CN107166042A - 全海深自平衡式高压密封装置 - Google Patents

全海深自平衡式高压密封装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107166042A
CN107166042A CN201710443638.6A CN201710443638A CN107166042A CN 107166042 A CN107166042 A CN 107166042A CN 201710443638 A CN201710443638 A CN 201710443638A CN 107166042 A CN107166042 A CN 107166042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bowl
flange
sea
leather bag
high pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710443638.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107166042B (zh
Inventor
肖前进
王心亮
陈虹
吴涛
景东风
刘智
张辉意
郑超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Secondary Shipping Design & Research Inst
Original Assignee
Wuhan Secondary Shipping Design & Research Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Secondary Shipping Design & Research Inst filed Critical Wuhan Secondary Shipping Design & Research Inst
Priority to CN201710443638.6A priority Critical patent/CN107166042B/zh
Publication of CN107166042A publication Critical patent/CN107166042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107166042B publication Critical patent/CN107166042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/50—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall
    • F16J15/52—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall by means of sealing bellows or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Treatment And Processing Of Natural Fur Or Leather (AREA)

Abstract

本发明属于深海密封技术领域，特别涉及一种全海深高压密封装置。一种全海深自平衡式高压密封装置，它包括：上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗；弹性皮囊管中的可伸缩覆皮是截面为波纹状结构的弹性元件，其两端分别与上端面法兰、下端面法兰硫化成一整体；弹簧骨架内嵌在可伸缩覆皮的内表面起径向支撑的作用，其在初始状态呈自然伸长状态；弹性皮囊管分别连接上转接碗、下转接碗；上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗三者之间组合后形成一个可包覆运动副的空腔，空腔通过充油阀口注入变压器油，通过排气阀口排出内部空气。本发明能够通过弹性皮囊管的弹性变形来自动平衡外部海水压力作用以适应全海深高压密封要求。

Description

全海深自平衡式高压密封装置
技术领域
本发明属于深海密封技术领域，特别涉及一种全海深高压密封装置。
背景技术
深海蕴藏有丰富的海底资源，潜水器是实现深海开发利用的重要海洋工程装备。为实现精确稳定的海底勘探和采样作业等，需要潜水器配备机械腿或机械手去近距离精确获取。由于潜水器水下爬行姿态调整、机械手水下作业等都需要通过运动副的旋转/移动来实现，因此保证运动副在深海高压环境下可靠的密封性能是潜水器正常工作的基础。
目前，对运动副的密封分为静密封和动密封。静密封技术相对成熟且较为容易解决，关键在于解决动密封。常用的动密封方式有承压型动密封和压力补偿型动密封。在大深度海水环境下，运动副需要承受很高的外压，这就要求运动副的活动部件与壳体之间的连接处有可靠的动密封。采用承压型动密封会大大增加基体的重量，且不能保证完全不泄露。而压力补偿型动密封是通过压力补偿来实现内外均压，虽能减轻基体的重量，但由于在需要动密封的位置必然存在有间隙以保证相对运动，而间隙的存在也一定会降低密封的可靠性。此外，这两种动密封方式也难以解决潜水器中运动副的防腐、防污问题，从而导致运动副的维护保养成本较高，并在工作过程中存在有因运动副“卡滞”而导致水下作业任务失败的风险。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有动密封技术在不同海深的高压环境下使用存在的不足，提供一种全海深自平衡式高压密封装置。
本发明的技术方案是：一种全海深自平衡式高压密封装置，它包括：上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗；
上转接碗设有排气阀口；
弹性皮囊管包括：上端面法兰、可伸缩覆皮、弹簧骨架以及下端面法兰；可伸缩覆皮是截面为波纹状结构的弹性元件，其两端分别与上端面法兰、下端面法兰硫化成一整体；弹簧骨架内嵌在可伸缩覆皮的内表面起径向支撑的作用，其在初始状态呈自然伸长状态；
下转接碗设有充油阀口；
弹性皮囊管通过其上端面法兰、下端面法兰上设置的端面静密封结构分别连接上转接碗、下转接碗；上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗三者之间组合后形成一个可包覆运动副的空腔，空腔通过充油阀口注入变压器油，通过排气阀口排出内部空气。
本发明的工作过程为：空腔内部预先充满具有一定压力大小的变压器油，当外界海水压力因水深变化而发生改变，使得外部海水压力大于空腔内部的变压器油的油压时，可伸缩覆皮发生弹性变形，将外部压力传递给内部变压器油，从而使可伸缩覆皮的内部压力与外部海水压力保持平衡；当海水深度继续发生变化时，通过可伸缩覆皮的弹性变形来自动平衡外部海水的压力作用，保证可伸缩覆皮的内外压差始终为0或略高于外部海水压力，从而实现全海深自平衡式高压密封。
有益效果：(1)本发明能够将运动副的旋转/移动动密封转化为端面静密封，从而可以实现“零泄露”或绝对密封，并可利用可伸缩覆皮的弹性变形来自动平衡外部海水压力作用，从而适应全海深高压密封的要求。
(2)本发明能够保证运动副不受海水腐蚀和污染，运动部件与壳体之间的活动表面状态不会被破坏，始终能够正常工作，维护保养成本低、可靠性高。
(3)本发明的变形量大，不仅可以径向弹性变形以自动平衡外部海水压力作用，而且还可以轴向大伸缩变形以自适应运动副的工作运动范围。
(4)本发明的变形阻力小，内嵌安装的弹簧骨架不仅可以保证可伸缩覆皮在运动过程中不会嵌入到活动部位而导致损坏，而且其自然伸长的初始态和低弯曲刚度保证了在运动过程中附加的变形阻力很小，以降低运动副的功率损耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中上转接碗的结构示意图；
图3为本发明中下转接碗的结构示意图；
图4为本发明中弹性皮囊管的结构示意图；
图5为图4的局部放大图；
图6为图4的变形状态示意图；
图7为机械腿关节示意图；
图8为本发明的整体连接关系；
图9为本发明的工作过程示意图。
其中：100-运动副、101-上肢、102-下肢、200-空腔、300-变压器油、1-上转接碗、11-小口径法兰A、12-碗体A、13-排气阀口、14-大口径法兰A、2-弹性皮囊管、21-上端面法兰、22-可伸缩覆皮、23-弹簧骨架、24-下端面法兰、22a-伸长状态、22b-收缩状态、3-下转接碗、31-小口径法兰B、32-碗体B、33-充油阀口、34-大口径法兰B、J1-第一端面静密封、J2-第二端面静密封、J3-第三端面静密封、J4-第四端面静密封。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，全海深自平衡式高压密封装置，它包括：上转接碗1、弹性皮囊管2、下转接碗3。
参见附图2，上转接碗1包括：依次连接的小口径法兰A11、碗体A12、大口径法兰A14；排气阀口13设置在碗体A12上，小口径法兰A11与大口径法兰A14上均设有一道端面密封结构。
参见附图3，下转接碗3包括：下转接碗3包括：依次连接的小口径法兰B31、碗体B32、大口径法兰B34；充油阀口33设置在碗体B32上，小口径法兰B31和大口径法兰B34上均设有一道端面密封结构。
参见附图4、5、6，弹性皮囊管2包括：上端面法兰21、可伸缩覆皮22、弹簧骨架23、下端面法兰24，并且上端面法兰21和下端面法兰24上均设置有一道端面静密封结构；可伸缩覆皮22为按波纹状结构特殊设计的弹性元件，在受到弯曲时具有伸长22a和收缩22b两种自适应变形状态，其两端分别与上端面法兰21、下端面法兰24硫化成一整体；弹簧骨架23的初始状态呈自然伸长状态，其内嵌在可伸缩覆皮的内表面以起到径向支撑的作用，并且其弯曲刚度很小，能够自适应弯曲载荷作用而不产生较大的反作用力。
参见附图7、8、9，将该全海深自平衡式高压密封装置运用在机械腿关节：弹性皮囊管2的上端面法兰21与上转接碗1的大口径法兰A14之间通过第二端面静密封J2进行连接，弹性皮囊管2的下端面法兰24与下转接碗3的大口径法兰B34之间通过第三端面静密封J3进行连接，上转接碗1、弹性皮囊管2、下转接碗3三者之间组合后形成一个可包覆机械腿臂关节100的空腔200，通过下转接碗3的充油阀口33可向空腔200的内部充变压器油300，并可通过上转接碗1的排气阀口13排空空腔200的内部空气。上转接碗1的小口径法兰A11与机械腿臂关节100的上肢101之间通过第一端面静密封J1进行连接，下转接碗3的小口径法兰B31与机械腿臂关节100的下肢102之间通过端面静密封J4进行连接。
本发明的工作过程为：空腔200内部预先充满具有一定压力大小的变压器油300，当外界海水压力因水深变化而发生改变，使得外部海水压力大于空腔200内部变压器油300的油压时，可伸缩覆皮22发生弹性变形，将外部压力传递给内部变压器油300，从而使可伸缩覆皮22的内部压力与外部海水压力保持平衡；当海水深度继续发生变化时，通过可伸缩覆皮22的弹性变形来自动平衡外部海水的压力作用，保证可伸缩覆皮22的内外压差始终为0或略高于外部海水压力，从而实现全海深自平衡式高压密封。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种全海深自平衡式高压密封装置，其特征在于，它包括：上转接碗(1)、弹性皮囊管(2)以及下转接碗(3)；
所述上转接碗(1)设有排气阀口(13)；
所述弹性皮囊管(2)包括：上端面法兰(21)、可伸缩覆皮(22)、弹簧骨架(23)以及下端面法兰(24)；所述可伸缩覆皮(22)是截面为波纹状结构的弹性元件，其两端分别与上端面法兰(21)、下端面法兰(24)硫化成一整体；所述弹簧骨架(23)内嵌在所述可伸缩覆皮(22)的内表面起径向支撑的作用，其在初始状态呈自然伸长状态；
所述下转接碗(3)设有充油阀口(33)；
所述弹性皮囊管(2)通过其所述上端面法兰(21)、所述下端面法兰(24)上设置的端面静密封结构分别连接所述上转接碗(1)、所述下转接碗(3)；所述上转接碗(1)、所述弹性皮囊管(2)以及所述下转接碗(3)三者之间组合后形成一个空腔(200)，所述空腔(200)通过所述充油阀口(33)注入变压器油(300)，通过所述排气阀口(13)排出内部空气。
2.如权利要求1所述的一种全海深自平衡式高压密封装置，其特征在于，所述上转接碗(1)包括：依次连接的小口径法兰A(11)、碗体A(12)、大口径法兰A(14)；所述排气阀口(13)设置在所述碗体A(12)上，所述小口径法兰A(11)与所述大口径法兰A(14)上均设有端面密封结构。
3.如权利要求1或2所述的一种全海深自平衡式高压密封装置，其特征在于，所述下转接碗(3)包括：依次连接的小口径法兰B(31)、碗体B(32)、大口径法兰B(34)；所述充油阀口(33)设置在所述碗体B(32)上，所述小口径法兰B(31)和所述大口径法兰B(34)上均设有端面密封结构。
CN201710443638.6A 2017-06-13 2017-06-13 全海深自平衡式高压密封装置 Active CN107166042B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710443638.6A CN107166042B (zh) 2017-06-13 2017-06-13 全海深自平衡式高压密封装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710443638.6A CN107166042B (zh) 2017-06-13 2017-06-13 全海深自平衡式高压密封装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107166042A true CN107166042A (zh) 2017-09-15
CN107166042B CN107166042B (zh) 2018-06-22

Family

ID=59826007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710443638.6A Active CN107166042B (zh) 2017-06-13 2017-06-13 全海深自平衡式高压密封装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107166042B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110332315A (zh) * 2019-08-06 2019-10-15 吉林大学 一种主动式自平衡自保护智能的密封系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5755532A (en) * 1995-11-24 1998-05-26 Hard Suits, Inc. Articulating pressure conduit
CN101148193A (zh) * 2007-11-14 2008-03-26 哈尔滨工程大学 水下对接装置
CN201089163Y (zh) * 2007-11-14 2008-07-23 中国科学院沈阳自动化研究所 一种密封机构
CN201530468U (zh) * 2009-11-24 2010-07-21 华中科技大学 一种水下作业系统集成驱动关节
CN103280661A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 水下充油电缆及其制作方法
CN204290571U (zh) * 2014-11-11 2015-04-22 中国电子科技集团公司第二十一研究所 采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机
CN104935103A (zh) * 2015-06-23 2015-09-23 华南理工大学 一种水下机器人电机密封装置及其泄露检测方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5755532A (en) * 1995-11-24 1998-05-26 Hard Suits, Inc. Articulating pressure conduit
CN101148193A (zh) * 2007-11-14 2008-03-26 哈尔滨工程大学 水下对接装置
CN201089163Y (zh) * 2007-11-14 2008-07-23 中国科学院沈阳自动化研究所 一种密封机构
CN201530468U (zh) * 2009-11-24 2010-07-21 华中科技大学 一种水下作业系统集成驱动关节
CN103280661A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 水下充油电缆及其制作方法
CN204290571U (zh) * 2014-11-11 2015-04-22 中国电子科技集团公司第二十一研究所 采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机
CN104935103A (zh) * 2015-06-23 2015-09-23 华南理工大学 一种水下机器人电机密封装置及其泄露检测方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110332315A (zh) * 2019-08-06 2019-10-15 吉林大学 一种主动式自平衡自保护智能的密封系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107166042B (zh) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102536175B (zh) 气体处理器、立管组件和方法
CN104832703A (zh) 一种深海高压阀门阀杆双向密封结构及密封减磨测试方法
US4183556A (en) Liquid filled flexible sealing joint
CN105431668B (zh) 大直径管道柔性连接
CN107166041B (zh) 具有全海深自平衡式高压密封装置的机械腿臂关节
CN109507051A (zh) 一种多功能深水柔性高压舱
CN108609146B (zh) 一种可用于水下环境的压力补偿装置
JPS5884287A (ja) スイベル継手
CN107166042B (zh) 全海深自平衡式高压密封装置
CN105673992A (zh) 一种包含轴向填料密封的管道堵漏装置
CN105402483A (zh) 水下阀门阀杆的填料密封装置
CN208237108U (zh) 海底采油树用水下平板闸阀
CN110148920A (zh) 电缆密封装置
US6834998B2 (en) Shaft bearing-seal assembly penetrating the wall of a pressure vessel
CN105402433B (zh) 水下球阀的内外压力密封结构
CN204664603U (zh) 一种深海高压阀门阀杆双向密封结构
CN102862665A (zh) 用于水下充油系统的压力均衡保持器
CN102818084A (zh) 海上平台输油管道位移补偿装置
CN207213467U (zh) 可维护超加强级复式密封套筒补偿器
CN202071982U (zh) 用于水下充油系统的压力均衡保持器
CN110925519B (zh) 一种水下应急控油罩的转接装置
CN113914786A (zh) 一种具有防护功能的海洋工程用隔水导管
CN101806375B (zh) 一种阀杆密封结构
CN207261714U (zh) 高压水下金属密封球阀
CN105757319A (zh) 一种基于仿生原理的水下平衡高压阀门

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant