CN114792877A - 基于电驱动的潜艇雷达天线转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电驱动的潜艇雷达天线转台，主要解决现有潜艇雷达天线转台的海水易泄漏、工作噪音大、控制系统复杂、架设要求高、故障率较高、维修更换不便的问题。其包括主轴(1)、机械密封组件(2)、壳体(3)、电机(4)、汇流环(5)、旋变发送机(6)、平衡补偿装置(12)、锁死装置(13)；该主轴由电机直接驱动旋转，其上半部分装有机械密封组件，其内设置多通道密封汇流环，下端部套有双通道旋变发送机；转台底部设置平衡补偿装置；转台内设置锁死装置；转台的内部充满变压器油。本发明能避免海水泄漏、工作噪音和架设要求低、系统结构简单、故障率低、便于维修，可用于最大设计水深以上任意深度的海水中或其它水域。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种潜艇雷达天线转台，可用于最大设计水深以上任意深度的海水中或其它水域。
背景技术
潜艇雷达天线转台是潜艇雷达的一个关键组成部分，因为转台直接暴露于海水中，承受较大的海水压力，对密封，尤其是动密封的要求较高。
潜艇雷达天线转台有三个主要功能：一是驱动天线等负载360度连续旋转；二是产生雷达方位信号；三是将天线等舷外单元与舱内设备进行电连接。雷达工作时，由于与天线等连接的馈线和电缆随天线一同旋转，而桅杆内的馈线和电缆则相对天线静止，就必须要采用波导旋转关节或滑环进行电气传输，且对波导旋转关节或滑环须要进行严格密封。
潜艇雷达天线转台由于要长期工作，因而必须要有良好的可靠性，其主轴动密封一般采用机械密封。同时由于雷达天线口径较大，而且还要受到海浪的冲击，转台主轴的直径一般较大，因此机械密封的直径较大，需要的驱动力矩相应要求较大。
现有潜艇雷达天线转台多采用液压马达驱动主轴旋转，动密封采用石墨和硬质合金配对的单端面机械密封，天线信号采用波导进行传输，波导旋转关节设置在转台内主轴轴线位置，天线方位信号由与主轴连接的旋变发送机产生，转台内部密封腔为一个空气腔，与潜艇舱内连通。这种结构艇雷达天线转台存在着以下不足：
1)海水易泄漏，易造成天线故障。
当主轴动密封处的少量海水泄漏进入转台内部会增加转台内空气的湿度和盐度，对转台内的旋变发送机、插座、波导旋转关节等造成腐蚀，导致工作寿命缩短。在漏水管堵塞或未打开时，泄漏的海水不能及时排出，会在转台内积聚，进而进入波导内腔和桅杆内部，导致雷达工作故障。
2)工作噪音大，影响指挥室工作，不利于潜艇的隐蔽。
液压马达的工作噪音较大，一般约为60dB，天线工作转速较低，最低为5rpm，最高为20rpm左右，而液压马达的额定工作转速较高，多为1000rpm以上，必须要设置多级减速机构，造成减速机构结构复杂，体积较大,工作噪音较大；
由于转台的工作噪音一般大于60dB，而雷达天线位于潜艇指挥舱顶，其转台的工作噪音会顺着桅杆传至指挥室，影响指挥室人员工作及身心健康，也不利于潜艇的隐蔽。
3)油路系统复杂，故障率较高。
由于雷达天线需正、反向多转速工作，因而油路及控制系统复杂，阀件易出现卡死故障，低速时易产生振动噪音和天线爬行。
4)波导系统布置复杂，故障率较高。
由于天线信号是通过转台内的波导传输，而波导为刚性连接结构件，桅杆内的波导须随天线升降而移动，形成与舱壁上固定的波导对撞结合或分离，易出现波导口结合不良而影响微波信号传输。
5)微波信号传输只有一个通道，不能用于连续波雷达，实现同时收发。
6)架设要求高，维修不方便。
由于转台径向尺寸较大，因而架设占用的空间较大，且多根液压油管、波导和电缆须安装在桅杆内部，结构复杂，转台底面需与桅杆密封，易发生泄漏故障，不便安装与维修；此外，还需铺设通向舱内的漏水管路，且需保持畅通，雷达天线工作时，存在向舱内漏水的可能，造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有潜艇雷达天线转台的不足，提供一种基于电驱动的潜艇雷达天线转台，以避免海水泄漏、降低工作噪音和架设要求、简化系统结构、减少故障，便于维修。
实现本发明目的的技术方案是：采用力矩电机直接驱动转台主轴旋转，采用汇流环进行转台负载信号的传输，在转台主轴和壳体之间设置双重机械密封，转台内部充绝缘液体介质，并设置平衡补偿装置以平衡外部海水压力，对零部件及电器元件沿转台轴向布置，转台底面设置密封插座；转台内设置锁死装置，以在预定角度锁死主轴。其结构如下：
一种基于电驱动的潜艇雷达天线转台，包括主轴1、上端盖18、机械密封组件2、两个轴承15和16、壳体3及旋变发送机6，主轴1为空心轴，并设置在壳体3的腔体内，上端盖18安装在壳体3的上端，主轴1的一端伸出上端盖18，机械密封组件2设置在主轴1的轴伸端与壳体3之间，其特征在于：
所述壳体3为圆筒形，其与主轴1之间设置有分离式电机4，该电机的转子41布置在两个轴承15和16之间，该电机的定子42固定在壳体3的内侧，用于驱动主轴旋转；该壳体3的下端固定有下端盖8；
所述主轴1内部布置有汇流环5，用于提供可靠稳定的多通道信号电气连接，避免电缆缠绕现象，下端套有旋变发送机6，用于产生主轴角位置信号；该旋变发送机的下端布置有锁死装置13，用于在转台断电后保护主轴不再转动；
所述下端盖8，其上安装有两个水密插座9和10、平衡补偿装置12和补油嘴11，且第一水密插座9与汇流环5连接，第二水密插座10与电机4和旋变发送机6连接，并与壳体密封为一体；该补油嘴用于向壳体内部补充绝缘液体介质，使转台内部的元器件、零件浸没在绝缘液体介质中；该平衡补偿装置用于平衡壳体3内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入转台内部，提高转台工作可靠性。
进一步，所述机械密封组件2采用双端面机械密封结构，其包括两个旋转环21和一个静止环22，两个旋转环21分别轴向布置于静止环22的两个密封面，该旋转环与主轴1固定，该静止环通过衬套17与壳体3固定，以实现主轴1与壳体3之间的旋转动密封。
进一步，所述旋变发送机6为分离式双通道旋变发送机，其包括外环61和内环62，该内环套在主轴1下端部外侧，该外环通过衬套14与壳体3固定。
进一步，所述汇流环5嵌于主轴1的中心孔内，其包括外壳51、转动环52和静止环53，该转动环52与外壳51固定，且与主轴1的一端形成密封固定结构，该静止环53通过填充块7与壳体3固定。
进一步，所述锁死装置13包括基座132、销轴133、锁死盘134和两个微动开关131和135，该基座132与衬套14固定，该锁死盘134套在主轴1上，其端面上开有销孔，两个微动开关131和135分别布置在销轴133的两端轴向延伸线上，用以控制锁死和解锁状态；即当销轴133与锁死盘134的销孔对齐时，由电机驱动销轴133插入锁死盘134销孔实现锁死；解锁时由电机反转驱动销轴133反向运动，使销轴133离开锁死盘134的销孔实现解锁。
进一步，所述平衡补偿装置12包括活塞121、缸体122、端盖123、阀芯125、微动开关127及两个弹簧124和126；
该缸体122为圆筒形，其一端与下端盖8密封固定，另一端固定端盖123；端盖123上开有通孔，用来连通外部介质；
该活塞121为圆柱形，中心开有台阶孔，置于缸体122内部，并通过密封圈与缸体之间密封，能在缸体内自由移动，其一端设有弹簧124用以向转台内部持续施加一个预设范围的压力，另一端设有弹簧126，用以改变预定位置的微动开关127状态；
该微动开关127安装在下端盖8上，当腔体内的液体介质体积减小，活塞121向内运动到预定位置时，弹簧126对微动开关127施压，改变其状态，产生报警信号，提示补油；
该阀芯125安装在活塞中心台阶孔内，当腔体内的液体介质体积增加，活塞121向外运动到预定位置时，排出多余液体介质。
进一步，所述缸体122和活塞121的材质采用聚四氟乙烯，以提高压力补偿的灵敏度。
进一步，所述壳体3内部的绝缘液体介质为变压器油。
进一步，所述主轴1的轴向限位仅由位于轴伸端的轴承16确定，该轴承为四点或三点接触球轴承。
本发明具有以下优点：
1)本发明由于采取电机直接驱动主轴旋转，使得转台工作时噪音较低，转速和转角控制简单、精准。
2)本发明由于采用汇流环进行转台负载信号的传输，对零部件及电器元件沿转台轴向布置，且在转台内设置锁死装置，可以在预定角度锁死主轴，使得转台径向尺寸小，安装占用空间小，能与支撑桅杆同径。
3)本发明由于在转台内部充绝缘液体介质，并设置平衡补偿装置和补油嘴，以平衡外部海水压力，可避免海水进入转台内部，提高转台工作可靠性，且无需在转台与桅杆之间进行密封。
4)本发明由于在转台底部设置密封插座，可通过密封插座连接水密电缆完成雷达舷外部分的电器连接，架设简单，维修方便。
附图说明
图1是本发明的整体结构剖视图；
图2是本发明中电机和机械密封组件的局部放大图；
图3是本发明中汇流环和旋转发送机的局部放大图；
图4是本发明中平衡补偿装置和锁死装置的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图对发明的实施例进行详细描述。
参照图1，本实例的转台主体的外形为带台阶的圆柱体，其主要由主轴1、机械密封组件2、壳体3、电机4、汇流环5、旋变发送机6、填充块7、下端盖8、两个水密插座9和10、补油嘴11、平衡补偿装置12、锁死装置13、两个衬套14和17、两个轴承15和16、及上端盖18组成。其中
所述壳体3为圆筒形，位于转台的最外部，下端设置法兰和螺纹孔，用于转台与桅杆的连接，上端盖18安装在壳体上端，下端盖8固定在该壳体3的下端。
所述主轴1为空心轴，位于壳体3的腔体内，由轴承15和16支撑，轴向位置仅由轴承16确定，轴承16为四点接触球轴承，轴承15为滚针轴承；主轴上端面伸出上端盖18，且设置有与负载密封连接的结构接口，汇流环5设置在主轴内部，用于提供可靠稳定的信号传输，避免电缆缠绕现象；主轴的下端与旋变发送机6套接，用于产生主轴角位置信号。
所述两个水密插座9和10、补油嘴11和平衡补偿装置12均安装在下端盖8上，且第一水密插座9与汇流环5的下端连接，第二水密插座10与电机4、旋变发送机6的电缆连接，第一水密插座9和第二水密插座10分别与壳体3密封为一体，且具有足够的强度以承受来自转台内部变压器油的压力，此压力略大于转台外部介质压力。补油嘴11用于向壳体内部补充绝缘液体介质，该绝缘液体介质为变压器油，转台的内部元器件、零件均被变压器油所浸没。
参照图2，所述电机4设置在主轴1中段与壳体3之间，其为分离式电机，该电机的转子41套于两个轴承15和16之间位置，该电机的定子42固定在壳体3的内侧，电机4为交流伺服永磁力矩电机，用于直接驱动主轴旋转。
所述机械密封组件2布置于主轴1的上半部分与壳体3之间，采用双端面机械密封结构，其包括两个旋转环21和一个静止环22，两个旋转环21分别轴向布置于静止环22的两侧，该旋转环与主轴1固定，该静止环通过衬套17支撑，该衬套17与静止环21和壳体3之间以密封圈密封；以实现主轴1与壳体3之间的旋转动密封，旋转环21和静止环22材质均为镍基碳化钨硬质合金。
参照图3，所述汇流环5包括外壳51、转动环52和静止环53，该转动环52与外壳51固定，且与主轴1的下端形成密封固定结构，该静止环53通过填充块7与壳体3固定；汇流环有多个通道，其特性与转台负载相匹配。汇流环5的外壳及其上端的密封插座具有足够的强度以承受来自转台内部变压器油的压力，此压力略大于转台外部海水压力。
所述旋变发送机6为分离式双通道旋变发送机，其包括外环61和内环62，该内环套在主轴1下端部外侧，该外环通过衬套14与壳体3固定；旋变发送机6包含粗通道和精通道两个通道，其精度满足雷达方位精度指标要求，其激磁信号通过汇流环5连接；旋变发送机6、电机4和舷内的驱动控制器形成闭环控制，以确定主轴1的转速和转角位置。
参照图4，所述平衡补偿装置12包括活塞121、缸体122、端盖123、阀芯125、微动开关127及两个弹簧124和126；
该缸体122为圆筒形，其一端与下端盖8密封固定，另一端安装端盖123，端盖123上开有通孔，用来连通外部介质；
该活塞121为圆柱形，中心开有台阶孔，置于缸体122内部，其侧面背对背设置两道Y形密封圈形成与缸体122之间的密封，能在缸体内自由移动，其一端设有弹簧124用以向转台内部持续施加一个预设范围的压力，以保证动密封处内部压力始终略大于外界压力，另一端设有弹簧126，用以改变预定位置的微动开关127状态；活塞121和缸体122均采用聚四氟乙烯材料，以提高压力补偿的灵敏度。活塞121的上端面与转台内部的变压器油直接接触，下端面与整个转台的外部介质连通接触；
该微动开关127安装在下端盖8上，当腔体内的液体介质体积减小，活塞121向内运动到预定位置时，弹簧126对微动开关127施压，改变其状态，产生报警信号，提示补油；
该阀芯125安装在活塞中心台阶孔内，当通过补油嘴11对转台进行补油或因温升使转台内变压器油膨胀时，活塞121向下移动，当阀芯125与端盖123接触后停止运动后，若活塞121继续向下移动，阀芯125将被打开而泄漏掉多余的变压器油。
平衡补偿装置12用于平衡壳体3内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入转台内部，提高转台工作可靠性。
所述锁死装置13采用无刷电机驱动，布置在旋变发送机6的下端，用于在转台断电后保护主轴不再转动，其包括基座132、销轴133、锁死盘134和两个微动开关131和135，该基座132与衬套14固定，该锁死盘134套在主轴1上，其端面上开有销孔，两个微动开关131和135分别布置在销轴133的两端轴向延伸线上，用以控制锁死和解锁状态，即当销轴133与锁死盘134的销孔对齐时，由电机驱动销轴133插入锁死盘134的销孔实现锁死；解锁时由电机反转驱动销轴133反向运动，使销轴133从锁死盘134的销孔中退出实现解锁。
上述主轴1、机械密封组件2、壳体3、汇流环5、下端盖8、水密插座9、水密插座10、补油嘴11、平衡补偿装置12、衬套17和上端盖18形成一个连通的密封腔体，各个零部件之间所有静密封处均采用O形圈进行密封。
整个转台的各个零件及器件紧凑布置，并利用金属填充块7对其闲置空间进行填充，以减小充油空间，充油量越小，温升后油的膨胀体积越小，所需平衡补偿装置12的容量越小，补油周期越长。
工作时，由转台外的控制系统控制电机直接驱动主轴转动，通过旋变发送机实时接收主轴准确的位置角度信息，信息经汇流环和与水密插座连接的水密电缆传输至外部控制系统，进而实时控制电机的转动角度和转动速度，从而带动雷达天线快速稳定的转动。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不违背本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于电驱动的潜艇雷达天线转台，包括主轴(1)、上端盖(18)、机械密封组件(2)、两个轴承(15，16)、壳体(3)及旋变发送机(6)，主轴(1)为空心轴，并设置在壳体(3)的腔体内，上端盖(18)安装在壳体(3)的上端，主轴(1)的一端伸出上端盖(18)，机械密封组件(2)设置在主轴(1)的轴伸端与壳体(3)之间，其特征在于：
所述壳体(3)为圆筒形，其与主轴(1)之间设置有分离式电机(4)，该电机的转子(41)布置在两个轴承(15,16)之间，该电机的定子(42)固定在壳体(3)的内侧，用于驱动主轴旋转；该壳体(3)的下端固定有下端盖(8)；
所述主轴(1)内部布置有汇流环(5)，用于提供可靠稳定的多通道信号电气连接，避免电缆缠绕现象，下端套有旋变发送机(6)，用于产生主轴角位置信号；该旋变发送机的下端布置有锁死装置(13)，用于在转台断电后保护主轴不再转动；
所述下端盖(8)，其上安装有两个水密插座(9,10)、平衡补偿装置(12)和补油嘴(11)，且第一水密插座(9)与汇流环(5)连接，第二水密插座(10)与电机(4)和旋变发送机(6)连接，并与壳体密封为一体；该补油嘴用于向壳体内部补充绝缘液体介质，使转台内部的元器件、零件浸没在绝缘液体介质中；该平衡补偿装置用于平衡壳体(3)内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入转台内部，提高转台工作可靠性。
2.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述机械密封组件(2)采用双端面机械密封结构，其包括两个旋转环(21)和一个静止环(22)，两个旋转环(21)分别轴向布置于静止环(22)的两个密封面，该旋转环与主轴(1)固定，该静止环通过衬套(17)与壳体(3)固定，以实现主轴(1)与壳体(3)之间的旋转动密封。
3.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述旋变发送机(6)为分离式双通道旋变发送机，其包括外环(61)和内环(62)，该内环套在主轴(1)下端部外侧，该外环通过衬套(14)与壳体(3)固定。
4.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述汇流环(5)嵌于主轴(1)的中心孔内，其包括外壳(51)、转动环(52)和静止环(53)，该转动环(52)与外壳(51)固定，且与主轴(1)的一端形成密封固定结构，该静止环(53)通过填充块(7)与壳体(3)固定。
5.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述锁死装置(13)包括基座(132)、销轴(133)、锁死盘(134)和两个微动开关(131,135)，该基座(132)与衬套(14)固定，该锁死盘(134)套在主轴(1)上，其端面上开有销孔，两个微动开关(131,135)分别布置在销轴(133)的两端轴向延伸线上，用以控制锁死和解锁状态；即当销轴(133)与锁死盘(134)的销孔对齐时，由电机驱动销轴(133)插入锁死盘(134)销孔实现锁死；解锁时由电机反转驱动销轴(133)反向运动，使销轴(133)离开锁死盘(134)的销孔实现解锁。
6.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述平衡补偿装置(12)包括活塞(121)、缸体(122)、端盖(123)、阀芯(125)、微动开关(127)及两个弹簧(124,126)；
该缸体(122)为圆筒形，其一端与下端盖(8)密封固定，另一端固定端盖(123)；端盖(123)上开有通孔，用来连通外部介质；
该活塞(121)为圆柱形，中心开有台阶孔，置于缸体(122)内部，并通过密封圈与缸体之间密封，能在缸体内自由移动，其一端设有弹簧(124)用以向转台内部持续施加一个预设范围的压力，另一端设有弹簧(126)，用以改变预定位置的微动开关(127)状态；
该微动开关(127)安装在下端盖(8)上，当腔体内的液体介质体积减小，活塞(121)向内运动到预定位置时，弹簧(126)对微动开关(127)施压，改变其状态，产生报警信号，提示补油；
该阀芯(125)安装在活塞中心台阶孔内，当腔体内的液体介质体积增加，活塞(121)向外运动到预定位置时，排出多余液体介质。
7.根据权利要求6所述的平衡补偿装置，其特征在于，所述缸体(122)和活塞(121)的材质采用聚四氟乙烯，以提高压力补偿的灵敏度。
8.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述壳体(3)内部的绝缘液体介质为变压器油。
9.根据权利要求1所述的转台，其特征在于，所述主轴(1)的轴向限位仅由位于轴伸端的轴承(16)确定，该轴承为四点或三点接触球轴承。
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