采用微間隙旋轉(zhuǎn)動密封且內(nèi)外腔壓力平衡的深海微電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種深海微電機，特別涉及一種工作于深海海底數(shù)千米的采用微間隙旋轉(zhuǎn)動密封且內(nèi)外腔壓力平衡的深海微電機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的深海微電機結(jié)構(gòu)如圖1所示，大多為工作于數(shù)百米深至數(shù)千米深的海底。市場上如圖1所示的深海微電機包括機械迷宮式防塵機構(gòu)1、唇形橡膠旋轉(zhuǎn)動密封機構(gòu)2、O型橡膠圈3、電機本體4、絕緣壓力油5、O型橡膠圈6、活塞支架7、移動防塵橡膠圈8、內(nèi)外腔壓差調(diào)節(jié)彈簧9和后端蓋10。由于該深海微電機的工作壓力隨著潛海深度的加深而壓力增加，導(dǎo)致了唇形橡膠旋轉(zhuǎn)動密封2壓在轉(zhuǎn)軸上的壓力大增。因而，損失較大的電機轉(zhuǎn)矩動力，電機運行效率低下。唇形橡膠密封圈在深海壓力的巨大壓力下，磨損增大，運行壽命很短。所以，此類深海微電機只能工作于深海百米深以內(nèi)。
[0003]而此類深海微電機中采用O型橡膠圈6的內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)，由于O型圈的摩擦力大而使得壓力調(diào)節(jié)靈敏度低下，易使電機內(nèi)外壓力存在微小的不平衡而使得電機機殼產(chǎn)生微小變形，提高了電機運行時的阻力，使得電機運行效率進一步下降。同時，壓力調(diào)節(jié)靈敏度的低下導(dǎo)致電機內(nèi)外腔壓差調(diào)節(jié)很不可靠，容易使得海水進入電機內(nèi)部的幾率增大。
[0004]此類深海微電機中的多圓柱彈簧式內(nèi)外腔微小壓差調(diào)節(jié)及保持機構(gòu)，由于內(nèi)外腔壓差調(diào)節(jié)彈簧9過多，電機裝配時對壓力差值的調(diào)節(jié)很不方便，調(diào)節(jié)壓差值離散性大。這是由于該壓力差值取決于彈簧的本身的壓力大小和裝配時的壓縮量，所以很難精確調(diào)節(jié)壓力差值。
[0005]為了提高深海的工作深度及電機的壓力調(diào)節(jié)靈敏度，市場上還有另一種如圖2所示的深海微電機。該深海微電機包括羊毛氈防塵機構(gòu)、磁傳動旋轉(zhuǎn)動密封機構(gòu)、電機本體、橡膠皮囊式內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)和單個大圓柱彈簧式內(nèi)外腔微小壓力差調(diào)節(jié)及保持機構(gòu)。此類深海微電機雖然采用了磁傳動方式解決了電機輸出轉(zhuǎn)矩損耗大的問題，使得該電機在深海工作的深度處于無限深度范圍。但此深海微電機當負載超載時易引起磁傳動輸出軸失步以及突然起動時輸出軸的滯后效應(yīng)。同時，此深海微電機無論是軸向尺寸還是徑向尺寸均大大增加，其重量也相應(yīng)快速增加。電機的結(jié)構(gòu)趨于愈來愈復(fù)雜，電機的費用隨著稀土磁鋼的成倍增加而大大增加了該深海微電機的制造成本。
[0006]此深海微電機中采用羊毛氈11的防塵機構(gòu)，海水直接浸入磁傳動機殼內(nèi)，海水中的泥沙將直接在電機運行時與滑動軸承15、磁傳動外轉(zhuǎn)子輸出軸組件17和磁傳動密封罩20接觸。使得這些零部件的運行壽命降低。特別是海水中泥沙對磁傳動外轉(zhuǎn)子輸出軸組件17上的稀土磁鋼防護層的磨損，使得海水直接腐蝕磁鋼，導(dǎo)致電機失效。
[0007]磁傳動密封型深海微電機的橡膠皮囊式內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)包括O型圈24、內(nèi)外平衡機殼A 25、緊固螺釘28、橡膠皮囊壓板29、橡膠皮囊30、橡膠皮囊支架31、內(nèi)外平衡機殼 B 33ο
[0008]橡膠皮囊式內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)較之于O型圈活塞式內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)的壓力調(diào)節(jié)靈敏度大大增加，但橡膠皮囊制造較為復(fù)雜，需要開模進行壓制。且橡膠皮囊使用時易折裂，使用壽命短，而且該機構(gòu)的軸向長度增加不少。
[0009]磁傳動密封型深海微電機的單個大圓柱彈簧式內(nèi)外腔微小壓力差調(diào)節(jié)及保持機構(gòu)包括內(nèi)外腔壓差調(diào)節(jié)彈簧32、拉桿34和內(nèi)外平衡機殼B 33。該壓差調(diào)節(jié)機構(gòu)可以精確地方便地進行壓力差的調(diào)節(jié)，但拉桿露出機殼長長的部分對于電機的搬運、使用極為不便，常常因為與別的物體相碰而發(fā)生損壞，有時斷裂的拉桿或受到撞擊的拉桿直接刺破橡膠皮囊而導(dǎo)致電機失效。
【實用新型內(nèi)容】
[0010]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是要提供一種能夠抵抗深海海底數(shù)千米巨大海水壓力而能夠正常工作的采用微間隙旋轉(zhuǎn)動密封且內(nèi)外腔壓力平衡的深海微電機。
[0011]為了解決以上的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種采用微間隙旋轉(zhuǎn)動密封且內(nèi)外腔壓力平衡的深海微電機，該微電機包括微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件、電機本體、內(nèi)充的絕緣壓力油、脂類防塵旋轉(zhuǎn)動密封組件、波紋管式內(nèi)外腔壓力平衡組件、耐壓插座和后端蓋。
[0012]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件，裝配于電機的輸出軸上，采用絕緣壓力油在徑向微小間隙中產(chǎn)生的張力進行動密封。
[0013]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件包括微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)、微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)組件和電機輸出軸，微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)組件安裝于深海微電機前端的內(nèi)圓止口中，微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)組件的中孔中插入帶有微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)的電機輸出軸。
[0014]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)組件包括微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)、靜環(huán)支架、金屬波紋管和波紋管支架，軸向布置的金屬波紋管一端與靜環(huán)支架焊接，另一端與波紋管支架焊接，實現(xiàn)微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)與微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)的自動對中；靜環(huán)支架的內(nèi)圓表面與微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)過盈壓配加粘膠安裝。
[0015]深海微電機運行中電機的輸出軸旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生微小的徑向跳動，為了實時使得微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)實時對中電機輸出軸上的微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)，本實用新型采用軸向布置的金屬波紋管來實現(xiàn)這一目的。因為軸向布置的金屬波紋管各向柔性好，能夠很好地勝任。
[0016]所述兩處的焊接部位噴涂有環(huán)氧樹脂膠層。
[0017]所述靜環(huán)支架內(nèi)圓等間距設(shè)有多個儲膠槽。所述儲膠槽為三角形，或為上小下大的多邊形。
[0018]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)的材料為硬性材料，微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)為硬性材料，或為軟性材料。
[0019]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)為軟性材料，過盈裝配于電機輸出軸上并精密加工外圓；或所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)為硬性材料，硬性材料噴涂在電機輸出軸上并精密加工外圓。
[0020]所述微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)內(nèi)圓等間距設(shè)有梯形的儲油槽，確保微間隙中留有充足的潤滑密封用油。絕緣壓力油充當潤滑介質(zhì)的微間隙動密封副運行時更加平穩(wěn)、運行噪聲更低。
[0021]微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件的旋轉(zhuǎn)動密封效果是采用絕緣壓力油在微間隙旋轉(zhuǎn)動密封動環(huán)與微間隙旋轉(zhuǎn)動密封靜環(huán)間徑向微小間隙0.005mm?0.015mm中產(chǎn)生的張力進行動密封的。本實用新型深海微電機中的絕緣壓力油在微間隙動密封組件間的微小間隙中產(chǎn)生的油液表面張力足以阻止電機外部的海水進入電機內(nèi)部而起到動密封作用。同時，微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件中油液表面張力對電機輸出軸旋轉(zhuǎn)時的阻力遠小于唇形橡膠密封圈、O型橡膠密封圈對電機輸出軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的阻力。由于絕緣壓力油具有潤滑和動密封兩重功效，且深海微電機采用內(nèi)外腔壓力平衡機構(gòu)抵御海底的巨大壓力，該微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件雖然要承受數(shù)十MPa的壓力，但在它兩端形成的壓差非常之小，為0.0lMPa?0.05MPa。
[0022]微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件具有很好的密封性能，對電機輸出軸的波動影響很小，可以忽略不計。對電機轉(zhuǎn)矩輸出的損耗很低，運行中產(chǎn)生的噪聲非常低。由于磨損很小，其工作壽命長。所以，本實用新型的微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件非常適用于深海微電機對動密封副的要求，密封、低耗、低噪、高效、長壽。
[0023]所述脂類防塵旋轉(zhuǎn)動密封組件插入微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件的電機輸出軸中，螺固于電機前端的定位內(nèi)圓止口中，脂類防塵旋轉(zhuǎn)動密封組件中的脂類密封材料及其外層的聚酯薄膜將海水及海水中的泥沙阻斷。
[0024]所述脂類防塵旋轉(zhuǎn)動密封組件包括脂類密封材料、調(diào)節(jié)座、緊固螺釘、調(diào)節(jié)墊圈、聚酯薄膜、防塵薄壁機殼、O型圈和緊固螺釘；所述脂類密封材料與防塵薄壁機殼中部和電機輸出軸形成旋轉(zhuǎn)動密封副，O型圈與防塵薄壁機殼外部密封槽和電機前端機殼內(nèi)圓止口形成靜密封副，旋轉(zhuǎn)動密封副和靜密封副構(gòu)成了防護海水的屏障。
[0025]所述脂類密封材料由硅酯和潤滑脂按質(zhì)量比1:1?1.5:1混合配制而成。
[0026]所述調(diào)節(jié)座支撐和阻擋聚酯薄膜的側(cè)面寬度b為聚酯薄膜的寬度，所述調(diào)節(jié)座與電機輸出軸的間隙a為聚醋薄膜寬度的I?5倍，調(diào)節(jié)座左端設(shè)置的α為5°?30°的斜角。
[0027]所述防塵薄壁機殼支撐和阻擋聚酯薄膜的側(cè)面寬度b為聚酯薄膜的寬度，防塵薄壁機殼與電機輸出軸的間隙a為聚酯薄膜寬度的I?5倍，防塵薄壁機殼左端設(shè)置的α為5°?30°的斜角。
[0028]所述聚醋薄膜的厚度為0.05mm?0.15mm。
[0029]脂類密封材料具有明顯的阻水性和動力驅(qū)動下的流動性，該動密封副可以將海水及海水中的泥沙阻斷，特別是脂類密封材料及其外層的聚酯薄膜將海水中細小的泥沙拒之門外，對電機輸出軸旋轉(zhuǎn)工作時的阻力很小。
[0030]在地面時位于微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件的左端與防塵旋轉(zhuǎn)動密封右端形成的油液封閉小區(qū)均充滿絕緣壓力油，隨著深海微電機逐步下降至海底，則外部海水壓力將迫使防塵薄壁機殼發(fā)生向內(nèi)凹的形變。由于液體的不可壓縮性，防塵薄壁機殼的內(nèi)凹形變將海水的巨大壓力傳遞給電機內(nèi)部的微間隙旋轉(zhuǎn)動密封組件的各個零部件表面并與電機的內(nèi)外腔壓力平衡組件產(chǎn)生的內(nèi)壓力相平衡，以保證電機的正常工作。調(diào)節(jié)座中和防塵薄壁機殼中左、右兩個α為5°?15°倒角保證在海水壓力下發(fā)生形變后不致于阻礙電機輸出軸的運行。