CN108001622B - 一种水下承拉电转环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下锚系设备，具体地说是一种水下承拉电转环，包括外部密封壳体、内部转动承重传输装置及线缆保护密封装置，外部密封壳体包括底托、润滑耐磨片、骨架油封、筒体、上封盖、密封圈和连接螺栓；内部转动承重传输装置包括底托中轴、垫片、限位套环、推力球轴承、开口螺母和滑环；线缆保护密封装置包括缆线保护螺丝、压紧中空螺栓和密封胶垫；填充液体填充于外部密封壳体内，内部转动承重传输装置位于填充液体中。本发明连接于缆线中，保证上下信号传输的同时，可卸去扭转载荷；筒体内充满油，水不内渗，既保证内部转动承重传输装置充分润滑，又使得本发明用于水下时内外压力差几乎为零，避免了外压变形。

Description

一种水下承拉电转环
技术领域
本发明涉及水下锚系设备，具体地说是一种水下承拉电转环。
背景技术
海洋中含有丰富的资源，海洋生物资源、海水化学资源、海洋矿产资源、海洋能源以及海上航运交通皆对人类的生存发展和世界文明的振兴进步有着重大的影响。除了蕴藏丰富的海洋资源以外，辽阔的海域还是交通的通道、防御外敌入侵的天然屏障，开发利用海洋、发展海洋事业与人类的文明发展息息相关。定点海洋观测系统是海洋开发和海洋观测研究的重要装备，它一般由底锚、锚索和连接件组成的锚系可将表面或水下浮动平台长期锚定于工作站位。海洋浮动平台及锚系上的设备之间要进行供电和通讯，另外，海洋浮动平台及锚系在风、浪、流等作用下会在锚索上产生扭转。在锚系上安装水下电转环进行连接，既可在浮动平台和锚系之间进行通讯，又可卸去扭转载荷，在通讯与供电的同时，防止系统因扭转而遭破坏。
船舶、大型海洋浮动平台及航标等的锚系中多采用锚链转环，该锚链转环的两个链环通过转轴连接，轴端设置台肩止退。锚链转环的转动摩擦系数大，在较大转矩下才能转动；即便是安装稍微复杂的带轴承的承重转环，也没法进行供电和信号的传输。而在海洋观测浮标和潜标等观测系统中，锚系上往往挂装观测设备，需要浮力平台给观测设备供电，同时希望将观测设备的数据传输到浮动平台上；这样，就需要在上下通讯与供电的情况下，并能在较小的转矩下松快转动，以保护线缆、光缆等锚索不因扭转损坏。
发明内容
为了解决定点海洋观测系统中锚系上安装的锚链转环、承重转环存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种水下承拉电转环。该水下承拉电转环由轴承支撑，内部充油，转动摩擦系数小，可在较小扭矩下松快转动，保护海洋浮动观测平台的锚系不因扭转损坏；该水下承拉电转环中的滑环位于密封壳体内部，可以在扭转的情况下进行信号与电能传输。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括外部密封壳体、内部转动承重传输装置及线缆保护密封装置，其中外部密封壳体包括底托、筒体及上封盖，该底托的一端位于筒体外部，另一端为带有底托穿线孔的底托中轴，并与所述筒体的一端密封转动连接，该筒体的另一端与所述上封盖的一端密封连接；所述内部转动承重传输装置包括限位套环、轴承、开口螺母及滑环，所述底托中轴通过轴承与筒体的内壁转动连接，该轴承的上下两端分别设有与底托中轴螺纹连接的开口螺母及套设在底托中轴上、支撑轴承的限位套环，所述滑环连接于底托中轴上；所述上封盖上设有向筒体与上封盖内部空间注入填充液体的进油孔，该滑环浸泡于填充液体中；进缆穿入底托，经所述底托穿线孔与滑环的一端相连，出缆的一端与所述滑环的另一端相连，该出缆的另一端由所述上封盖穿出，在上封盖及底托上分别设有对出缆及进缆实现密封保护的缆保护密封装置；所述底托的一端及上封盖的另一端分别与锚系件连接，所述滑环随底托中轴转动，实现在转动的情况下进行通信和电能传输；
其中：所述底托的一端开有用于与锚系件连接的下环眼，另一端的所述底托中轴内部沿轴向开有所述底托穿线孔，所述底托的一端上开设有与该底托穿线孔下端相连通的进缆孔，所述进缆由该进缆孔穿入，所述进缆孔处连接有所述线缆保护密封装置，所述底托穿线孔的上端为容置滑环的滑环座；
所述底托中轴上套设有润滑耐磨片，该润滑耐磨片位于底托一端与所述筒体一端之间，所述底托中轴的下端设有位于润滑耐磨片下方、托住润滑耐磨片的托盘，所述底托中轴的上端外表面设有与所述开口螺母螺纹连接的定位螺纹；
所述下环眼套设有避免金属材质引起电化学腐蚀的尼龙套，该尼龙套包括套筒及筒盖，该套筒为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖连接的一端设有螺纹；所述套筒由下环眼的一侧插入，与位于所述下环眼另一侧的筒盖螺纹连接，所述锚系件连接于下环眼上的尼龙套；
所述筒体为两端开口的中空结构，一端的筒壁上设有骨架油封座，该骨架油封座内容置有套设在所述底托中轴上、与底托中轴形成密封的骨架油封；所述筒体另一端的筒壁开设有用于与上封盖连接的连接螺孔；
所述上封盖的一端为内部中空结构，分别开有向内部空间注入填充液体的进油孔及用于与所述筒体连接的螺栓孔，该上封盖的一端分别开设有上封盖穿线孔及出缆孔，所述上封盖穿线孔的下端与所述内部空间相连通，上端与出缆孔相连通，所述出缆依次由上封盖穿线孔及出缆孔穿出，所述出缆孔处连接有所述线缆保护密封装置；所述上封盖的另一端开有用于与锚系件连接的上环眼；
所述上环眼套设有避免金属材质引起电化学腐蚀的尼龙套，该尼龙套包括套筒及筒盖，该套筒为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖连接的一端设有螺纹；所述套筒由上环眼的一侧插入，与位于所述上环眼另一侧的筒盖螺纹连接，所述锚系件连接于上环眼上的尼龙套；
所述限位套环包括位于内部的铜环及位于外部的钢环，所述底托中轴由铜环的内孔穿过，在所述限位套环的上下两端分别设有套设在底托中轴上的垫片，上端的垫片位于所述轴承与限位套环之间，下端的垫片位于轴承与所述筒体内的底部之间；
所述线缆保护密封装置包括压紧中空螺栓、密封胶垫及缆线保护螺丝，该缆线保护螺丝开有供进缆或出缆穿过的中心孔，所述缆线保护螺丝的一侧与底托的一端或上封盖的另一端螺纹密封连接，另一侧位于底托的一端或上封盖的另一端外部；所述密封胶垫容置于中心孔的一侧，并套设在进缆或出缆上实现密封，所述压紧中空螺栓容置于中心孔的另一侧，并于中心孔一侧设置的内螺纹螺纹连接、压紧密封胶垫，所述进缆或出缆由该压紧中空螺栓穿过；
所述轴承与开口螺母之间设有套设在底托中轴上的弹垫。
本发明的优点与积极效果为：
1.转动中进行信号传输：本发明的外部密封壳体内固定滑环，滑环浸泡于密封润滑油中，可以在转动的情况下，进行通信和电能传输。
2.适用水深范围大：本发明的外部密封壳体内部充满密封润滑油，并通过没架油封、密封圈、注油孔密封圈密封，油不外泄，水不内渗，既保证轴承充分润滑，又使得本发明用于水下时内外压力差几乎为零，避免了外压是密封壳体变形。
3.易于转动：本发明的推力轴承承受轴向载荷，浸泡在润滑油内，转动摩擦系数很小，同时底托和筒体间加装具有自润滑特性的聚四氟乙烯材质制成的润滑耐磨片，进一步减少摩擦系数，保证了本发明在很小扭矩下松快转动。
4.优良的耐腐蚀性能：本发明外露与水接触的结构件采用耐海水腐蚀的不锈钢材质，底托上的下环眼和上封盖上的上环眼加装尼龙材质的隔离套筒，以使本发明与所连接的锚系件隔离，避免可能的不同金属材质引起的电化学腐蚀。
5.易于卸载扭转载荷：本发明的底托和上封盖的环眼分别连接两段锚系结构件，当上、下两段锚系结构件有扭转载荷时，底托和上封盖可相对转动，卸去扭转载荷。
6.本发明有不同尺寸系列规格，可满足卸载不同锚系载荷与传输不同电流的需求。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明底托的结构剖视图；
图4为本发明筒体的结构剖视图；
图5为本发明上封盖的结构剖视图；
图6为本发明限位套环的结构剖视图；
图7为本发明缆线保护螺丝的结构剖视图；
图8A为本发明尼龙套的结构主视图；
图8B为本发明尼龙套的侧视剖视图；
其中：1为尼龙套，2为底托，3为润滑耐磨片，4为骨架油封，5为筒体，6为限位套环，7为垫片，8为推力球轴承，9为弹垫，10为密封圈，11为连接螺栓，12为上封盖，13为开口螺母，14为固定螺栓，15为滑环，16为出缆，17为压紧中空螺栓，18为密封胶垫，19为缆线保护螺丝，20为O型圈，21为密封螺栓，22为进缆，23为密封润滑油；
101为套筒，102为筒盖；
201为下环眼，202为进缆孔，203为托盘，204为底托中轴，205为底托穿线孔，206为滑环座，207为定位螺纹；
501为骨架油封座，502为筒壁，503为连接螺孔；
601为铜环，602为钢环，603为内孔；
1201为密封圈槽，1202为螺栓孔，1203为进油孔，1204为上封盖穿线孔，1205为出缆孔，1206为上环眼；
1901为O型圈放置槽，1902为外螺纹，1903为内螺纹，1904为中心孔；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括包括外部密封壳体、内部转动承重传输装置及线缆保护密封装置，其中外部密封壳体包括底托2、润滑耐磨片3、骨架油封4、筒体5、密封圈10、连接螺栓11及上封盖12，内部转动承重传输装置包括底托中轴204、垫片7、限位套环6、推力球轴承8、开口螺母13和滑环15，线缆保护密封装置包括缆线保护螺丝19、压紧中空螺栓17和密封胶垫18。
如图1～3及图8A、图8B所示，底托2的一端位于筒体5外部，另一端为带有底托穿线孔205的底托中轴204，底托中轴204由筒体5的一端插入，并通过轴承、骨架油封4与筒体5密封转动连接。底托中轴204通过轴承(本实施例的轴承为推力球轴承8)与筒体5的内壁转动连接，该轴承的上下两端分别设有与底托中轴204螺纹连接的开口螺母13及套设在底托中轴204上、支撑轴承的限位套环6。在轴承与开口螺母13之间设有套设在底托中轴204上的弹垫9。底托2的一端开有用于与锚系件连接的下环眼201，另一端的底托中轴204内部沿轴向开有底托穿线孔205，底托2的一端上开设有与该底托穿线孔205下端相连通的进缆孔202，进缆孔202具有内螺纹，并和底托穿线孔205垂直贯通，进缆22由该进缆孔202穿入；进缆孔202处连接有线缆保护密封装置，底托穿线孔205的上端为滑环座206，滑环15容置于滑环座206中，并通过固定螺栓14与底托中轴204固接。底托穿线孔205及滑环座206均位于底托中轴204的中心。底托中轴204上套设有润滑耐磨片3，该润滑耐磨片3位于底托2一端与筒体5一端之间，底托中轴204的下端设有位于润滑耐磨片3下方、托住润滑耐磨片3的托盘，底托中轴204的上端外表面设有与开口螺母13螺纹连接的定位螺纹207。本实施例的润滑耐磨片3为具有自润滑特性的聚四氟乙烯材质制成的润滑垫圈，进一步减少了底托2与筒体5之间的摩擦系数，保证了本发明在很小扭矩下松快转动。下环眼201套设有尼龙套1，用于隔离锚系件与金属材质的底托2，避免可能的不同金属材质引起的电化学腐蚀。尼龙套1包括套筒101及筒盖102，该套筒101为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖102连接的一端设有螺纹；套筒101由下环眼201的一侧插入，与位于下环眼201另一侧的筒盖102螺纹连接，锚系件连接于下环眼201上的尼龙套1。
如图1～6所示，筒体5的另一端与上封盖12的一端密封连接，筒体5为两端开口的中空结构，一端的筒壁502上设有骨架油封座501，该骨架油封座501内容置有套设在底托中轴204上、与底托中轴204形成密封的骨架油封4；筒体5另一端的筒壁502开设有用于与上封盖12连接的连接螺孔503。
上封盖12的一端为内部中空结构，分别开有向内部空间注入填充液体的进油孔1203及用于与筒体5连接的螺栓孔1202，进油孔1203在注入填充液体后插入密封螺栓21，滑环15及轴承均浸泡于填充液体中。上封盖12上的螺栓孔1202与筒体5上的连接螺孔503数量相同、且一一对应，通过连接螺栓11将筒体5与上封盖12连接在一起。上封盖12的一端外表面设有密封圈槽1201，该密封圈槽1201内容置有密封圈10，上封盖12与筒体5之间通过该密封圈10实现密封；在上封盖12的一端还分别开设有沿轴向开设的上封盖穿线孔1204及沿径向开设的出缆孔1205，上封盖穿线孔1204位于上封盖的中轴中心，出缆孔1205具有内螺纹，并与上封盖穿线孔1204垂直贯通；上封盖穿线孔1204的下端与内部空间相连通，上端与出缆孔1205相连通，出缆16依次由上封盖穿线孔1204及出缆孔1205穿出，出缆孔1205处连接有线缆保护密封装置。上封盖12的另一端开有用于与锚系件连接的上环眼1206。上环眼1206套设有尼龙套1，用于隔离锚系件与金属材质的上封盖12，避免可能的不同金属材质引起的电化学腐蚀。尼龙套1包括套筒101及筒盖102，该套筒101为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖102连接的一端设有螺纹；套筒101由上环眼1206的一侧插入，与位于上环眼1206另一侧的筒盖102螺纹连接，锚系件连接于上环眼1206上的尼龙套1。
如图1、图2及图6所示，限位套环6包括位于内部的铜环601及位于外部的钢环602，底托中轴204由铜环601的内孔603穿过，在限位套环6的上下两端分别设有套设在底托中轴204上的垫片7，上端的垫片7位于轴承与限位套环6之间，下端的垫片7位于限位套环6与筒体5内的底部之间。
如图1、图2及图7所示，线缆保护密封装置包括压紧中空螺栓17、密封胶垫18及缆线保护螺丝19，该缆线保护螺丝19开有供进缆22或出缆16穿过的中心孔1904，缆线保护螺丝19的一侧上开设有O型圈放置槽1901，并在该侧设有外螺纹1902，O型圈放置槽1901内容置有O型圈20；缆线保护螺丝19的一侧插入进缆孔202或出缆孔1205中，并与进缆孔202或出缆孔1205螺纹连接，通过O型圈20与底托2或上封盖12之间实现密封。缆线保护螺丝19的另一侧位于底托2的一端或上封盖12的另一端外部。密封胶垫18容置于中心孔1904的一侧，并套设在进缆22或出缆16上实现密封，压紧中空螺栓17容置于中心孔1904的另一侧，并于中心孔1904一侧设置的内螺纹1903螺纹连接、压紧密封胶垫18，进缆22或出缆16由该压紧中空螺栓17穿过。
本发明的填充液体可为密封润滑油23，滑环15和推力球轴承8均浸泡在密封润滑油23内。
本发明所用骨架油封4的型号为AP1260E，所用滑环15的型号为森瑞普公司的6路5A电流滑环。
本发明的装配过程为：
将骨架油封4安装进骨架油封座501；底托中轴204外侧套穿润滑耐磨片3后，穿过骨架油封4，而后在筒体5的内部依次套穿垫片7、限位套环6、垫片7、推力球轴承8和弹垫9，并借助底托2上的定位螺纹207拧接开口螺母13，实现底托中轴204的轴向限位；底托中轴204上端内侧的滑环座206内安装滑环15，并用固定螺栓14将滑环15固定，再将滑环15下端连接的进缆22依次通过底托穿线孔205和进缆孔202穿出；缆线保护螺丝19上放置O型圈20，穿过进缆22，借助缆线保护螺丝19上的外螺纹1902旋进底托2的进缆孔202，并以O型圈20为填料，将缆线保护螺丝19与底托2外壁贴合密封；将密封胶垫18和压紧中空螺栓17依次穿过进缆22，将压紧中空螺栓17旋进缆线保护螺丝19上的内螺纹1903，将密封胶垫18压紧，从而实现进缆22的密封；将滑环15上端连接的出缆16依次穿过上封盖穿线孔1204和出缆孔1205后穿出；上封盖12的密封圈槽1201内放置密封圈10后，嵌进筒体5的另一端，连接螺栓11套进上封盖12上的螺栓孔1202内，旋进筒体5的连接螺孔503内，从而将筒体5和上封盖12紧固连接；缆线保护螺丝19上放置O型圈20，穿过出缆16，借助缆线保护螺丝19上的外螺纹1902旋进上封盖12的出缆孔1205，并以O型圈20为填料，将缆线保护螺丝19与上封盖12外壁贴合密封；将密封胶垫18和压紧中空螺栓17依次穿过出缆16，将压紧中空螺栓17旋进缆线保护螺丝19上的内螺纹1903，将密封胶垫18压紧，从而实现出缆16的密封；借助进油孔1203，向外部密封壳体内注满密封润滑油23，并用密封螺栓21进行密封，完成系统装配。
底托2上的下环眼201及上封盖12上的上环眼1206分别与锚系件连接，滑环15随底托中轴204转动，实现在转动的情况下进行通信和电能传输。

Claims (7)

1.一种水下承拉电转环，其特征在于：包括外部密封壳体、内部转动承重传输装置及线缆保护密封装置，其中外部密封壳体包括底托(2)、筒体(5)及上封盖(12)，该底托(2)的一端位于筒体(5)外部，另一端为带有底托穿线孔(205)的底托中轴(204)，并与所述筒体(5)的一端密封转动连接，该筒体(5)的另一端与所述上封盖(12)的一端密封连接；所述内部转动承重传输装置包括限位套环(6)、轴承、开口螺母(13)及滑环(15)，所述底托中轴(204)通过轴承与筒体(5)的内壁转动连接，该轴承的上下两端分别设有与底托中轴(204)螺纹连接的开口螺母(13)及套设在底托中轴(204)上、支撑轴承的限位套环(6)，所述滑环(15)连接于底托中轴(204)上；所述上封盖(12)上设有向筒体(5)与上封盖(12)内部空间注入填充液体的进油孔(1203)，该滑环(15)浸泡于填充液体中；进缆(22)穿入底托(2)，经所述底托穿线孔(205)与滑环(15)的一端相连，出缆(16)的一端与所述滑环(15)的另一端相连，该出缆(16)的另一端由所述上封盖(12)穿出，在上封盖(12)及底托(2)上分别设有对出缆(16)及进缆(22)实现密封保护的缆保护密封装置；所述底托(2)的一端及上封盖(12)的另一端分别与锚系件连接，所述滑环(15)随底托中轴(204)转动，实现在转动的情况下进行通信和电能传输；
所述底托(2)的一端开有用于与锚系件连接的下环眼(201)，另一端的所述底托中轴(204)内部沿轴向开有所述底托穿线孔(205)，所述底托(2)的一端上开设有与该底托穿线孔(205)下端相连通的进缆孔(202)，所述进缆(22)由该进缆孔(202)穿入，所述进缆孔(202)处连接有所述线缆保护密封装置，所述底托穿线孔(205)的上端为容置滑环(15)的滑环座(206)；
所述上封盖(12)的一端为内部中空结构，分别开有向内部空间注入填充液体的进油孔(1203)及用于与所述筒体(5)连接的螺栓孔(1202)，该上封盖(12)的一端分别开设有上封盖穿线孔(1204)及出缆孔(1205)，所述上封盖穿线孔(1204)的下端与所述内部空间相连通，上端与出缆孔(1205)相连通，所述出缆(16)依次由上封盖穿线孔(1204)及出缆孔(1205)穿出，所述出缆孔(1205)处连接有所述线缆保护密封装置；所述上封盖(12)的另一端开有用于与锚系件连接的上环眼(1206)；
所述线缆保护密封装置包括压紧中空螺栓(17)、密封胶垫(18)及缆线保护螺丝(19)，该缆线保护螺丝(19)开有供进缆(22)或出缆(16)穿过的中心孔(1904)，所述缆线保护螺丝(19)的一侧与底托(2)的一端或上封盖(12)的另一端螺纹密封连接，另一侧位于底托(2)的一端或上封盖(12)的另一端外部；所述密封胶垫(18)容置于中心孔(1904)的一侧，并套设在进缆(22)或出缆(16)上实现密封，所述压紧中空螺栓(17)容置于中心孔(1904)的另一侧，并于中心孔(1904)一侧设置的内螺纹(1903)螺纹连接、压紧密封胶垫(18)，所述进缆(22)或出缆(16)由该压紧中空螺栓(17)穿过。
2.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述底托中轴(204)上套设有润滑耐磨片(3)，该润滑耐磨片(3)位于底托(2)一端与所述筒体(5)一端之间，所述底托中轴(204)的下端设有位于润滑耐磨片(3)下方、托住润滑耐磨片(3)的托盘，所述底托中轴(204)的上端外表面设有与所述开口螺母(13)螺纹连接的定位螺纹(207)。
3.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述下环眼(201)套设有避免金属材质引起电化学腐蚀的尼龙套(1)，该尼龙套(1)包括套筒(101)及筒盖(102)，该套筒(101)为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖(102)连接的一端设有螺纹；所述套筒(101)由下环眼(201)的一侧插入，与位于所述下环眼(201)另一侧的筒盖(102)螺纹连接，所述锚系件连接于下环眼(201)上的尼龙套(1)。
4.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述筒体(5)为两端开口的中空结构，一端的筒壁(502)上设有骨架油封座(501)，该骨架油封座(501)内容置有套设在所述底托中轴(204)上、与底托中轴(204)形成密封的骨架油封(4)；所述筒体(5)另一端的筒壁(502)开设有用于与上封盖(12)连接的连接螺孔(503)。
5.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述上环眼(1206)套设有避免金属材质引起电化学腐蚀的尼龙套(1)，该尼龙套(1)包括套筒(101)及筒盖(102)，该套筒(101)为中空结构，轴向截面为“T”形，与筒盖(102)连接的一端设有螺纹；所述套筒(101)由上环眼(1206)的一侧插入，与位于所述上环眼(1206)另一侧的筒盖(102)螺纹连接，所述锚系件连接于上环眼(1206)上的尼龙套(1)。
6.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述限位套环(6)包括位于内部的铜环(601)及位于外部的钢环(602)，所述底托中轴(204)由铜环(601)的内孔(603)穿过，在所述限位套环(6)的上下两端分别设有套设在底托中轴(204)上的垫片(7)，上端的垫片(7)位于所述轴承与限位套环(6)之间，下端的垫片(7)位于轴承与所述筒体(5)内的底部之间。
7.根据权利要求1所述的水下承拉电转环，其特征在于：所述轴承与开口螺母(13)之间设有套设在底托中轴(204)上的弹垫(9)。
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