3031～303M)伸出所述第一壳体(301)的底部，并在所述的第一壳体(301)底部通过高压机械密封件(3012)进行密封，邻近所述第一壳体(301)的一侧设置有第二壳体(3013)，所述第二壳体(3013)内由上至下依次形成有M个活塞腔(3051～305M)，沿水平方向形成的M个活塞腔(3051～305M)的一端分别各通过一个保压管路(3014)对应连接且连通一个所述的缓冲液腔体(3031～303M)，所述每一个活塞腔(3051～305M)内设置有一个活塞(3061～306M)，所述活塞(3061～306M)的活塞杆(3071～307M)在所述活塞腔(3051～305M)的另一端沿水平方向伸出所述第二壳体(3013)的外部。

7.根据权利要求6所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，所述电机(302)的旋转轴(304)与M级缓冲液腔体(3031～303M)中的每一级缓冲液腔体(3031～303M)的入口处的上侧都设置有一个密封盖(308)，每一级缓冲液腔体(3031～303M)的入口处的下侧对应所述的密封盖(308)都设置有一个机械密封件(309)。

8.根据权利要求6所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，每一个所述的活塞(3061～306M)与所对应的第二壳体(3013)之间都设置有第一密封圈(3010)。

9.根据权利要求6所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，每一个所述的活塞杆(3071～307M)与所述的第二壳体(3013)之间都设置有第二密封圈(3011)。

10.根据权利要求6所述的抵抗深海高水压具有电机旋转轴装备的轴封系统，其特征在于，M个所述的活塞杆(3071～307M)中，位于低压端的活塞杆的直径小于位于高压端的活塞杆的直径。