CN110159664B - 一种轴系推力补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴系推力补偿装置，包括连接轴段、壳体、海水进口、海水出口、动环座、首部静环座、尾部静环座、首部动环、尾部动环，首部动环和尾部动环分别与首部静环座上的首部静环和尾部静环座上的尾部静环实现动态密封，首部静环与首部动环配合形成的机械密封环截面积小于尾部静环与尾部动环配合形成机械密封环截面积，其截面积差值与轴系穿舱部位的密封面截面积相等。本发明安装于潜器轴系主推进轴系上，在舱内提供反向的等效于轴系所承受的静水推力，抵消深水压力给轴系带来的静推力，使得推力轴承仅承受螺旋桨动推力，有利于设备小型化设计和舱室空间优化布置，同时静水推力和螺旋桨动推力的分离更有利于轴系振动控制措施的有效施加。

Description

一种轴系推力补偿装置
技术领域
本发明涉及船舶推进轴系装置技术领域，具体涉及一种轴系推力补偿装置。
背景技术
轴系是船舶推进系统重要组成部分之一，其作用是将船舶动力传递给螺旋桨，并将螺旋桨旋转产生的推进力传递至船体结构，推动船舶行驶。
对于潜器一类特殊船舶装备，其轴系承受的推力除了螺旋桨运转时产生的动推力以外，还需承受深潜过程中舷外高压海水给予轴系的静水推力。随着潜器使用深度的增加，静水推力将逐渐增加，对于极深潜器该静水推力至甚至数倍于螺旋桨动推力。
推力轴承是船舶轴系常用推力承受设备，对于潜器这一类装备，由于轴系受到的推力远高于螺旋桨推力，使得依靠常规方法设计的推力轴承无法满足使用深潜使用环境：1.为保证推力轴承止推瓦的设计比压，必须增大轴承止推面积，这使得设计的推力轴承体积尺寸庞大，不利于舱室空间有效利用；2.潜器深水悬停状态下运转时，推力轴承需承受较大的静态推力，启动瞬时扭转力矩大且容易造成推力瓦干磨损坏，不利于轴系设备可靠运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能抵消深水压力给轴系带来的静推力的轴系推力补偿装置。
本发明所采用的技术方案为：一种轴系推力补偿装置，包括连接轴段，在连接轴段上套装有壳体，在壳体上设有海水进口和海水出口与壳体内腔体相连通，在连接轴段上连接有动环座，壳体内的两端部分别连接有首部静环座和尾部静环座，在动环座的两端分别设有首部动环和尾部动环，首部动环和尾部动环分别与首部静环座上的首部静环和尾部静环座上的尾部静环实现动态密封，首部静环与首部动环配合形成的机械密封环截面积小于尾部静环与尾部动环配合形成机械密封环截面积，其截面积差值与轴系穿舱部位的密封面截面积相等。
按上述技术方案，所述首部静环和尾部静环分别通过首部压紧弹簧和尾部压紧弹簧压紧在首部动环和尾部动环上。
按上述技术方案，所述首部动环和尾部动环为硬质合金制成，首部动环和尾部动环分别为石墨碳制成。
按上述技术方案，所述海水进口通过低功率流量泵与舷外海水联通。
按上述技术方案，在壳体内的首部设有应急止推瓦，所述应急止推瓦与动环座相对设置。
按上述技术方案，应急止推瓦的表面设有水润滑复合材料。
按上述技术方案，所述连接轴段为台阶轴段，所述动环座及首部静环座安设在连接轴段的小端处，所述尾部静环座安设在连接轴段的大端处。
按上述技术方案，所述壳体包括外壳体和与外壳体两端部相连接的首部端盖和尾部端盖，所述壳体与基座相连，所述首部端盖和尾部端盖与连接轴段空隙配合，在首部端盖上均匀布设有多个首部压紧弹簧，首部压紧弹簧的另一端与首部静环座相连，在尾部端盖上均匀布设多个尾部压紧弹簧，尾部压紧弹簧的另一端与尾部静环座相连。
按上述技术方案，所述外壳体的两侧设置有翼展式安装机脚，可通过安装螺栓固定在装置基座上，用于将壳体承受的非平衡静水推力传递至基座。
按上述技术方案，所述首部端盖的内壁和外壁分别与首部静环座和外壳体密封配置，所述尾部端盖的内壁和外壁分别与尾部静环座和外壳体密封配置。
本发明所取得的有益效果为：
本发明主要安装于潜器轴系主推进轴系上，在舱内提供反向的等效于轴系所承受的静水推力，抵消深水压力给轴系带来的静推力，使得推力轴承仅承受螺旋桨动推力，有利于设备小型化设计和舱室空间优化布置，且随潜器下潜深度的变化实时补偿，避免潜器下潜深度对推力轴承设计的影响和深水启动轴系对推力轴承的损坏，极大减小深水潜器推力轴承的设计空间尺寸，使潜器主推力轴承设计不再受潜器下潜深度制约，本发明适用于船舶桨轴系统，特别适合特种深水潜器，对于同等受轴向静水载荷状态下的旋转机械或系统的推力补偿均具有一定的借鉴意义。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为发明的受力示意图。
图4为本发明的外壳体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-4所示，本实施例提供了一种轴系推力补偿装置，包括连接轴段1，在连接轴段1上套装有壳体13，在壳体13上设有海水进口14和海水出口5与壳体内腔体相连通，所述的海水进出口5、14与舷外海水连通，实现舷外海水压力的实时有效传导。在连接轴段1上连接有动环座7，动环座7通过键安装在连接轴段1上，并随轴系旋转而旋转。壳体13内的两端部分别连接有首部静环座10和尾部静环座3，在动环座7的两端分别通过过盈配合安装有首部动环8和尾部动环6，首部动环8和尾部动环6分别与首部静环座10上的首部静环9和尾部静环座3上的尾部静环4配合实现动态密封，首部静环9与首部动环8配合形成的机械密封环截面积小于尾部静环4与尾部动环6配合形成机械密封环截面积，其截面积差值与轴系穿舱部位的密封面截面积相等(也即尾部静环的横截面积减去首部静环的横截面积等于轴系穿舱部位的密封面截面积，如图1/3所示，d为轴系穿舱部位直径，D为动环外直径，d后为尾密封面机械密封环截面直径，d前为首密封面机械密封环截面直径，d2＝d2 后-d2 前，也即F1＝F3-F2)。即在装置腔内压力与舷外压力相等情况下，装置可对轴系施加反向静水推力，抵消轴系穿舱部位所受的海水推力。
本发明主要安装于潜器轴系主推进轴系上，在舱内提供反向的等效于轴系所承受的静水推力，抵消深水压力给轴系带来的静推力，使得推力轴承仅承受螺旋桨动推力，有利于设备小型化设计和舱室空间优化布置，同时静水推力和螺旋桨动推力的分离更有利于轴系振动控制措施的有效施加，且特别适用于潜器用推进轴系。
本实施例中，所述连接轴段1为台阶轴段，所述动环座7及首部静环座10安设在连接轴段的小端处，所述尾部静环座6安设在连接轴段1的大端处。所述壳体包括外壳体和与外壳体两端部相连接的首部端盖11和尾部端盖2，所述外壳体与基座相连，所述首部端盖11和尾部端盖2与连接轴段1空隙配合，在首部端盖11上均匀布设有多个凹槽，在各个凹槽内对应设有首部压紧弹簧16，首部压紧弹簧16的另一端与首部静环座10相连，使首部静环9与首部动环8贴紧，实现首部动态密封。在尾部端盖2上均匀布设多凹槽，在凹槽内对应设有个尾部压紧弹簧12，尾部压紧弹簧12的另一端与尾部静环座3相连，使尾部静环4与尾部动环6贴紧，实现尾部动态密封。所述首部端盖11的内壁和外壁分别与首部静环座和外壳体密封配置，所述尾部端盖2的内壁和外壁分别与尾部静环座和外壳体密封配置。其中，尾部端盖2、首部端盖、外壳体、首部静环座、动环座及尾部静环座共同围合形成压力腔，通过海水进口14、海水出口5与舷外海水环境相连通，形成与舷外海水压力一致的高压水腔。
本实施例中，所述的尾部静环4、首部静环9为高精度石墨碳，尾部动环6、首部动环8为高强度硬质合金，尾部静环4、首部静环9分别通过尾部压紧弹簧12，首部压紧弹簧16压紧与尾部动环6、首部动环8高精度贴合，在轴系运转过程中动、静环之间相互运动，可有效隔离摩擦面内外侧，实现动态密封。
本实施例中，所述外壳体的两侧设置有翼展式安装机脚，可通过安装螺栓固定在装置基座上，用于将壳体承受的非平衡静水推力传递至基座。
本实施例中，在进水口一侧设置低功率流量泵，并将流量泵与舷外海水直接联通，使得装置腔内海水压力与舷外高压海水一致，并保持低速流动，带走动、静环间运转过程中摩擦产生的热量。
在壳体内的首部设有应急止推瓦15，所述应急止推瓦15与动环座7相对设置，应急止推瓦15的表面设有水润滑复合材料，可在深水状态下装置泄漏腔内压力无法保持时承受临时轴系静水推力，防止因设备故障带来的推力轴承过载损坏。
综上所述，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 (10)

1.一种轴系推力补偿装置，其特征在于：包括连接轴段，在连接轴段上套装有壳体，在壳体上设有海水进口和海水出口与壳体内腔体相连通，在连接轴段上连接有动环座，壳体内的两端部分别连接有首部静环座和尾部静环座，在动环座的两端分别设有首部动环和尾部动环，首部动环和尾部动环分别与首部静环座上的首部静环和尾部静环座上的尾部静环实现动态密封，首部静环与首部动环配合形成的机械密封环截面积小于尾部静环与尾部动环配合形成机械密封环截面积，其截面积差值与轴系穿舱部位的密封面截面积相等。
2.根据权利要求1所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述首部静环和尾部静环分别通过首部压紧弹簧和尾部压紧弹簧压紧在首部动环和尾部动环上。
3.根据权利要求1或2所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述首部动环和尾部动环为硬质合金制成，首部静环和尾部静环分别为石墨碳制成。
4.根据权利要求1或2所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述海水进口处通过低功率流量泵与舷外海水联通。
5.根据权利要求1或2所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：在壳体内的首部设有应急止推瓦，所述应急止推瓦与动环座相对设置。
6.根据权利要求5所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：应急止推瓦的表面设有水润滑复合材料。
7.根据权利要求1或2所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述连接轴段为台阶轴段，所述动环座及首部静环座安设在连接轴段的小端处，所述尾部静环座安设在连接轴段的大端处。
8.根据权利要求2所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述壳体包括外壳体和与外壳体两端部相连接的首部端盖和尾部端盖，所述壳体与基座相连，所述首部端盖和尾部端盖与连接轴段空隙配合，在首部端盖上均匀布设有多个首部压紧弹簧，首部压紧弹簧的另一端与首部静环座相连，在尾部端盖上均匀布设多个尾部压紧弹簧，尾部压紧弹簧的另一端与尾部静环座相连。
9.根据权利要求8所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述外壳体的两侧设置有翼展式安装机脚，可通过安装螺栓固定在装置基座上，用于将壳体承受的非平衡静水推力传递至基座。
10.根据权利要求8所述的轴系推力补偿装置，其特征在于：所述首部端盖的内壁和外壁分别与首部静环座和外壳体密封配置，所述尾部端盖的内壁和外壁分别与尾部静环座和外壳体密封配置。
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