CN114313189B - 一种密封轮缘推进器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封轮缘推进器，包括定子，转子，轴承和密封系统，加压系统，排水系统以及传感器系统。通过密封使得轮缘推进器气隙部分与外部水隔开，并通过加压系统、排水系统及传感器系统配合实现气隙部分隔绝外部水中的泥沙、金属物质以及海生物等的进入，通过该发明能够显著提高轮缘推进器可靠性。

Description

一种密封轮缘推进器

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程技术电力推进领域，具体涉及一种密封轮缘推进器。

背景技术

轮缘推进器作为一种高度集成化的推进器装置，取消了传统推进方式的轴系驱动，实现了电机和螺旋桨的一体化集成，使得装置整体结构简单紧凑、体积小巧、安装灵活。另外，由于减少了大量机械噪声源，轮缘推进器在节能降噪方面表现出了极大潜力。

目前，轮缘推进器通常在电机的定子与转子间包含一个非密封的气隙部分，该部分通常允许外部水进入来保证水润滑轴承的润滑以及对电机的定子进行散热。但由于船舶运行水域情况复杂，外部水中包含有大量的泥沙、金属物质以及海生物，容易进入到气隙部分。

泥沙可能导致水润滑轴承磨损；金属物质可能导致转子永磁体吸附金属物质，进一步降低推进器电磁性能，甚至导致推进器产生严重的振动噪声；海生物可能附着在气隙表面，影响流道，导致无法启动，甚至破坏推进器内部结构，导致推进器无法工作。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种密封轮缘推进器，对定转子间的间隙结构做出优化。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种密封轮缘推进器，包括定子以及通过轴承和密封系统连接在定子内侧的转子，还包括与轴承和密封系统连接的加压系统、排水系统和传感器系统；所述的定子包括定子密封套筒、与定子密封套筒同心的定子机壳以及连接在定子机壳端部的定子盖板，定子密封套筒与定子机壳和定子盖板连接形成的密封空间内设置有定子电枢，定子电枢安装在定子机壳内部的定子密封套筒上与外界隔开；所述的转子包括螺旋桨、与螺旋桨同心的转子密封套筒以及连接在定子机壳左右两侧的转子密封轴承配合环，螺旋桨与转子密封套筒和转子密封轴承配合环连接形成的密封空间内设置有转子轭和永磁体，由内向外依次连接的转子轭和永磁体与外界隔开；所述的轴承和密封系统由密封轴承座、安装在密封轴承座上的推力轴承和径向轴承以及径向轴承和密封轴承座之间的密封圈组成，所述推力轴承和径向轴承与转子密封轴承配合环，分别约束转子轴向及径向运动，并分别传递推力及径向力，所述的密封圈与密封轴承座内侧面、定子内表面及转子表面共同形成密封空间间隙，间隙内充满低粘度液体，所述的密封轴承座内设置有连通至间隙的入口通道、排水通道和检测通道；所述的加压系统包含设置在定子外的高压气罐，所述的高压气罐通过气管连通定子与转子之间的间隙；所述的排水系统包括连通定子与转子之间的间隙的排水通道以及与排水通道连接的排水单向电磁阀；所述的传感器系统包含检测通道、水分检测器及压力传感器。

所述的一种密封轮缘推进器，其推力轴承和径向轴承分别安装在密封轴承座的轴向面与内侧面。

所述的一种密封轮缘推进器，其密封轴承座内侧设置有安装槽结构，所述的密封圈位于安装槽结构内。

所述的一种密封轮缘推进器，其低粘度液体为润滑油。

本发明的有益效果是：轮缘推进器工作时，转子前后的流体压力差会促使气隙内的流体产生轴向流动，该轴向流动速度越大，转子的粘性摩擦损耗就越大，定转子间的间隙结构可以降低此时间隙内的流体轴向流动速度，虽然增大了转子与流体的接触面积，但是综合来看总的转子粘性摩擦损耗得到了降低，从而实现轮缘推进器效率的提升。

本发明轮缘推进器能够在有效降低由于船舶运行水域复杂情况导致的外部水中的泥沙、金属物质以及海生物等进入到气隙部分对轮缘推进器产生的不利影响，同时减小了内部轴向间隙流动，减小转子环带来的损耗，进一步提高轮缘推进器可靠性。

附图说明

图1为本发明的总体示意图；

图2为本发明定子的示意图；

图3为本发明转子的示意图；

图4为本发明轴承和密封系统的示意图；

图5为本发明加压系统的示意图；

图6为本发明传感器系统及排水系统的示意图；

图7为本发明另一实施例的示意图。

各附图标记为：100—轮缘推进器，1—定子，11—电机电枢，12—定子机壳，13—定子盖板，14—定子密封套筒，2—转子，21—螺旋桨，22—转子密封套筒，23—永磁体，24—转子轭，25—转子密封轴承配合环，3—轴承和密封系统，31—密封轴承座，32—密封圈，33—推力轴承，34—径向轴承，35—滚动轴承，4—加压系统，41—高压气罐，42—入口单向电磁阀，43—入口通道，44—间隙，5—排水系统，51—排水通道，52—排水单向电磁阀，6—传感器系统，61—检测通道，62—水分检测器，63—压力传感器。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这些比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连接。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

按照本发明的一个示例，如图1至图6，本发明公开的一种密封轮缘推进器，包含定子1，转子2，轴承和密封系统3，加压系统4，排水系统5以及传感器系统6。

参照图1所示，左右两侧的轴承和密封系统3与定子1连接，与转子2在内侧连接，与导管在外部两侧连接。所述加压系统4，排水系统5以及传感器系统6分别与所述轴承和密封系统3连接。

参照图2所示，所述的定子1包括电机电枢11，定子机壳12，定子盖板13以及定子密封套筒14，定子密封套筒14与定子机壳12和端部的定子盖板13连接形成密封空间，定子电枢11安装在密封空间内部的定子密封套筒14上，与外界隔开。

参照图3所示，所述的转子2包括螺旋桨21，转子密封套筒22，永磁体23，转子轭24以及转子密封轴承配合环25，螺旋桨21，转子轭24，永磁体23，转子密封套筒22，由内向外依次连接，螺旋桨21与转子密封套筒22和左右两侧的转子密封轴承配合环25连接形成密封空间，密封空间内由内向外依次连接的转子轭24和永磁体23与外界隔开。

参照图4所示，所述的轴承和密封系统3包括密封轴承座31，密封圈32，推力轴承33以及径向轴承34。密封轴承座31内侧包含安装槽结构，所述密封圈32与密封轴承座31在所述安装槽结构内连接，所述推力轴承33以及径向轴承34分别连接至所述密封轴承座31轴向面与内侧面。

参照图5所示，所述密封圈32与定子1内表面、密封轴承座31内侧面及转子2表面共同形成密封空间间隙44。所述密封轴承座31内包含连通至所述间隙44的入口通道43，所述入口通道43另一侧与外界连通，依次连接所述入口单向电磁阀42以及高压气罐41。

参照图6所示，所述密封轴承座31内包含连通至所述间隙44的排水通道51，所述排水通道51另一侧与外界连通，并与所述排水单向电磁阀52连接。

述密封轴承座31内连通至所述间隙44的检测通道61，所述检测通道61另一侧与外界连通，并在另一侧安装所述水分检测器62以及压力传感器63。

所述的加压系统4包括高压气罐41，入口单向电磁阀42，入口通道43以及间隙44。所述的传感器系统6包括检测通道61，水分检测器62以及压力传感器63。

通过密封使得轮缘推进器气隙部分与外部水隔开，并通过加压系统4、排水系统5及传感器系统6配合实现气隙部分隔绝外部水中的泥沙、金属物质以及海生物等的进入，通过该发明能够显著提高轮缘推进器可靠性。

轮缘推进器工作时，由外部变频器通过电缆为所示定子1供电，定子1产生旋转磁场牵引转子2，转子2旋转从而螺旋桨21同步旋转，利用螺旋桨21产生推力驱动航行器前进。

正常工作状态，间隙44内充满低粘度液体，一方面为推力轴承33以及径向轴承34提供足量润滑介质，另一方面为内部密封空间提供保护。所述密封圈32能够阻止外部水进入所述气隙，从而保证气隙内侧不受泥沙、金属物质以及海生物等外部水中杂质影响。

本发明的工作原理为：

所述轮缘推进器100工作时，由外部变频器（未示）通过电缆（未示）为所述定子电枢11供电，定子电枢11产生旋转磁场牵引安装在转子2中的永磁体23，驱动整个转子2旋转从而带动螺旋桨21同步旋转，利用螺旋桨21产生推力驱动航行器前进。

所述推力轴承33以及径向轴承34与所述转子密封轴承配合环25配合，分别约束转子轴向及径向运动，并分别传递推力及径向力。所述推力轴承33以及径向轴承34包括但不限于由高分子材料制成的滑动轴承。

正常工作状态，所述间隙44内充满低粘度液体，包括但不限于润滑油等，一方面为所述推力轴承33以及径向轴承34提供足量润滑介质，另一方面为内部密封空间提供保护。所述密封圈32包括但不限于唇形密封，能够阻止外部水进入所述气隙44，从而保证气隙内侧不受泥沙、金属物质以及海生物等外部水中杂质影响。

一旦密封圈32结构发生失效或者其他形式损坏，导致外界水进入气隙44中，位于底部的水分检测器62就能测到气隙内的水含量，一旦超过设定的阈值，判断发生漏水。此时设备停止运行，静止一段时间后，由于水密度原因，更多的聚集在排水系统5附近，这时打开入口单向电磁阀42，此时高压气罐41内气体会使得气隙44内压力升高。通过压力传感器63检测间隙44内压力，达到设定预充压力后关闭单向电磁阀42，此时打开排水单向电磁阀52，将间隙44内沉积至底部的外部水排出，同时观测压力传感器63压力值，达到设定排水终止压力后关闭排水单向电磁阀52。再次通过水分检测器62测到气隙内的水含量，若低于设定阈值，排水工作结束，可正常重启轮缘推进器100工作，若仍高于阈值，重复上述步骤。

参考图7所示，本发明另一实施例，所述推力轴承33以及径向轴承34可替换成滚动轴承35，包括但不限于圆锥滚子轴承，此时，间隙44内部低粘度液体选取范围扩大至气体，包括但不限于与所述高压气罐41内相同的气体。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种密封轮缘推进器，其特征在于：包括定子（1）以及通过轴承和密封系统（3）连接在定子（1）内的转子（2），还包括与轴承和密封系统（3）连接的加压系统（4）、排水系统（5）和传感器系统（6）；

所述的定子（1）包括定子密封套筒（14）、与定子密封套筒（14）同心的定子机壳（12）以及连接在定子机壳（12）端部的定子盖板（13），定子密封套筒（14）与定子机壳（12）和定子盖板（13）形成的密封空间内设置有定子电枢（11）；

所述的转子（2）包括螺旋桨（21）、与螺旋桨（21）同心的转子密封套筒（22）以及连接在定子机壳（12）左右两侧的转子密封轴承配合环（25），螺旋桨（21）与转子密封套筒（22）和转子密封轴承配合环（25）形成的密封空间内设置有转子轭（24）和永磁体（23）；

所述的轴承和密封系统（3）由密封轴承座（31）、安装在密封轴承座（31）上的推力轴承（33）和径向轴承（34）以及径向轴承（34）和密封轴承座（31）之间的密封圈（32）组成，所述的密封圈（32）与密封轴承座（31）、定子（1）及转子（2）形成间隙（44），间隙（44）内充满低粘度液体，所述的密封轴承座（31）内设置有连通至间隙（44）的入口通道（43）、排水通道（51）和检测通道（61）；

所述的加压系统（4）包括设置在定子（1）外的高压气罐（41），所述的高压气罐（41）连通所述入口通道（43）；

所述的排水系统（5）包括连通所述排水通道（51）的排水单向电磁阀（52）；

所述的传感器系统（6）包括连通所述检测通道（61）的水分检测器（62）及压力传感器（63）。

2.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于，所述的推力轴承（33）和径向轴承（34）分别安装在密封轴承座（31）的轴向面与内侧面。

3.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于，所述的密封轴承座（31）内侧设置有安装槽结构，所述的密封圈（32）位于安装槽结构内。

4.根据权利要求1所述的一种密封轮缘推进器，其特征在于，所述的低粘度液体为润滑油。