CN205479362U - 一种多级冗余的主轴密封系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级冗余的主轴密封系统，属于电机设备技术领域，包括密封座和转动连接在密封座上的主轴，其特征在于：所述密封座内至少嵌有两个密封圈，密封座、主轴和两个相邻的密封圈之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，所述环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，所述密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，所述轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀。本实用新型通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，既能防止电机内部稀油泄漏，又能防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。

Description

一种多级冗余的主轴密封系统

技术领域

本实用新型涉及到电机设备技术领域，尤其涉及一种适用于井下电机、深海电机的多级冗余主轴密封系统。

背景技术

高温或高压环境是指单纯的高温或高压环境，或者同时具有高温和高压的环境，如井下电机、深海电机等电机的工作环境。高温或高压环境下工作的电机不但要承受外部高温和高压的作用，外部介质对电机的影响同样不容忽视。通常条件下，该类电机外部的介质为多相混合液体，包括固相、液相和气相。而电机内部介质通常为稀油介质，因此，如何防止旋转部件与静止部件处外部介质进入电机内部以及防止内部介质泄漏到电机外部是该环境下工作电机需要首要解决的技术问题。

目前，高温、高压环境下工作电机的密封由于无法实现密封之间过渡腔体内压力的平衡，而只能采用单一密封单元的方式实现，单一密封使电机的维护周期大大缩短。在高温、高压以及外部多相混合液体的作用下，密封很快损坏，导致电机内部稀油泄漏，同时外部多相液体进入电机内部使电机无法正常工作。

公开号为CN 2817188，公开日为2006年09月13日的中国专利文献公开了一种带密封装置的一体式潜油电机，包括由电机轴伸、电机头、定子、转子、止推轴承、扶正轴承、插座、电缆、引线盖及轴承座构成的电机主体，其特征在于：所说的电机轴伸端部装配有密封头，密封头上有为潜油泵供液的进液孔，电机轴伸通过密封头上的联结螺孔直接与潜油泵对接，密封头由至少一对机械密封组成保护电机的密封腔；电机尾端的轴承座下部与底座间构成内腔与外部相互连通的空间，其中装配有调节内外压力的囊状调节装置，该装置中至少应有一个用以调节内外压力大小的调节腔体。

该专利文献公开的带密封装置的一体式潜油电机，在电机的上端部装配密封头，通过密封头直接与潜油泵对接，在密封头上装配机械密封以满足潜油电机的密封要求，这种单一的机械密封在高温、高压以及外部多相混合液体的作用下，密封极易损坏，导致电机内部稀油泄漏，同时外部多相液体进入电机内部使电机受损，致使电机不能正常稳定的工作。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种多级冗余的主轴密封系统，本实用新型通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，既能防止电机内部稀油泄漏，又能防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座和转动连接在密封座上的主轴，其特征在于：所述密封座内至少嵌有两个密封圈，密封座、主轴和两个相邻的密封圈之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，所述环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，所述密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，所述轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀。

所述轴向孔内设置有内六角螺母，内六角螺母与密封座通过螺纹固定。

所述单向阀包括阀芯座、位于阀芯座内的阀芯、弹簧和阀盖，阀芯和阀盖通过弹簧连接，阀盖外设置有卡环，卡环与阀芯座固定连接。

所述轴向孔为两个，两个轴向孔内均装有单向阀。

所述阀芯座上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环。

所述密封座上连接有轴承压筒，轴承压筒上装有轴承，主轴通过轴承与密封座转动连接。

所述环形过渡腔为五个，任意两个相邻环形过渡腔之间的间距相同。

所述主轴上开有供外部介质流通的中心通孔。

所述轴向孔内设置有挡板，挡板分别与密封座和内六角螺母固定连接。

所述堵头上套有密封套。

本实用新型的工作原理如下：

由于电机保护器的作用，内部油腔压力与外部介质压力之间压差很小，甚至为零。当外部介质压力增加或者外部介质温度下降时，此时由于环形过渡腔压力仍然保持初始压力，使环形过渡腔压力远小于内部油腔压力，当该压差增加到超过单向阀装配的开启压力时，单向阀的阀芯与阀芯座形成的密封面打开，内部油腔的介质进入环形过渡腔，直至内部油腔压力与环形过渡腔压力之间的压差小于单向阀装配的开启压力，此时密封圈两侧的环形过渡腔压力与外部介质压力之间的压差仅为单向阀装配的开启压力。密封圈两侧无压差，压力均为环形过渡腔压力。该状态下，除与外部介质直接接触的密封圈外，其余密封圈均在内部干净介质、无压差环境下运行。

当电机处在高温环境中时，环形过渡腔内的油脂会发生膨胀使环形过渡腔压力升高，或者当外部介质压力和内部油腔压力降低时，环形过渡腔压力大于内部油腔压力和外部介质压力，由于单向阀的作用，环形过渡腔内油脂无法向内部油腔或外部介质中泄漏，单向阀将在轴向孔内向内部油腔侧移动以增加环形过渡腔的容积，直到单向阀的两侧受力处在平衡状态时，单向阀停止移动。

当与外部介质直接接触的密封圈被损坏后，相邻密封圈将发挥作用，实现外部介质与后续环形过渡腔之间的隔离，使内部油腔内的介质始终处在洁净的状态，直到所有密封圈损坏。任何一个密封圈损坏后，由于单向阀以及其与密封座轴向孔之间O环的作用，外部介质只进入损坏密封圈后的环形过渡腔，不会进入内部油腔。而在与外部介质接触的密封圈损坏之前，处在其下游的所有密封圈均在内部油腔洁净介质环境中运行，并且密封圈两侧压差为零；通过采用这种多级冗余密封，能够有效保障电机长期稳定的运行。

本实用新型的有益效果主要表现在以下方面：

一、本实用新型，密封座内至少嵌有两个密封圈，密封座、主轴和两个相邻的密封圈之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，能够使环形过渡腔与外部介质之间相互隔离，密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀，通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，只允许内部油腔介质通过单向阀流向环形过渡腔，通过单向阀在轴向孔内的移动来改变环形过渡腔的容积，使环形过渡腔压力与内部油腔压力之间实现平衡或接近平衡，从而能够防止密封圈因为压差而损坏，保障密封圈的长效密封性，既能够防止电机内部稀油泄漏，又能够防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。

二、本实用新型，轴向孔内设置有内六角螺母，内六角螺母与密封座通过螺纹固定，能够有效防止单向阀从轴向孔内脱出，保障单向阀的工作稳定性。

三、本实用新型，单向阀包括阀芯座、位于阀芯座内的阀芯、弹簧和阀盖，阀芯和阀盖通过弹簧连接，阀盖外设置有卡环，卡环与阀芯座固定连接，卡环能够将阀芯、弹簧及阀盖保持在阀芯座内，在弹簧的作用下，能够使阀芯紧压在阀芯座上形成密封面，当内部油腔压力大于环形过渡腔压力时，便于打开该密封面，实现环形过渡腔压力与内部油腔压力之间的平衡。

四、本实用新型，轴向孔为两个，两个轴向孔内均装有单向阀，通过增加单向阀，当内部油腔压力大于环形过渡腔压力时，能够快速的实现环形过渡腔压力与内部油腔压力之间的平衡。

五、本实用新型，阀芯座上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环，能够使O环紧密连接在阀芯座上，且通过O环的密封作用，能够有效隔离内部油腔与环形过渡腔。

六、本实用新型，密封座上连接有轴承压筒，轴承压筒上装有轴承，主轴通过轴承与密封座转动连接，通过采用轴承压筒，便于固定轴承，轴承能够减小主轴相对于密封座的径向位移，从而减小主轴施加给密封圈的径向载荷，使密封圈与主轴之间保持较好的摩擦面，防止密封圈变形，延长密封圈的使用寿命。

七、本实用新型，环形过渡腔为五个，任意两个相邻环形过渡腔之间的间距相同，通过等间距布置环形过渡腔，能够使环形过渡腔压力与内部油腔压力快速的达到平衡，减小内外压差，保障密封圈的密封可靠性。

八、本实用新型，主轴上开有供外部介质流通的中心通孔，在主轴的中心通孔内通入外部介质，能够对密封圈进行冷却，防止密封圈长期使用后变形，保证密封效果。

九、本实用新型，轴向孔内设置有挡板，挡板分别与密封座和内六角螺母固定连接，挡板具有阻挡作用，能够进一步防止单向阀从轴向孔内脱出，使单向阀工作更加稳定可靠。

十、本实用新型，堵头上套有密封套，能够增大堵头与密封座的摩擦力，使堵头牢固的嵌合在密封座内，且密封套具有良好的密封作用，能够有效隔离外部介质。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的具体说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为图2中C处的放大图；

图4为本实用新型实施例3的结构示意图；

图5为图4中C处的放大图；

图6为本实用新型实施例4的结构示意图；

图7为本实用新型实施例5的结构示意图；

图8为本实用新型实施例6的结构示意图；

图中标记：1、密封座，2、主轴，3、密封圈，4、环形过渡腔，5、径向孔，6、堵头，7、轴向孔，8、单向阀，9、内六角螺母，10、阀芯座，11、阀芯，12、弹簧，13、阀盖，14、卡环，15、O环，16、轴承压筒，17、轴承，18、中心通孔，19、挡板，20、密封套。

具体实施方式

实施例1

参见图1，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

本实施例为最基本的实施方式，密封座内至少嵌有两个密封圈，密封座、主轴和两个相邻的密封圈之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，能够使环形过渡腔与外部介质之间相互隔离，密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀，通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，只允许内部油腔介质通过单向阀流向环形过渡腔，通过单向阀在轴向孔内的移动来改变环形过渡腔的容积，使环形过渡腔压力与内部油腔压力之间实现平衡或接近平衡，从而能够防止密封圈因为压差而损坏，保障密封圈的长效密封性，既能够防止电机内部稀油泄漏，又能够防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。

实施例2

参见图2和图3，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

所述轴向孔7内设置有内六角螺母9，内六角螺母9与密封座1通过螺纹固定。

所述单向阀8包括阀芯座10、位于阀芯座10内的阀芯11、弹簧12和阀盖13，阀芯11和阀盖13通过弹簧12连接，阀盖13外设置有卡环14，卡环14与阀芯座10固定连接。

本实施例为一较佳实施方式，轴向孔内设置有内六角螺母，内六角螺母与密封座通过螺纹固定，能够有效防止单向阀从轴向孔内脱出，保障单向阀的工作稳定性。单向阀包括阀芯座、位于阀芯座内的阀芯、弹簧和阀盖，阀芯和阀盖通过弹簧连接，阀盖外设置有卡环，卡环与阀芯座固定连接，卡环能够将阀芯、弹簧及阀盖保持在阀芯座内，在弹簧的作用下，能够使阀芯紧压在阀芯座上形成密封面，当内部油腔压力大于环形过渡腔压力时，便于打开该密封面，实现环形过渡腔压力与内部油腔压力之间的平衡。

实施例3

参见图4和图5，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

所述轴向孔7内设置有内六角螺母9，内六角螺母9与密封座1通过螺纹固定。

所述单向阀8包括阀芯座10、位于阀芯座10内的阀芯11、弹簧12和阀盖13，阀芯11和阀盖13通过弹簧12连接，阀盖13外设置有卡环14，卡环14与阀芯座10固定连接。

所述轴向孔7为两个，两个轴向孔7内均装有单向阀8。

所述阀芯座10上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环15。

本实施例为又一较佳实施方式，轴向孔为两个，两个轴向孔内均装有单向阀，通过增加单向阀，当内部油腔压力大于环形过渡腔压力时，能够快速的实现环形过渡腔压力与内部油腔压力之间的平衡。阀芯座上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环，能够使O环紧密连接在阀芯座上，且通过O环的密封作用，能够有效隔离内部油腔与环形过渡腔。

实施例4

参见图5和图6，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

所述轴向孔7内设置有内六角螺母9，内六角螺母9与密封座1通过螺纹固定。

所述单向阀8包括阀芯座10、位于阀芯座10内的阀芯11、弹簧12和阀盖13，阀芯11和阀盖13通过弹簧12连接，阀盖13外设置有卡环14，卡环14与阀芯座10固定连接。

所述轴向孔7为两个，两个轴向孔7内均装有单向阀8。

所述阀芯座10上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环15。

所述密封座1上连接有轴承压筒16，轴承压筒16上装有轴承17，主轴2通过轴承17与密封座1转动连接。

所述环形过渡腔4为五个，任意两个相邻环形过渡腔4之间的间距相同。

本实施例为又一较佳实施方式，密封座上连接有轴承压筒，轴承压筒上装有轴承，主轴通过轴承与密封座转动连接，通过采用轴承压筒，便于固定轴承，轴承能够减小主轴相对于密封座的径向位移，从而减小主轴施加给密封圈的径向载荷，使密封圈与主轴之间保持较好的摩擦面，防止密封圈变形，延长密封圈的使用寿命。环形过渡腔为五个，任意两个相邻环形过渡腔之间的间距相同，通过等间距布置环形过渡腔，能够使环形过渡腔压力与内部油腔压力快速的达到平衡，减小内外压差，保障密封圈的密封可靠性。

实施例5

参见图5和图7，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

所述轴向孔7内设置有内六角螺母9，内六角螺母9与密封座1通过螺纹固定。

所述单向阀8包括阀芯座10、位于阀芯座10内的阀芯11、弹簧12和阀盖13，阀芯11和阀盖13通过弹簧12连接，阀盖13外设置有卡环14，卡环14与阀芯座10固定连接。

所述轴向孔7为两个，两个轴向孔7内均装有单向阀8。

所述阀芯座10上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环15。

所述密封座1上连接有轴承压筒16，轴承压筒16上装有轴承17，主轴2通过轴承17与密封座1转动连接。

所述环形过渡腔4为五个，任意两个相邻环形过渡腔4之间的间距相同。

所述主轴2上开有供外部介质流通的中心通孔18。

所述轴向孔7内设置有挡板19，挡板19分别与密封座1和内六角螺母9固定连接。

本实施例为又一较佳实施方式，主轴上开有供外部介质流通的中心通孔，在主轴的中心通孔内通入外部介质，能够对密封圈进行冷却，防止密封圈长期使用后变形，保证密封效果。轴向孔内设置有挡板，挡板分别与密封座和内六角螺母固定连接，挡板具有阻挡作用，能够进一步防止单向阀从轴向孔内脱出，使单向阀工作更加稳定可靠。

实施例6

参见图5和图8，一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座1和转动连接在密封座1上的主轴2，所述密封座1内至少嵌有两个密封圈3，密封座1、主轴2和两个相邻的密封圈3之间形成一个环形过渡腔4，环形过渡腔4内填充有油脂，所述环形过渡腔4上开有径向孔5，径向孔5上嵌有堵头6，所述密封座1内至少开有一个轴向孔7，轴向孔7与径向孔5连通，所述轴向孔7内装有可沿轴向孔7作轴向移动的单向阀8。

所述轴向孔7内设置有内六角螺母9，内六角螺母9与密封座1通过螺纹固定。

所述单向阀8包括阀芯座10、位于阀芯座10内的阀芯11、弹簧12和阀盖13，阀芯11和阀盖13通过弹簧12连接，阀盖13外设置有卡环14，卡环14与阀芯座10固定连接。

所述轴向孔7为两个，两个轴向孔7内均装有单向阀8。

所述阀芯座10上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环15。

所述密封座1上连接有轴承压筒16，轴承压筒16上装有轴承17，主轴2通过轴承17与密封座1转动连接。

所述环形过渡腔4为五个，任意两个相邻环形过渡腔4之间的间距相同。

所述主轴2上开有供外部介质流通的中心通孔18。

所述轴向孔7内设置有挡板19，挡板19分别与密封座1和内六角螺母9固定连接。

所述堵头6上套有密封套20。

本实施例为最佳实施方式，密封座内至少嵌有两个密封圈，密封座、主轴和两个相邻的密封圈之间形成一个环形过渡腔，环形过渡腔内填充有油脂，环形过渡腔上开有径向孔，径向孔上嵌有堵头，能够使环形过渡腔与外部介质之间相互隔离，密封座内至少开有一个轴向孔，轴向孔与径向孔连通，轴向孔内装有可沿轴向孔作轴向移动的单向阀，通过采用至少两级冗余密封，配合单向阀的单向通油性，只允许内部油腔介质通过单向阀流向环形过渡腔，通过单向阀在轴向孔内的移动来改变环形过渡腔的容积，使环形过渡腔压力与内部油腔压力之间实现平衡或接近平衡，从而能够防止密封圈因为压差而损坏，保障密封圈的长效密封性，既能够防止电机内部稀油泄漏，又能够防止外部多相液体进入电机内部，从而能够有效保障电机长期稳定的运行。堵头上套有密封套，能够增大堵头与密封座的摩擦力，使堵头牢固的嵌合在密封座内，且密封套具有良好的密封作用，能够有效隔离外部介质。

Claims (7)

1.一种多级冗余的主轴密封系统，包括密封座（1）和转动连接在密封座（1）上的主轴（2），其特征在于：所述密封座（1）内至少嵌有两个密封圈（3），密封座（1）、主轴（2）和两个相邻的密封圈（3）之间形成一个环形过渡腔（4），环形过渡腔（4）内填充有油脂，所述环形过渡腔（4）上开有径向孔（5），径向孔（5）上嵌有堵头（6），所述密封座（1）内至少开有一个轴向孔（7），轴向孔（7）与径向孔（5）连通，所述轴向孔（7）内装有可沿轴向孔（7）作轴向移动的单向阀（8）。

2.根据权利要求1所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述轴向孔（7）内设置有内六角螺母（9），内六角螺母（9）与密封座（1）通过螺纹固定。

3.根据权利要求2所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述单向阀（8）包括阀芯座（10）、位于阀芯座（10）内的阀芯（11）、弹簧（12）和阀盖（13），阀芯（11）和阀盖（13）通过弹簧（12）连接，阀盖（13）外设置有卡环（14），卡环（14）与阀芯座（10）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述轴向孔（7）为两个，两个轴向孔（7）内均装有单向阀（8）。

5.根据权利要求4所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述阀芯座（10）上开有环形凹槽，环形凹槽内嵌有O环（15）。

6.根据权利要求5所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述密封座（1）上连接有轴承压筒（16），轴承压筒（16）上装有轴承（17），主轴（2）通过轴承（17）与密封座（1）转动连接。

7.根据权利要求6所述的一种多级冗余的主轴密封系统，其特征在于：所述环形过渡腔（4）为五个，任意两个相邻环形过渡腔（4）之间的间距相同。