采用微間隙旋轉動密封且內外腔壓力平衡的深海微電機的制作方法
【技術領域】
[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千米的采用微間隙旋轉動密封且內外腔壓力平衡的深海微電機。
【背景技術】
[0002]目前市場上的深海微電機結構如圖1所示，大多為工作于數百米深至數千米深的海底。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1、唇形橡膠旋轉動密封機構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、內外腔壓差調節彈簧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，導致了唇形橡膠旋轉動密封2壓在轉軸上的壓力大增。因而，損失較大的電機轉矩動力，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。
[0003]而此類深海微電機中采用O型橡膠圈6的內外腔壓力平衡機構，由于O型圈的摩擦力大而使得壓力調節靈敏度低下，易使電機內外壓力存在微小的不平衡而使得電機機殼產生微小變形，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，壓力調節靈敏度的低下導致電機內外腔壓差調節很不可靠，容易使得海水進入電機內部的幾率增大。
[0004]此類深海微電機中的多圓柱彈簧式內外腔微小壓差調節及保持機構，由于內外腔壓差調節彈簧9過多，電機裝配時對壓力差值的調節很不方便，調節壓差值離散性大。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，所以很難精確調節壓力差值。
[0005]為了提高深海的工作深度及電機的壓力調節靈敏度，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、磁傳動旋轉動密封機構、電機本體、橡膠皮囊式內外腔壓力平衡機構和單個大圓柱彈簧式內外腔微小壓力差調節及保持機構。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。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，其重量也相應快速增加。電機的結構趨于愈來愈復雜，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，海水直接浸入磁傳動機殼內，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，導致電機失效。
[0007]磁傳動密封型深海微電機的橡膠皮囊式內外腔壓力平衡機構包括O型圈24、內外平衡機殼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、內外平衡機殼 B 33ο
[0008]橡膠皮囊式內外腔壓力平衡機構較之于O型圈活塞式內外腔壓力平衡機構的壓力調節靈敏度大大增加，但橡膠皮囊制造較為復雜，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外腔微小壓力差調節及保持機構包括內外腔壓差調節彈簧32、拉桿34和內外平衡機殼B 33。該壓差調節機構可以精確地方便地進行壓力差的調節，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致電機失效。
【實用新型內容】
[0010]本實用新型所要解決的技術問題是要提供一種能夠抵抗深海海底數千米巨大海水壓力而能夠正常工作的采用微間隙旋轉動密封且內外腔壓力平衡的深海微電機。
[0011]為了解決以上的技術問題，本實用新型提供了一種采用微間隙旋轉動密封且內外腔壓力平衡的深海微電機，該微電機包括微間隙旋轉動密封組件、電機本體、內充的絕緣壓力油、脂類防塵旋轉動密封組件、波紋管式內外腔壓力平衡組件、耐壓插座和后端蓋。
[0012]所述微間隙旋轉動密封組件，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生的張力進行動密封。
[0013]所述微間隙旋轉動密封組件包括微間隙旋轉動密封動環、微間隙旋轉動密封靜環組件和電機輸出軸，微間隙旋轉動密封靜環組件安裝于深海微電機前端的內圓止口中，微間隙旋轉動密封靜環組件的中孔中插入帶有微間隙旋轉動密封動環的電機輸出軸。
[0014]所述微間隙旋轉動密封靜環組件包括微間隙旋轉動密封靜環、靜環支架、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支架焊接，另一端與波紋管支架焊接，實現微間隙旋轉動密封動環與微間隙旋轉動密封靜環的自動對中；靜環支架的內圓表面與微間隙旋轉動密封靜環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時會產生微小的徑向跳動，為了實時使得微間隙旋轉動密封靜環實時對中電機輸出軸上的微間隙旋轉動密封動環，本實用新型采用軸向布置的金屬波紋管來實現這一目的。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氧樹脂膠層。
[0017]所述靜環支架內圓等間距設有多個儲膠槽。所述儲膠槽為三角形，或為上小下大的多邊形。
[0018]所述微間隙旋轉動密封靜環的材料為硬性材料，微間隙旋轉動密封動環為硬性材料，或為軟性材料。
[0019]所述微間隙旋轉動密封動環為軟性材料，過盈裝配于電機輸出軸上并精密加工外圓；或所述微間隙旋轉動密封動環為硬性材料，硬性材料噴涂在電機輸出軸上并精密加工外圓。
[0020]所述微間隙旋轉動密封靜環內圓等間距設有梯形的儲油槽，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的微間隙動密封副運行時更加平穩、運行噪聲更低。
[0021]微間隙旋轉動密封組件的旋轉動密封效果是采用絕緣壓力油在微間隙旋轉動密封動環與微間隙旋轉動密封靜環間徑向微小間隙0.005mm?0.015mm中產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生的油液表面張力足以阻止電機外部的海水進入電機內部而起到動密封作用。同時，微間隙旋轉動密封組件中油液表面張力對電機輸出軸旋轉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時產生的阻力。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外腔壓力平衡機構抵御海底的巨大壓力，該微間隙旋轉動密封組件雖然要承受數十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。對電機轉矩輸出的損耗很低，運行中產生的噪聲非常低。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]所述脂類防塵旋轉動密封組件插入微間隙旋轉動密封組件的電機輸出軸中，螺固于電機前端的定位內圓止口中，脂類防塵旋轉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]所述脂類防塵旋轉動密封組件包括脂類密封材料、調節座、緊固螺釘、調節墊圈、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圓止口形成靜密封副，旋轉動密封副和靜密封副構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量比1:1?1.5:1混合配制而成。
[0026]所述調節座支撐和阻擋聚酯薄膜的側面寬度b為聚酯薄膜的寬度，所述調節座與電機輸出軸的間隙a為聚醋薄膜寬度的I?5倍，調節座左端設置的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，對電機輸出軸旋轉工作時的阻力很小。
[0030]在地面時位于微間隙旋轉動密封組件的左端與防塵旋轉動密封右端形成的油液封閉小區均充滿絕緣壓力油，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生向內凹的形變。由于液體的不可壓縮性，防塵薄壁機殼的內凹形變將海水的巨大壓力傳遞給電機內部的微間隙旋轉動密封組件的各個零部件表面并與電機的內外腔壓力平衡組件產生的內壓力相平衡，以保證電機的正常工作。調節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生形變后不致于阻礙電機輸出軸的運行。