CN201554852U - 深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，用于海洋工程水上平台动力定位系统推进轴系水密封。其主要由主端面水密封摩擦副、可调辅助端面水密封摩擦副和分压式辅助径向水密封摩擦副等水密封结构组成。摩擦副采用整体硬质合金或在金属材料基体上用高速火焰喷涂(或高温堆焊)技术熔结硬质合金，以轴向均布的柱弹簧自动补偿密封摩擦副的端面磨损。在传动轴回转或轴向伸缩移动过程中，本实用新型的各水密封摩擦副的密封状态保持不变，使推进轴系在全回转或伸缩状态下保持可靠的水密封性能。系统耐压强度高，使用寿命长。

Description

深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置

技术领域

本实用新型涉及一种深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，具体地说是用于深海水上作业平台动力定位系统全回转-伸缩式推进轴系的水密封，使推进轴系在可靠的水密封状态下能自动实现水上定位功能。

背景技术

深海水上作业平台长年在远海区域进行水下地质勘探或海洋石油开采一类的工作，需要有一个可靠的水上定位方法。因远海水深和各种远洋气候的变化，水下暗流涌动，水面风大浪急，使水上作业平台的水上定位相当困难，如仅依靠传统的锚链定位，很不可靠且没有机动性。面对这个问题，有人提出了采用动力定位技术，即依靠水上作业平台自身设置的多向推进动力维持平台在动荡的水流中稳定在一个给定的位置上。这种多向动力推进系统要求各推进轴系能在回转或伸缩状态下工作，并要求轴系密封装置外部承受高水压(0.3～0.6Mpa)。如何解决这种既具有全回转又能具有伸缩功能的大轴径动力轴系的外压水密封问题就成了一个技术难题。

现在，国内外船舶用动力推进轴系的水密封是采用固定式径向密封或端面水密封装置，且是内压式的，即压力海水先经密封装置的内腔，再经过密封摩擦副外泄露至船舶内舱。推进轴系仅要求回转而不需有伸缩功能，因此这种固定式的水密封装置不适用于深海水上作业平台的全回转-伸缩式动力自动定位要求。同时，现有的船用轴系水密封摩擦副一般都采用工程橡胶、铜合金或不锈钢类材料制成，强度差、耐磨损寿命短，不适合于深海水上作业平台长维修周期和高工作可靠性的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种系统水密封性能稳定可靠，耐压强度高，使用寿命长；传动轴套的轴向位置保持不变，能确保推进轴系在全回转或伸缩状态下保持可靠的水密封性能，且能维护推进轴平稳运行的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置。

按照本实用新型提供的技术方案，深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置包括底座、密封静环、密封动环、骨架油封底座、固定夹环、骨架油封、动环托架、柱弹簧、传动卡环、调整扣、传动轴套、密封调整圈、压板、主传动环、滤沙圈、防护罩，采用密封静环和密封动环构成主端面水密封摩擦副；密封静环装配于安装底座内，并用定位螺钉定位；密封动环采用过盈配合固定于动环托架上，柱弹簧一端设置在动环托架内，柱弹簧的另一端支撑在传动卡环的端面上；采用紧定螺钉将密封动环、动环托架、柱弹簧、传动卡环、调整扣紧固在传动轴套上，并使密封动环贴合于密封静环；用2-4组固定夹环并借助螺栓将2-4层骨架油封并联固定在骨架油封底座上构成油封固定装置，再通过螺栓将骨架油封底座与安装底座联接，骨架油封的唇边与动环托架的外圆周面构成分压式径向水密封摩擦副；主传动环固定在传动轴上，传动轴作轴向移动可使主传动环与传动轴套相互键联或脱开联接；传动轴套的左端面与固定在压板上的密封调整圈构成可调辅助端面水密封摩擦副，压板上设置有调整螺钉；传动轴套的右端部设置有法兰盖，传动轴套与传动轴相配合面两端部各设置有一组○型橡胶密封圈和挡圈，并用螺钉压紧挡圈；防护罩用螺钉牢固地联接在油封固定装置末端的固定夹环上。

所述的密封静环和密封动环可采用碳化钨或碳化硅硬质合金材料经模压铸造而成；或采用不锈钢、铜合金钢材料制为基体，在基体端表面上采用高速火焰喷涂或堆焊硬质合金材料，将硬质合金材料与基体熔为一体，熔层厚度为0.3-0.8mm，最后经磨削加工成为主端面摩擦副表面。

所述的动环托架的内部周向均匀地设置有6-24只柱弹簧，柱弹簧采用不锈钢或合金钢材料制成，两端磨平。

所述的固定夹环上设置有压力水流通道孔，所述2-4组固定夹环右端的一组固定夹环内嵌有滤沙圈。

所述的传动轴套的左端部内设置有内花键，与主传动环的外花键相键联；传动轴套轴向定位于安装底座和密封调整圈之间。

所述的密封调整圈采用整体硬质合金材料碳化钨或碳化硅或整体铜合金材料锡青铜、铝青铜或镍青铜制成；也可采用不锈钢、铜合金或钢材料为基体，在基体端表面上采用火焰喷涂或高温堆焊，将硬质合金材料与基体熔为一体，熔层厚度为0.3-0.8mm；密封调整圈的摩擦面上可均匀加工有波浪形润滑油槽。

所述的安装底座上设置有循环冷却水出入通道。

所述的主传动环由两半环构成，其外圆周加工有与传动轴套的内花键相配联的外花键。

所述的滤沙圈由不锈钢丝或铜丝网状结构经模压而成。

所述的防护罩采用不锈钢丝或不锈钢板网状结构经模压而成。

所述的除密封静环、密封动环、密封调整圈和各种橡胶材料制成的零部件以外的所有其它零部件全部采用高强度耐蚀不锈钢材料(304、316、316L、00Cr₁₈Ni₉Ti、0Cr₁₈Ni₉Ti、1Cr₁₈Ni₉Ti、1Cr₁₃或2Cr₁₃)或铜合金材料(锡青铜、铝青铜、镍青铜、锰黄铜或硅黄铜)制成，使整个装置适应海水腐蚀和深海高水压的环境使用要求。

本实用新型与已有技术相比具有以下优点：

本实用新型可使水上平台动力推进轴系在全回转或伸缩状态下工作时能确保系统水密封性能不受影响，适用于深海水上平台类设施动力定位系统的水密封。采用硬质合金作为大轴径端面水密封摩擦副材料或在金属基体表面采用高速火焰喷涂(或高温堆焊)硬质合金材料技术，大大提高端面摩擦副的水密封可靠性和使用寿命。利用多层橡胶骨架油封装置作为分压式辅助径向水密封构件，使外部高水压能分级降压，降低了直接作用在主端面密封摩擦副上的水压差，有利于减少主密封摩擦副的水泄漏量；同时增加可调辅助端面水密封摩擦副结构，确保了本实用新型具有非常可靠的水密封性能。传动轴在以键联接带动传动轴套回转或脱开键联接作轴向伸缩移动的过程中，传动轴套的轴向位置保持不变，因而使上述系统三级密封摩擦副的密封状态保持不变，确保推进轴系在全回转或伸缩状态下保持可靠的水密封性能。本实用新型中的防护罩和两处滤沙圈可以有效地防止海水中的渔网、泥沙和各类杂物对设备的危害，维护推进轴的平稳运行和系统水密封性能的稳定可靠性。

附图说明

图1为本实用新型深海水上平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置总装配图；

图2为本实用新型中的密封静环第一种实施例结构示意图；

图3为本实用新型中的密封动环第一种实施例结构示意图；

图4为本实用新型中的密封静环第二种实施例结构示意图；

图5为本实用新型中的密封动环第二种实施例结构示意图；

图6为本实用新型中的密封调整圈第一种实施例结构示意图；

图7为本实用新型中的密封调整圈第二种实施例结构示意图；

图8为本实用新型中的传动轴套部件装配示意图；

图9为本实用新型中的滤沙圈结构示意图；

图10为本实用新型中的传动轴套的内花键轴向结构示意图；

图11为本实用新型中的油封固定装置部件装配示意图；

图12为本实用新型中的密封调整圈的装配示意图；

图13为本实用新型中的主传动环的部件装配示意图；

图14为本实用新型中的防护罩结构示意图。

具体实施方式

下面本实用新型将结合附图中的实施例作进一步描述：

如附图1所示，本实用新型由安装底座1、密封静环2、定位螺钉3、密封动环4、骨架油封底座5、固定夹环6、骨架油封7、螺栓8、动环托架9、柱弹簧10、传动卡环11、调整扣12、紧定螺钉13、传动轴套14、密封调整圈15、压板16、主传动环17、滤沙圈18、防护罩19、垫片20、调整螺钉21、法兰盖22和若干○型橡胶密封圈等部件经螺纹紧固件组装而成。

本实用新型安装于深海水上作业平台各推进轴的舱壁靠海水一侧位置。不论推进轴是否处于运转或伸缩移动状态，均依靠本实用新型将外部海水与水上作业平台内舱室隔开。

外部海水先经过本实用新型的骨架油封固定装置与动环托架外壳构成的分压式辅助径向水密封水流通道，压力海水经多层骨架油封的分层密封减压后再作用在由密封动环4、密封静环2构成的主端面水密封摩擦副的外侧，经过水密封主摩擦副的端面密封，阻止外界海水进入内舱。为了防止主密封摩擦副可能的水泄漏再进入内舱，由传动轴套1 4的端面和密封调整圈的端面构成的可调辅助端面水密封摩擦副产生辅助水密封作用。通过上述三级水密封摩擦副的作用，可靠地实现了水上作业平台内舱对海水的密封要求。

所述的安装底座1用于本实用新型整体装置与水上作业平台外舱壁的联接，内设有循环冷却水出入通道。当因主端面密封摩擦副摩擦发热导致温度升高时，可接通循环水加以冷却；同时，当由主密封摩擦副泄漏水积累成一定量后，也可通过此排泄通道将海水排出。

所述的密封动环4与密封静环2构成本实用新型的主端面水密封摩擦副，均由耐海水腐蚀、耐磨损、高强度硬质合金材料(碳化硅、碳化钨)经模压铸造成形，或由耐蚀金属材料(不锈钢、铜合金或其它优质结构钢)为基体，通过高速火焰喷涂(或高温堆焊)技术在基体摩擦面一侧熔结一定厚度(0.3～0.8mm)的上述硬质合金材料而制成。密封静环2固定在安装底座1上，并用定位螺钉3定位，阻止密封静环2在安装底座1内转动。再通过安装底座1与水上作业平台船体舱板联为一体。密封动环4采用过盈配合方式固定在动环托架9内，6～24只柱弹簧10周向均匀地设置在动环托架内，各柱弹簧的另一端支撑在传动卡环11的端面上，依靠柱弹簧的弹性力推动动环托架9带动密封动环4紧贴密封静环2。调整扣12用于确定动环托架9和传动卡环11的相对轴向位置，使各柱弹簧在设定的预压缩量下定位安装。装配时，采用紧定螺钉13将密封动环4、动环托架9、柱弹簧10、传动卡环11、调整扣12和相应的○型橡胶密封圈组装成的部件整体紧固在传动轴套14上并使密封动环4与密封静环2相贴合，使上述部件整体可随传动轴套同步转动；再取下调整扣12，使动环托架9在柱弹簧10的预压缩弹性力作用下推动密封动环4密切贴合密封静环2，使密封静环2与密封动环4构成本实用新型中的主端面水密封摩擦副。

所述的骨架油封固定装置是通过2-4组固定夹环6将2-4层骨架油封并联固定在一起，并与本实用新型的安装底座1联为一体。骨架油封固定装置与动环托架9构成的水流通道的水密封是通过骨架油封7的唇边与动环托架9外圆周面构成的分压式径向密封摩擦副实现的。设置在骨架油封7唇边内的弹簧将唇边紧紧扣压在动环托架9外圆周面上，在固定夹环6上还设置有压力水流通道孔，用压力水平衡各层骨架油封间的水压差，以分层减压的方式阻止外部海水直接进入内腔，降低作用在由密封动、静环构成的主端面水密封摩擦副的外部水压，减少主端面水密封摩擦副的水泄漏量并延长骨架油封的使用寿命。同时，设置在骨架油封固定装置内的滤沙圈18用于阻止外部海水中的泥沙进入内腔，保护主密封摩擦副，延长主密封摩擦副的使用寿命。

为了防止紧定螺钉13在拧紧过程中损伤传动轴，在传动轴的相应部位设置有垫片20。通过固定夹环6和螺栓8将骨架油封7固定在骨架油封底座5上，骨架油封底座5与安装底座1用螺栓联接为一体。骨架油封7与动环托架9的外圆周面构成本实用新型中分压式辅助径向水密封摩擦副。

传动轴套14上的内花键与主传动环17上的外花键可互为传动联接，当传动轴轴向移动预设定的距离L后，主传动环17即与传动轴套14相互键联，传动轴套14即可随传动轴同步转动；当传动轴反向移动使主传动环17脱离传动轴套14后，传动轴套14即停止转动。传动轴套14的左端面与固定在压板16上的密封调整圈15构成本实用新型中的可调辅助端面水密封摩擦副。

所述的传动轴套14上设置有内花键结构和辅助端面水密封摩擦副的运动摩擦面。传动轴套14与推进轴之间为滑动配合，其配合表面的水密封由固定在传动轴套14内的两处○型橡胶密封圈与档圈组合实现。传动轴套14端部内设置的内花键结构用于传递推进轴系的扭矩，当推进轴作轴向移动时，固定在推进轴上主传动环17的外花键与传动轴套的内花键相啮合，推进轴将带动传动轴套同步转动，进而带动本实用新型的传动卡环连同主摩擦副的密封动环一起同步旋转。此时，传动轴套14的端面与密封调整圈的端面构成本实用新型的可调辅助端面水密封摩擦副，通过调整螺钉可调整密封调整圈的端面对传动轴套的端面的接触压力，实现可靠的水密封。在推进轴轴向移动的过程中，主传动环17脱开传动轴套，传动轴套14因受到安装底座和密封调整圈的轴向定位限制，不能随推进轴作轴向前后移动，因此固定在传动轴套上的传动卡环11、动环托架9和密封动环4等部件也不能产生轴向移动，从而使主密封摩擦副的密封状态保持不变、维持正常的水密封性能。

设置在传动轴套14内的滤沙圈18用于在推进轴伸缩过程中清除粘附在推进轴表面的泥沙杂物，保持轴相对于传动轴套的运动表面的清洁度，从而保护○型橡胶密封圈的正常水密封性能。设置在传动轴套两端的调节螺钉用于调整○型橡胶密封圈与档圈的压紧程度，使○型圈保持良好的水密封性能。

调整压板上的调整螺钉21可调节辅助端面水密封摩擦副的配合松紧度，以控制水泄漏量。两只滤沙圈18分别安装在油封固定装置末端的固定夹环6内和与传动轴套14的右端部相联接的法兰盖22内，用于阻挡海水中的泥沙杂物进入本实用新型的内腔；同时在传动轴轴向移动过程中，又可以用于清除粘附在传动轴上的杂质，改善传动轴套14内的○型橡胶密封圈的水密封性能。防护罩19固定在油封固定装置末端的固定夹环6上，用于阻挡海水中的渔网或动植物靠近本实用新型妨碍正常工作。本实用新型的安装底座1是通过周向均布的螺栓牢固地固定在深海水上平台船体的舱壁外侧。

当传动轴转动时，主传动环17与传动轴套14处于相键联状态，传动轴通过主传动环带动传动轴套同步旋转，本实用新型在受外部水压(0.3～0.6Mpa)下工作。传动轴套14带动传动卡环11、柱弹簧10、动环托架9、密封动环4等部件作同步转动，密封动环的端面借助6-24只柱弹簧的预压缩弹性力紧贴密封静环2的端面，形成本实用新型的主端面水密封摩擦副。当主密封摩擦副产生磨损后，密封动环借助柱弹簧的弹性变形自动补偿磨损量，维持主密封摩擦副的正常水密封性能。由2～4层骨架油封7的唇边与动环托架9的外圆周面构成的分压式辅助径向水密封摩擦副在工作过程中逐步将外部高压海水降压，使直接作用在主端面水密封摩擦副上的压差减少，从而减小主端面水密封摩擦副的水泄漏量。由转动轴套14的左端面与密封调整圈15右端面所构成的可调式辅助端面水密封摩擦副可对主端面水密封摩擦副可能的泄漏水进行辅助密封保障。如果在本实用新型腔体23内积存有从主端面密封摩擦副泄漏过来的海水，可从安装底座1上的循环冷却水出入通道24排出；同时，通道24可以连接至水冷却系统，必要时可通过循环冷却水以降低本实用新型内腔可能的工作温升，保持整体装置在正常的温度下工作。

当传动轴停止运转后作轴向移动时，主传动环17的外花键脱开传动轴套14的内花键，传动轴套继续保持轴向位置不变，主端面水密封摩擦副、辅助端面水密封摩擦副、辅助径向水密封摩擦副和各○型橡胶圈密封部位均保持原有的密封状态不变，维持了整套装置在轴系伸缩过程中对海水的密封性能。

如附图2、3所示，分别说明本实用新型中的密封静环2和密封动环4的两种结构形式，均采用整体硬质合金材料制成，硬质合金材质为碳化钨或碳化硅。

如附图4、5所示，分别说明本实用新型中的密封静环2和密封动环4的另两种结构形式，结构基体采用不锈钢、铜合金或其他优质结构钢材料，再在上述基体的端部表面上采用高速火焰喷涂(或高温堆焊)技术将硬质合金材料(碳化钨或碳化硅)与其复合熔为一体，熔层厚度为0.3-0.8mm，最后经磨削加工后作为主摩擦副表面。

如附图6、7所示，分别说明本实用新型中的密封调整圈15的两种结构形式。图6采用整体硬质合金材料(碳化钨或碳化硅)或铜合金材料(锡青铜、铝青铜或镍青铜)制成；图7采用不锈钢、铜合金或其他优质结构钢材料为基体，再用高速火焰喷涂(或高温堆焊)技术，将硬质合金材料(碳化钨或碳化硅)与其复合熔为一体，溶层厚度为0.3-0.8mm，加工后作为摩擦面。密封调整圈的摩擦面上可均匀加工有波浪形润滑油槽，采用油润滑降低辅助端面密封摩擦副的摩擦阻力。

本实用新型中除密封静环、密封动环、密封调整圈和各种橡胶材料制成的零部件以外的所有其它零部件按耐腐蚀的要求全部采用高强度耐蚀不锈钢(304、316、316L、00Cr₁₈Ni₉Ti、0Cr₁₈Ni₉Ti、1Cr₁₈Ni₉Ti、1Cr₁₃或2Cr₁₃)或铜合金(锡青铜、铝青铜、镍青铜、锰黄铜或硅黄铜)制成，使整个装置适应海水腐蚀和深海高水压的环境使用要求。

本实用新型中的所有橡胶件均采用工程橡胶(氟橡胶或丁腈橡胶)制成。

如附图8所示，为本实用新型中的传动轴套14的部件装配示意图。在传动轴套的两端分别嵌有一组○型橡胶密封圈和档圈，利用调节螺钉压紧档圈，进而调节○型橡胶密封圈与推进轴表面的密封松紧度，阻止海水经传动轴套内表面进入内舱。在传动轴套的右端部(即近海水一端)装配有法兰盖22，内部设置有滤沙圈18，在轴系伸缩过程中，滤沙圈将粘附在轴上的杂质附着物刮净清除，阻止杂质进入配合面而影响○型圈的密封性能。滤沙圈由不锈钢丝(或铜丝)网状结构经模压而成，如附图9所示。在传动轴套14的左端部加工有作动力传递用的内花键，结构如附图10所示。

如附图11所示，为本实用新型中的油封固定装置部件装配示意图。采用多组(2～4组)固定夹环6和螺栓8将多层(2～4层)骨架油封7并联固定在骨架油封底座5上。除油封固定装置末端的固定夹环外，每组固定夹环6上均设置有压力水流通道孔25，通过人工压力控制方式使各层骨架油封间的压力差保持平衡，保护骨架油封7不因两边高水压差而被损坏。骨架油封7采用橡胶类材料(氟橡胶或丁腈橡胶)制成，内含夹布加强层，并带有弹簧和骨架。在油封固定装置的末端(靠海水一侧)的固定夹环内嵌装有滤沙圈18，用于滤阻海水中的泥沙杂物进入内腔，提高本实用新型中的主端面水密封摩擦副的使用寿命和密封性能，滤沙圈结构如附图9所示。

如附图12所示，说明本实用新型中构成辅助端面水密封摩擦副的密封调整圈15的装配示意图。调整压板16上的调整螺钉21可调节密封调整圈15与本实用新型中的传动轴套14相配合面的贴合松紧度。

如附图13所示，为本实用新型中的主传动环17的部件装配示意图。主传动环由两半环结构经螺栓装配为一个整体，便于在传动轴上安装与调整。主传动环外圆周加工有与传动轴套14上的内花键相配联的外花键。

如附图14所示，说明本实用新型中的防护罩19结构示意图。防护罩采用不锈钢丝(或不锈钢板)网状结构经模压而成，用螺钉牢固地联接在油封固定装置末端的固定夹环上，可阻挡海洋中的渔网、动植物或其他异物侵害本实用新型总体，维护装置的工作安全。

Claims (8)

1.一种深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征是：采用密封静环(2)和密封动环(4)构成主端面水密封摩擦副；密封静环(2)装配于安装底座(1)内，并用定位螺钉(3)定位；密封动环(4)采用过盈配合固定于动环托架(9)上，柱弹簧(10)一端设置在动环托架(9)内，柱弹簧(10)的另一端支撑在传动卡环(11)的端面上；采用紧定螺钉(13)将密封动环(4)、动环托架(9)、柱弹簧(10)、传动卡环(11)、调整扣(12)紧固在传动轴套(14)上，并使密封动环(4)贴合于密封静环(2)；用2-4组固定夹环(6)并借助螺栓(8)将2-4层骨架油封(7)并联固定在骨架油封底座(5)上构成油封固定装置，再通过螺栓将骨架油封底座(5)与安装底座(1)联接，骨架油封(7)的唇边与动环托架(9)的外圆周面构成分压式径向水密封摩擦副；主传动环(17)固定在传动轴上，传动轴作轴向移动可使主传动环(17)与传动轴套(14)相互键联或脱开联接；传动轴套(14)的左端面与固定在压板(16)上的密封调整圈(15)构成可调辅助端面水密封摩擦副，压板(16)上设置有调整螺钉(21)；传动轴套(14)的右端部设置有法兰盖(22)，传动轴套(14)与传动轴相配合面两端部各设置有一组○型橡胶密封圈和挡圈，并用螺钉压紧挡圈；防护罩(19)用螺钉牢固地联接在油封固定装置末端的固定夹环上。

2.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的动环托架(9)的内部周向均匀地设置有6-24只柱弹簧(10)，柱弹簧(10)采用不锈钢或合金钢材料制成，两端磨平。

3.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的固定夹环(6)上设置有压力水流通道孔(25)，所述2-4组固定夹环(6)右端的一组固定夹环内嵌有滤沙圈(18)。

4.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的传动轴套(14)的左端部内设置有内花键，与主传动环(17)的外花键相键联；传动轴套(14)轴向定位于安装底座(1)和密封调整圈(15)之间。

5.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的安装底座(1)上设置有循环冷却水出入通道(24)。

6.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的主传动环(17)由两半环构成，其外圆周加工有与传动轴套(14)的内花键相配联的外花键。

7.根据权利要求3所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的滤沙圈(18)由不锈钢丝或铜丝网状结构经模压而成。

8.根据权利要求1所述的深海平台用全回转-伸缩式轴系端面密封装置，其特征在于所述的防护罩(19)采用不锈钢丝或不锈钢板网状结构经模压而成。

Images