CN111271454A - 一种水下航行器用双端面机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下航行器领域，具体地说是一种水下航行器用双端面机械密封，轴套装配到水下航行器的转轴上、随转轴转动，轴承座通过轴承与轴套转动连接，密封腔体的一端与轴承座连接，另一端设有第一道密封；密封座位于轴承座及密封腔体内、套设在轴套上，轴承的一侧与轴承座之间及另一侧与密封座之间分别设有油封；密封腔体内设有第二道密封，第二道密封及第一道密封均包括随轴套、转轴转动的密封非补偿环组件和保持静止的密封补偿环组件，每道密封的密封补偿环组件均与密封非补偿环组件贴合，形成动密封面。本发明适用于长航时水下航行器，采用双端面及轴承防偏摆设计，具有结构紧凑、可靠性高、装配工艺低、维护方便、通用性好等特点。

Description

一种水下航行器用双端面机械密封

技术领域

本发明属于水下航行器领域，具体地说是一种水下航行器用双端面机械密封。

背景技术

水下航行器作为探索水下空间的关键设备，具有部署能力强、成本低等优势，已成为探索海洋、开发海洋必不可少的手段。随着对海洋探测距离的不断增加，对水下航行器的航程要求也越来越远，高压下单次航行时间的增加，也对推进轴系动密封性能提出了更高的要求。当前水下航行器一般采用多道O形圈组合密封方式，长时间高速运转会导致O形圈密封失效。由于单次航行时间越来越长，轴系动密封需采用机械密封。但由于单端面机械密封存在泄漏量不稳定的问题，泄露量对于安全航行至关重要，一旦泄露有可能导致整个水下航行器沉入海底，从而导致不能按计划完成任务且造成重大经济损失。

目前，一般机械密封为保证密封效果，增加辅助系统实现冷却润滑，导致系统复杂并要求较大的安装空间。然而，水下航行器流线型设计导致尾部空间狭小无法安装辅助系统。另外，传统机械密封对轴系及耐压壳体装配工艺较高，对于长航时水下航行器，现有的机械密封产品存在安装空间大、装配工艺高、密封可靠性低等问题，不易应用于水下航行器产品。

发明内容

为了解决水下航行器传统机械密封存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种水下航行器用双端面机械密封。该双端面机械密封通过双端面设计并增加调心滚子轴承降低装配工艺，从而实现高可靠性，调心滚子轴承可以有效缓解第一道及第二道密封面偏摆，从而提高密封可靠性，并降低了机械密封与水下航行器的装配工艺，极大地提高了水下航行器的动密封性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括轴套、第一道密封、第二道密封、密封腔体、密封座、油封、轴承及轴承座，其中轴套装配到水下航行器的转轴上、随转轴转动，所述轴承座通过轴承与轴套转动连接，所述密封腔体的一端与该轴承座连接，另一端设有第一道密封；所述密封座位于轴承座及密封腔体内、套设在轴套上，所述轴承的一侧与轴承座之间及另一侧与密封座之间分别设有油封；所述密封腔体内设有第二道密封，该第二道密封及第一道密封均包括随轴套、转轴转动的密封非补偿环组件和保持静止的密封补偿环组件，每道密封的密封补偿环组件均与密封非补偿环组件贴合，形成动密封面；

其中：所述第一道密封包括第一道密封非补偿环组件及第一道密封补偿环组件，该第一道密封非补偿环组件安装在所述轴套的一端，所述第一道密封补偿环组件的一端与密封腔体连接，另一端与所述第一道密封非补偿环组件相贴合；

所述第一道密封非补偿环组件包括非补偿环座A及非补偿环A，该非补偿环座A安装于所述轴套的一端，所述非补偿环A与非补偿环座A连动；

所述第一道密封补偿环组件包括补偿环A及补偿环座A，该补偿环座A的一端与所述密封腔体的另一端相连，所述补偿环座A的另一端与补偿环A的一端抵接，该补偿环A的另一端与所述第一道密封非补偿环组件抵接；

所述补偿环A的内表面与轴套之间设有衬环A，所述补偿环座A与密封腔体之间设有弹簧A；

所述第二道密封包括第二道密封非补偿环组件及第二道密封补偿环组件，该第二道密封非补偿环组件安装在所述轴套上，所述第二道密封补偿环组件的一端与密封座连接，另一端与所述第二道密封非补偿环组件相贴合；

所述第二道密封非补偿环组件包括非补偿环座B及非补偿环B，该非补偿环B安装于轴套上，所述非补偿环座B外罩于非补偿环B及轴套，且安装在该轴套上，并与所述非补偿环B之间密封连接；

所述第二道密封补偿环组件包括补偿环B及补偿环座B，该补偿环座B的一端与所述密封座的另一端相连，所述补偿环座B的另一端与补偿环B的一端抵接，该补偿环B的另一端与所述第二道密封非补偿环组件抵接；

所述补偿环B的内表面与轴套之间设有衬环B，所述补偿环座B与密封座之间设有弹簧B；

所述第一道密封的密封非补偿环组件与密封腔体的另一端之间连接有限位板；

所述轴套上安装有轴承限位环，该轴承限位环的安装面与轴承贴合。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明双端面密封可保证高压、高转速运行的有效工作时间；调心滚子轴承的设计显著抑制了两道密封面发生偏摆的可能性，减小了两道密封面的磨损，从而大大提高了密封可靠性。

2.本发明第一道密封可直接通过海水冷却润滑，第二道密封通过腔体内润滑油冷却，热量可通过腔体传递至海水，结构简单紧凑、占用空间小，性能可靠；作为外部集装式机械密封，便于维护检修，可适用于长航时系列水下航行器。

3.本发明轴承限位环结构保证了机械密封可以向耐压壳体传递较大的轴向力、螺旋桨脉动力等，而不影响动静环的密封效果。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

其中：A为转轴，1为轴套，2为第一道密封非补偿环组件，3为第一道密封补偿环组件，4为密封腔体，5为第二道密封非补偿环组件，6为第二道密封补偿环组件，7为密封座，8为油封，9为轴承，10为轴承限位环，11为轴承座，12为限位板，13为非补偿环座A，14为非补偿环A，15为衬环A，16为补偿环A，17为补偿环座A，18为弹簧A，19为非补偿环座B，20为非补偿环B，21为衬环B，22为补偿环B，23为补偿环座B，24为挡油环，25为圆柱销A，26为防转圆柱销A，27为圆柱销B，28为圆柱销C，29为防转圆柱销B，30为圆柱销D，31为弹簧B，32为密封空腔。

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所示，本发明包括轴套1、第一道密封、第二道密封、密封腔体4、密封座7、油封8、轴承9、轴承限位环10、轴承座11及限位板12，其中轴套1装配到水下航行器的转轴A上、随转轴A转动，轴承座11通过轴承9与轴套1的另一端转动连接，密封腔体4的一端与该轴承座11通过螺栓固定连接，另一端设有第一道密封；密封座7位于轴承座11及密封腔体4内、套设在轴套1上，轴承9的一侧与轴承座11之间及另一侧与密封座7之间分别设有油封8，轴承9及两侧的油封8均安装在轴承座11内。本实施例的轴承9为调心滚子轴承，轴承9的一侧与轴承座11之间的油封8内部设有套在转轴A上的轴承限位环10，轴承限位环10通过螺钉固接在轴承套1的另一端端部，并将轴承9与轴承限位环10安装面贴合。如此设置，轴承限位环10结构保证了机械密封可以向耐压壳体传递较大的轴向力、螺旋桨脉动力等，而不影响两道密封摩擦副的密封效果。轴承9的外圈通过轴承座11内的止口和密封套7限位，轴承9的内圈通过轴承限位环10限位。密封腔体4内设有第二道密封，该第二道密封及第一道密封均包括随轴套1、转轴A转动的密封非补偿环组件和保持静止的密封补偿环组件，每道密封的密封补偿环组件均与密封非补偿环组件贴合，形成动密封面。

第一道密封包括第一道密封非补偿环组件2及第一道密封补偿环组件3，该第一道密封非补偿环组件2安装在轴套1的一端，第一道密封补偿环组件3的一端与密封腔体4连接，另一端与第一道密封非补偿环组件2相贴合。第一道密封非补偿环组件2包括非补偿环座A13及非补偿环A14，该非补偿环座A13通过圆柱销A25安装于轴套1的一端，非补偿环A14的一端通过防转圆柱销A26与非补偿环座A13连动。第一道密封补偿环组件3包括补偿环A16及补偿环座A17，该补偿环座A17的一端通过圆柱销B27与密封腔体4的另一端相连，圆柱销B27可实现补偿环座A17与密封腔体4的周向固定，补偿环A16的一端紧靠于补偿环座A17的另一端的阶梯处，该补偿环A16的另一端与非补偿环A14的另一端抵接。

第二道密封包括第二道密封非补偿环组件5及第二道密封补偿环组件6，该第二道密封非补偿环组件5安装在轴套1上，第二道密封补偿环组件6的一端与密封座7连接，另一端与第二道密封非补偿环组件5相贴合。第二道密封非补偿环组件5包括非补偿环座B19及非补偿环B20，该非补偿环B20的一端通过防转圆柱销B29安装于轴套1上，非补偿环座B19外罩于非补偿环B20及轴套1，且通过圆柱销C28安装在轴套1上，非补偿环座B19的内表面与非补偿环B20的外表面之间设有密封圈、形成密封。第二道密封补偿环组件6包括补偿环B22及补偿环座B23，该补偿环座B23的一端通过圆柱销D30与密封座7的另一端相连，圆柱销D30可实现补偿环座B23与密封座7的周向固定，补偿环B22的一端紧靠于补偿环座B23另一端的阶梯处，该补偿环B22的另一端与非补偿环B20的另一端抵接。

如此设置，第一道密封非补偿环组件2作为动环，第一道密封补偿环组件3作为静环，共同组成第一道密封，通过海水实现动密封面的润滑冷却。第二道密封非补偿环组件5作为动环，第二道密封补偿环组件6作为静环，共同组成第二道密封，通过密封腔内润滑油对密封面润滑，热量可经腔体传递至海水。调心滚子轴承的设计显著抑制了两道密封面发生偏摆，减小了两道密封面的磨损，从而减少了泄漏量，提高了密封的有效工作时间。

在第一道密封补偿环组件3中，补偿环A16的内表面与轴套1之间设有衬环A15，衬环A15安装于补偿环A16内圈，并与补偿环座A17另一端的端面靠紧。衬环A15可防止第一道密封面的补偿环A16长时间运转发生变形导致第一道密封面偏摆，可增加第一道密封面有效工作时间，提高可靠性。补偿环座A17与密封腔体4之间设有弹簧A18，弹簧18可保证第一道密封面在承受海水压力时始终保持良好贴合状态。

在第二道密封补偿环组件6中，补偿环B22的内表面与轴套1之间设有衬环B21，衬环B21安装于补偿环B22内圈，并与补偿环座B23另一端的端面靠紧。衬环B21可防止第二道密封面的补偿环B21长时间运转发生变形导致第二道密封面偏摆，可增加第二道密封面有效工作时间。补偿环座B23与密封座7之间设有弹簧B31，与第一道密封面同理，第二道密封面通过圆柱销D30与弹簧B31保证良好贴合状态。

密封腔体4与轴套1之间形成密封空腔32，密封空腔32内填充有密封润滑油。密封空腔32内的密封润滑油可实现对两道密封面的润滑，第二道密封摩擦产生的热量也可经过腔体直接传递至海水，而不需要增加单独的辅助系统对润滑油循环。因此，整体机械密封结构紧凑，占用空间小。密封腔体4与补偿环座A17之间安装有挡油环24，能有效防止密封空腔32内高压状态时，反压导致润滑油泄露。

非补偿环座A13与密封腔体4的另一端之间连接有限位板12，限位板12的两端分别通过螺钉与非补偿环座A13和密封腔体4的另一端固接。如此设置，本发明为外部集装式机械密封，此限位板12可防止在运输过程中关键限位尺寸发生变化，从而保证运输完成后无需重新装配，密封效果良好。

本发明的安装及工作原理为：

第二道密封非补偿环组件5通过防转圆柱销B29固定在轴套1上，轴承9及油封8安装在轴承座11内，第二道密封补偿环6通过圆柱销D30和弹簧B31安装在密封座7上，再将轴承座11整体与轴套1装配为一体，密封腔体4通过螺栓安装至轴承座11上，将第一道密封补偿环组件3安装至密封腔体4的另一端，将第一道密封非补偿环组件2通过圆柱销A25安装到轴套1。最后将轴套1装配到转轴A上。

第一道密封非补偿环组件2以及第二道密封非补偿环组件5均通过圆柱销与轴套1连接，保持与转轴A同步旋转。第一道密封补偿环组件3、第二道密封补偿环组件6以及相关连接件，保持静止状态。非补偿环A14与补偿环A16贴合形成第一道动密封面，在高压(小于或等于5Mpa)下通过海水实现动密封润滑。非补偿环A14与补偿环A16结构尺寸设计为平衡型，在海水压力下通过弹簧力补偿，实现密封面贴合良好。第一道密封面由于长时间承受高压，衬环A15防止补偿环A16发生变形导致密封面偏摆，可增加第一道密封面有效工作时间，相同原理将系统设计为双端面密封。补偿环B22因承受高压时间较短，磨损量较小，可有效保证第二道密封面良好的密封效果。因此，双端面密封可保证高压下较长时间而不发生泄漏。轴承限位环10可保证水下航行器在航行过程中轴系推力、螺旋桨脉动力等顺利传递至壳体，而不影响机械密封正常工作。

第一道密封面可直接通过海水实现润滑冷却，第二道密封面通过润滑油润滑，摩擦产生热量可通过腔体传递至海水，从而实现冷却。

Claims (11)

1.一种水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：包括轴套(1)、第一道密封、第二道密封、密封腔体(4)、密封座(7)、油封(8)、轴承(9)及轴承座(11)，其中轴套(1)装配到水下航行器的转轴(A)上、随转轴(A)转动，所述轴承座(11)通过轴承(9)与轴套(1)转动连接，所述密封腔体(4)的一端与该轴承座(11)连接，另一端设有第一道密封；所述密封座(7)位于轴承座(11)及密封腔体(4)内、套设在轴套(1)上，所述轴承(9)的一侧与轴承座(11)之间及另一侧与密封座(7)之间分别设有油封(8)；所述密封腔体(4)内设有第二道密封，该第二道密封及第一道密封均包括随轴套(1)、转轴(A)转动的密封非补偿环组件和保持静止的密封补偿环组件，每道密封的密封补偿环组件均与密封非补偿环组件贴合，形成动密封面。

2.根据权利要求1所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第一道密封包括第一道密封非补偿环组件(2)及第一道密封补偿环组件(3)，该第一道密封非补偿环组件(2)安装在所述轴套(1)的一端，所述第一道密封补偿环组件(3)的一端与密封腔体(4)连接，另一端与所述第一道密封非补偿环组件(2)相贴合。

3.根据权利要求2所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第一道密封非补偿环组件(2)包括非补偿环座A(13)及非补偿环A(14)，该非补偿环座A(13)安装于所述轴套(1)的一端，所述非补偿环A(14)与非补偿环座A(13)连动。

4.根据权利要求2所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第一道密封补偿环组件(3)包括补偿环A(16)及补偿环座A(17)，该补偿环座A(17)的一端与所述密封腔体(4)的另一端相连，所述补偿环座A(17)的另一端与补偿环A(16)的一端抵接，该补偿环A(16)的另一端与所述第一道密封非补偿环组件(2)抵接。

5.根据权利要求4所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述补偿环A(16)的内表面与轴套(1)之间设有衬环A(15)，所述补偿环座A(17)与密封腔体(4)之间设有弹簧A(18)。

6.根据权利要求1所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第二道密封包括第二道密封非补偿环组件(5)及第二道密封补偿环组件(6)，该第二道密封非补偿环组件(5)安装在所述轴套(1)上，所述第二道密封补偿环组件(6)的一端与密封座(7)连接，另一端与所述第二道密封非补偿环组件(5)相贴合。

7.根据权利要求6所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第二道密封非补偿环组件(5)包括非补偿环座B(19)及非补偿环B(20)，该非补偿环B(20)安装于轴套(1)上，所述非补偿环座B(19)外罩于非补偿环B(20)及轴套(1)，且安装在该轴套(1)上，并与所述非补偿环B(20)之间密封连接。

8.根据权利要求6所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第二道密封补偿环组件(6)包括补偿环B(22)及补偿环座B(23)，该补偿环座B(23)的一端与所述密封座(7)的另一端相连，所述补偿环座B(23)的另一端与补偿环B(22)的一端抵接，该补偿环B(22)的另一端与所述第二道密封非补偿环组件(5)抵接。

9.根据权利要求8所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述补偿环B(22)的内表面与轴套(1)之间设有衬环B(21)，所述补偿环座B(23)与密封座(7)之间设有弹簧B(31)。

10.根据权利要求1所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述第一道密封的密封非补偿环组件与密封腔体(4)的另一端之间连接有限位板(12)。

11.根据权利要求1所述的水下航行器用双端面机械密封，其特征在于：所述轴套(1)上安装有轴承限位环(10)，该轴承限位环(10)的安装面与轴承(9)贴合。

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