抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統的制作方法

本發明涉及一種軸封系統。特別是涉及一種多級多套順裝機械密封的串聯利用活塞結構而形成逐級壓力遞減的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統。

背景技術：

專利號為：201620202200.X；名稱為：《具有多套機械密封的耐高壓沖洗系統》，如圖1所示，包括有由泵殼7、設置在泵殼7內的葉輪6和一端連接所述葉輪6的泵軸1構成的離心泵，所述泵軸1的另一端通過設置在所述泵殼7出軸孔上的高壓端機械密封4伸出泵殼7，端頭通過聯軸器9連接用于驅動葉輪6旋轉的電機10，所述泵軸1連接聯軸器9的這端通過設置在軸承座8上的軸承11定位，并且所述泵軸1的外部套有軸套2，所述軸套2通過軸套密封圈3與所述的泵軸1固定連接，其特征在于，所述的軸套2在位于所述泵殼7和軸承11之間的外部通過由第一至第N個密封壓蓋31、32、…、3N首尾密封相連形成有第一至第N個緩沖液腔體121、122、…12N，每一個密封壓蓋高壓側的軸孔處都設置有一組與所述的軸套2密封連接的機械密封5，每一個密封壓蓋的進液口通過一個進液管路14對應連接一個內部裝有緩沖液的蓄壓器15的出液口，每一個密封壓蓋的出液口通過一個出液管路13對應連接所述蓄壓器15的進液口，靠近泵殼7的這個密封壓蓋31的底部與所述泵殼7密封連接。

該專利能夠使位于泵殼內和鄰近軸承的兩套面向背配置機械密封之間的流體即不同于API682標準里沖洗52方案的無壓力，也不同于API682標準里沖洗53方案帶有大于物料的壓力。而是在兩套面向背配置機械密封之間串接有多套面向背配置的機械密封，形成多個封閉腔，把多套面向背配置機械密封之間的壓力調節成介于兩者之間的平均值，如果安裝的是雙端面機械密封，就使得機械密封的兩個摩擦副各自承擔總壓力的一半壓力，讓機械密封的兩個摩擦副各自分擔總的壓力差，達到降低機械密封負載的目的。

該專利的軸封系統適用于在大氣環境中工作，這是因為大氣的壓強總是常數。如果在海水里工作，海水的壓強隨著深度的增加而增加，尤其在深海中工作，海水深度帶來的壓力不容忽視，所以該專利不能用于深水之中。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種隨著海水深度的變化具有自動調整每個機械密封腔體壓力來抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備帶有多級多套順裝機械密封串聯而形成的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統。

本發明所采用的技術方案是：一種抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，包括殼體和電機，所述電機設置在位于殼體內上部分的電機腔內，所述殼體內位于所述電機腔的下部沿軸向由上至下依次形成有M級緩沖液腔體，所述電機的旋轉軸依次貫穿所述M級緩沖液腔體伸出所述殼體的底部，并在所述的殼體底部通過高壓機械密封件進行密封，所述殼體內位于所述M級緩沖液腔體的一側且對應所述的M級緩沖液腔體形成有M個活塞腔，沿水平方向形成的每一個活塞腔的一端連通一個緩沖液腔體，所述每一個活塞腔內設置有一個活塞，所述活塞的活塞桿在所述活塞腔的另一端沿水平方向伸出所述殼體的外部。

所述電機的旋轉軸與M級緩沖液腔體中的每一級緩沖液腔體的入口處的上側都設置有一個密封蓋，每一級緩沖液腔體的入口處的下側對應所述的密封蓋都設置有一個機械密封件。

每一個所述的活塞與所對應的殼體之間都設置有第一密封圈(2010)。

每一個所述的活塞桿與所述的殼體之間都設置有第二密封圈(2011)。

M個所述的活塞桿中，位于低壓端的活塞桿的直徑小于位于高壓端的活塞桿的直徑。

一種抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，包括第一殼體和電機，所述電機設置在位于第一殼體內上部分的電機腔內，所述第一殼體內位于所述電機腔的下部沿軸向由上至下依次形成有M級緩沖液腔體，所述電機的旋轉軸依次貫穿所述M級緩沖液腔體伸出所述第一殼體的底部，并在所述的第一殼體底部通過高壓機械密封件進行密封，鄰近所述第一殼體的一側設置有第二殼體，所述第二殼體內由上至下依次形成有M個活塞腔，沿水平方向形成的M個活塞腔的一端分別各通過一個保壓管路對應連接且連通一個所述的緩沖液腔體，所述每一個活塞腔內設置有一個活塞，所述活塞的活塞桿在所述活塞腔的另一端沿水平方向伸出所述第二殼體的外部。

所述電機的旋轉軸與M級緩沖液腔體中的每一級緩沖液腔體的入口處的上側都設置有一個密封蓋，每一級緩沖液腔體的入口處的下側對應所述的密封蓋都設置有一個機械密封件。

每一個所述的活塞與所對應的第二殼體之間都設置有第一密封圈。

每一個所述的活塞桿與所述的第二殼體之間都設置有第二密封圈。

M個所述的活塞桿中，位于低壓端的活塞桿的直徑小于位于高壓端的活塞桿的直徑。

本發明的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，具有自動調整每個機械密封腔體壓力用多級多套順裝機械密封串聯來抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備耐高壓的能力。本發明具有如下效果：

在海水里隨著帶有多套機械密封利用活塞結構的耐高壓軸封系統的具有電機旋轉軸裝備潛水深度的變化，按比例分配到每個機械密封腔的壓力也跟著變化，去平衡來自水深的外界壓力。所有密封腔壓力之和等于總壓力，從高壓端至低壓端兩兩相鄰密封腔的壓力遞減，它們排列的規律是等差級數。

每一個密封腔都是儲油腔，都通過一個具有大小端的活塞與外界深水相連，活塞的大端在儲油腔里，小端在外界的深水里，活塞的大端和小端分別裝有“O”形密封圈，并且每一個活塞都能沿著其軸線進行正反方向軸向位移。對于同一個活塞大端底面面積都是小端底面面積的整數倍，；不同的活塞，大端底面面積與小端底面面積的比值各有不同，比值越接近1的活塞應布置在越靠近海水一端，也就是高壓端。

無論具有電機旋轉軸裝備所處的位置水有多么深，總的壓力高或者低，每套密封所承受的壓力總是能夠按照比例分擔這個總載荷，因此，每套密封實際承受的分載荷就是總載荷的1/M，確保了具有電機旋轉軸裝備在深海之處安全穩定地運行。

附圖說明

圖1是現有技術耐高壓沖洗方案的結構示意圖；

圖2是本發明抵抗深海高水壓高壓旋轉軸裝備的軸封系統第一實施例的結構示意圖；

圖3是本發明抵抗深海高水壓高壓旋轉軸裝備的軸封系統第二實施例的結構示意圖。

圖中

201：殼體 202：電機

2031～203M：緩沖液腔體 204：旋轉軸

2051～205M：活塞腔 2061～206M：活塞

2071～207M：活塞桿 208：密封蓋

209：機械密封件 2010：第一密封圈

2011：第二密封圈 2012：高壓機械密封件

301：第一殼體 302：電機

3031～303M：緩沖液腔體 304：旋轉軸

3051～305M：活塞腔 3061～306M：活塞

3071～307M：活塞桿 308：密封蓋

309：機械密封件 3010：第一密封圈

3011：第二密封圈 3012：高壓機械密封件

3013：第二殼體 3014：保壓管路

C：海水高壓處的位置 D：電機低壓處的位置

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統做出詳細說明。

如圖2所示，本發明的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，包括殼體201和電機202，所述電機202設置在位于殼體201內上部分的電機腔內，所述殼體201內位于所述電機腔的下部沿軸向由上至下依次形成有M級緩沖液腔體2031～203M，所述電機202的旋轉軸204依次貫穿所述M級緩沖液腔體2031～203M伸出所述殼體201的底部，并在所述的殼體201底部通過高壓機械密封件2012進行密封，所述殼體201內位于所述M級緩沖液腔體2031～203M的一側且對應所述的M級緩沖液腔體2031～203M形成有M個活塞腔2051～205M，沿水平方向形成的每一個活塞腔2051～205M的一端連通一個緩沖液腔體2031～203M，所述每一個活塞腔2051～205M內設置有一個活塞2061～206M，所述活塞2061～206M的活塞桿2071～207M在所述活塞腔2051～205M的另一端沿水平方向伸出所述殼體201的外部。

所述電機202的旋轉軸204與M級緩沖液腔體2031～203M中的每一級緩沖液腔體2031～203M的入口處的上側都設置有一個密封蓋208，每一級緩沖液腔體2031～203M的入口處的下側對應所述的密封蓋208都設置有一個機械密封件209。所述機械密封件209由動、靜環組成，靜環與所述密封壓蓋208連接，動環與所述旋轉軸204連接。

每一個所述的活塞2061～206M與所對應的殼體201之間都設置有第一密封圈2010。

每一個所述的活塞桿2071～207M與所述的殼體201之間都設置有第二密封圈2011。

M個所述的活塞桿2071～207M中，位于低壓端的活塞桿直徑小于位于高壓端活塞桿的直徑。

如圖3所示，本發明的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，還可以是包括第一殼體301和電機302，所述電機302設置在位于第一殼體301內上部分的電機腔內，所述第一殼體301內位于所述電機腔的下部沿軸向由上至下依次形成有M級緩沖液腔體3031～303M，所述電機302的旋轉軸304依次貫穿所述M級緩沖液腔體3031～303M伸出所述第一殼體301的底部，并在所述的第一殼體301底部通過高壓機械密封件3012進行密封，鄰近所述第一殼體301的一側設置有第二殼體3013，所述第二殼體3013內由上至下依次形成有M個活塞腔3051～305M，沿水平方向形成的M個活塞腔3051～305M的一端分別各通過一個保壓管路3014對應連接且連通一個所述的緩沖液腔體3031～303M，所述每一個活塞腔3051～305M內設置有一個活塞3061～306M，所述活塞3061～306M的活塞桿3071～307M在所述活塞腔3051～305M的另一端沿水平方向伸出所述第二殼體3013的外部。

所述電機302的旋轉軸304與M級緩沖液腔體3031～303M中的每一級緩沖液腔體3031～303M的入口處的上側都設置有一個密封蓋308，每一級緩沖液腔體3031～303M的入口處的下側對應所述的密封蓋308都設置有一個機械密封件309。所述機械密封件309由動、靜環組成，靜環與所述密封壓蓋308連接，動環與所述旋轉軸304連接。

每一個所述的活塞3061～306M與所對應的第二殼體3013之間都設置有第一密封圈3010。

每一個所述的活塞桿3071～307M與所述的第二殼體3013之間都設置有第二密封圈3011。

M個所述的活塞桿3071～307M中，位于低壓端的活塞桿的直徑小于位于高壓端的活塞桿的直徑。

本發明的抵抗深海高水壓具有電機旋轉軸裝備的軸封系統，所述M級緩沖液腔體2031～203M中的壓力由鄰近電機20的壓力最低的第一緩沖液腔體2031到臨近殼體201的壓力最高的第M緩沖液腔體203M為壓力依次增加。所述M級緩沖液腔體2031～203M中每相鄰兩個緩沖液腔體之間的壓差為：P_鄰＝P_海÷M，其中

P_鄰：相鄰兩個緩沖液腔體之間的壓力差，也是每一套機械密封件209所承受的實際壓力載荷。

所述的每一個密封蓋208高壓側的機械密封件209中的靜環與動環構成一對摩擦副，其中，所述的靜環與所對應的密封壓蓋固定連接，所述的動環與所述的旋轉軸204固定連接。

于是就有：M(機械密封件的數量)≥P(海水壓力Mpa)/10(每套機械密封件應該承受的極限壓力Mpa)。

通過上式就可以計算出應該安裝機械密封件的數量，從而可以預留出必要的安裝空間。

為了保證機械密封件的使用壽命，不要讓每套機械密封件實際都承載極限壓力，所以設計時應該考慮必要的保險系數。

如何根據海水壓力配置機械密封件的數量，由本發明就可以得出下面的公式：

P_海：來自海水深度的壓力(Mpa)。

應該配置機械密封件的數量是：

M＝P_海(Mpa)÷10(Mpa)×k(套)

K：保險系數，取值范圍:0.5＜k＜1，一般取0.7

M：應該配置機械密封件的數量，取大于計算值的正整數。例如：計算值無論是2.1或者是2.9都取3。

用下面的公式可以計算出應該配置機械密封的數量：

m＝M－+1

m：也是應該配置機械密封壓蓋的數量。

用下面的公式可以計算出每個緩沖液腔體應該設定的壓力：

P_xi＝P_鄰×i＝(P_海÷M)×i

其中：P_鄰＝P_海÷M

P_鄰：相鄰兩個緩沖液腔體之間的壓力差，也是每一套機械密封件實際所承受的壓力(Mpa)。

i：任意一個緩沖液腔體、任意一套機械密封件、任意一個密封蓋、任意一個保壓管線的序號。

P_xi：序號為i的那個緩沖液腔體或密封腔體應該設定的壓力(Mpa)。

P_海×S_小＝P_xi×S_大

S_小＝(P_xi×S_大)/P_海

S_小：序號為i的那個活塞桿的底面面積

S_大：序號為i的那個活塞的底面面積。

應用本發明且機械密封件的數量大于三套時，就可以把最靠近海水一側緩沖液腔體的壓力調整到大于外界海水的壓力，該緩沖液腔體里面的緩沖液就變為阻隔液，假如萬一有一點泄露，其泄漏方向只能是往海水里面漏，就可以完成API682標準里布置3的目的。其它緩沖液腔體的壓力仍然按照本發明方法進行設定，就可以把壓力差逐級降低，從而就能減少每級機械密封件所承受的壓力負載，即能有效延長機械密封的使用壽命，也能完成API682標準里布置3的任務。

由此可見，增加機械密封級數(增加機械密封件和活塞的數量)，就能人為通過降低機械密封摩擦副的PV值來有效延長機械密封的使用壽命。