CN102536304A

CN102536304A - 高压旋转密封输水器

Info

Publication number: CN102536304A
Application number: CN2012100393694A
Authority: CN
Inventors: 卢义玉; 汤积仁; 葛兆龙; 左伟芹; 刘勇; 夏彬伟; 杜鹏; 胡科
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公布一种高压旋转密封输水器，由连接在外壳上的钻杆接头上装配的动环作为旋转件，由通过防转止动销安装在主轴上的静环作为静止件，在辅助O型密封圈、补偿弹簧、轴承、端盖等零件的配合下构成。安装在主轴上的静环在补偿弹簧的弹性力和防转止动销的导向作用下，将静环和动环的配合端面沿轴向压紧，形成旋转密封摩擦副，在密封高压水对静环右端面的轴向压力和辅助O型密封圈密封的配合作用下，高压水只能沿轴向依次通过静环和动环，实现高压水在旋转件间的持续传输。本发明采用机械密封技术原理，达到了泄漏量少、摩擦阻力小和使用寿命长的工艺要求；采用轴承实现旋转件与静止件之间的相对转动，保证输水器在高速运转时内部结构永不“抱死”。

Description

高压旋转密封输水器

技术领域

本发明涉及一种连接件，具体涉及一种结构合理、运行效果好的高压旋转密封输水器，属流体机械领域。

背景技术

20世纪70年代以来，随着水射流技术的发展，该技术被广泛引入到煤矿井工开采现场生产装备之中，以达到提高开采效率和预防灾害事故的目的。如中国专利CN100485163C公开的一种煤层瓦斯抽放方法及装置，CN201826748U公开的一种顺层钻进松软煤层深长瓦斯抽采孔的装置等，将水射流技术引入煤矿瓦斯抽放钻孔装备，在煤矿井工开采现场获得了良好的应用效果。如何将压力高达几十兆帕的高压水由高压管道安全可靠的输送给旋转钻头是实现上述水射流技术现场应用的关键技术之一。旋转输水器便是一种实现流体在旋转连接件之间传输的装备，该装备提供一种直接让流体进入旋转体内部的过渡通道，一端可随旋转体旋转，另一端静止不动（与流体输送设备连通），如中国专利CN1194685A公开的用于高压和高相对转速的旋转接头，CN1356490A公开的动态密封旋转接头，CN1142578A公开的旋转接头等，均提供了一种在不同应用场合中用于旋转连接件间输送流体的旋转密封接头。

但是，对于目前煤矿井下高压水射流施工过程中的常用旋转输水器，上述旋转接头大都存在密封压力低、工作转速低、使用寿命短、结构复杂、内部结构易“抱死”难题。因此，研制一种高压、高速、长寿、结构简单、能防“抱死”的高压旋转密封输水器，对高压水射流技术及煤矿井下安全生产等方面具有重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种能够实现高压水在高速旋转连接件之间持续传输，结构简单，永不“抱死”的长寿旋转密封输水器。

本发明所述的高压旋转密封输水器，其由连接在外壳上的钻杆接头上装配的动环作为旋转件，由通过防转止动销安装在主轴上的静环作为静止件，在相应的辅助O型密封圈、补偿弹簧、轴承、端盖等零件的配合下构成。

所述高压旋转密封输水器中，在钻杆接头上装配动环作为旋转件。在主轴上通过防转止动销安装静环作为静止件，静环的右端通过O型圈密封地安装在主轴左端的沉孔内，由补偿弹簧压住，左端与动环配合，在补偿弹簧的弹性力和防转止动销的导向作用下，将静环和动环的配合端面沿轴向压紧，形成旋转密封摩擦副，实现传输介质在接触端面沿径向的密封，在被密封高压水对静环右端面的压力和辅助O型密封圈密封作用配合下，使高压水只能沿轴向依次通过静环和动环，实现高压水在旋转件间的持续传输。

所述静环通过沿主轴圆周方向对称布置的两个防转止动销安装在主轴的左端，两端面间有一配合间隙（约1mm），用以补偿加工与装配误差，保证旋转密封摩擦副的良好接触。同时，所述静环上安装有辅助O型密封圈，该O型密封圈保证所述静环能密封地安装在主轴左端的沉孔内。此外，所述静环右端面的环形面积以及其左端面与动环的接触面积均存在一最优值，该值依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力等）由设计时的理论计算给出，并经成品出厂检测验证。

所述动环通过过盈配合安装在钻杆接头的右端，工作过程中与钻杆接头及外壳一起旋转。

所述静环与动环分别由不同材质材料制造，其中一件选用软材质材料（如锡青铜），另一件选用硬材质材料（如不锈钢），具体配对方式依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力、工作寿命等）进行选择。

所述补偿弹簧的导引由主轴左端用于安装静环的沉孔孔壁完成，其装配时的预压缩量存在一最优值，该值依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力等）由设计时的理论计算给出，并经成品出厂检测验证。

所述外壳借助于两个轴承被轴向固定在主轴上，能够保证旋转件与静止件同轴度，实现输水器在高速运转时内部结构永不“抱死”。

所述钻杆接头上开有至少一个泄漏孔，排除输水器在正常工作过程中允许的微量泄漏介质，同时保证输水器在密封结构突然失效情况下的绝对安全。

本发明的有益效果是：

采用机械密封技术原理，达到了泄漏量少、摩擦阻力小和使用寿命长的工艺要求。

采用轴承实现旋转件与静止件之间的相对运动，能实现输水器在高速运转条件下内部结构永不“抱死”。

具有结构简单合理、运行平稳可靠、易于维修的优点，满足了采矿行业对矿用高压旋转密封输水器的技术要求。

附图说明

图1.是通过本发明所述高压旋转密封输水器的纵向剖面图；

图2.是通过本发明所述钻杆接头的纵向剖面图；

图3.是通过本发明所述主轴的纵向剖面图；

图4.是利用本发明所述高压旋转密封输水器的一个具体实施例的装备连接图。

图1至图4中：1—钻杆接头；2—动环；3—弹簧垫片；4、14—油封；5、10—螺钉；6—锁紧螺母；7—外衬套；8—内衬套；9—轴用挡圈；11—挡圈；12—主轴；13—管接头；15—端盖；16—轴承；17—外壳；18—补偿弹簧；19—静环；20—辅助O型密封圈；21—防转止动销；22—沉孔；23—泄漏孔；24—水箱；25—溢流阀；26—高压水泵；27、29—截止阀；28—磨料罐；30—高压胶管；31—高压旋转密封输水器；32—液压钻机；33—高压密封钻杆；34—钻头；35—煤层；36—三相异步电动机；37—抗震压力表；38—节流阀；39—混合室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明所述的高压旋转密封输水器，其由连接在外壳11上的钻杆接头1上装配的动环2作为旋转件，由通过防转止动销21安装在主轴12上的静环19作为静止件，在相应的辅助O型密封圈20、补偿弹簧18、轴承16、端盖15、油封14、锁紧螺母6、轴用挡圈9、内衬套8、外衬套7、挡圈11、管接头13、螺钉3、10的配合下构成。

参见图1，高压旋转密封输水器中，安装在主轴12上的静环19在补偿弹簧18的弹性力和防转止动销21的导向作用下，将静环19和动环2的配合端面沿轴向压紧，形成旋转密封摩擦副，在密封高压水对静环19右端面的轴向压力及辅助O型密封圈20的密封作用下，使高压水只能沿轴向依次通过静环19和动环2，实现高压水在旋转件间的持续传输。

参见图1和图2，静环19通过沿主轴12圆周方向对称布置的两个防转止动销21安装在主轴12的左端，两端面间有一配合间隙（约1mm），用以补偿加工与装配误差，保证旋转密封摩擦副的良好接触；同时，所述静环19上安装有辅助O型密封圈20，该O型圈保证所述静环19能密封地安装在主轴12左端的沉孔22内；此外，所述静环19右端面的环形面积以及其左端面与动环2的接触面积均存在一最优值，该值依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力等）由设计时的理论计算给出，并经成品出厂检测验证。

参见图1，动环2通过过盈配合安装在钻杆接头1的右端，工作过程中与钻杆接头1及外壳17一起旋转。

参见图1，静环19与动环2分别由不同材质材料制造，其中一件选用软材质材料（如锡青铜），另一件选用硬材质材料（如不锈钢），具体配对方式依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力、工作寿命等）进行选择。

参见图1，在所述补偿弹簧18的弹性力和防转止动销21的导向作用下，将静环19和动环2的配合端面在轴向压紧，形成旋转密封摩擦副，实现传输介质在接触端面沿径向的密封。

参见图1和图2，补偿弹簧18的导引是由主轴12左端用于安装静环19的沉孔22的孔壁完成的，其装配时的预压缩量存在一最优值，该值依据现场使用条件（如密封介质特性、密封压力等）由设计时的理论计算给出，并经成品出厂检测验证。

参见图1，外壳17借助于两个轴承16被轴向固定在主轴12上，能够保证旋转件与静止件的同轴度，实现输水器在高速运转时内部结构永不“抱死”。

参见图3，钻杆接头1上开有至少一个泄漏孔23，排除输水器在正常工作过程中允许的微量泄漏介质，同时保证输水器在密封结构突然失效情况下的绝对安全。

下面结合附图给出某煤矿利用本发明所述高压旋转密封输水器实现高压水在两旋转连接件之间传输的实例。

如图4中所示为将本发明所述高压旋转密封输水器用于中国专利CN100485163C公告的一种煤层瓦斯抽放方法及装置中的***装备连接图，其详细工作原理与具体实施步骤参见中国专利CN100485163C。

参见图1和图4，本发明所述高压旋转密封输水器31通过高压胶管30与高压密封钻杆33连接在整个***内，其中，高压胶管30与本发明所述高压旋转密封输水器31的管接头13连接，高压密封钻杆32与本发明所述高压旋转密封输水器31的钻杆接头1连接。***运行过程中，刚性连接于管接头13上的主轴12以及安装其上的静环19作为静止件，与高压胶管30一同保持相对静止，而刚性连接于外壳17上的钻杆接头1以及安装其上的动环2作为旋转件，在由液压钻机32驱动的高压密封钻杆33的带动下以预定转速旋转，如此便可实现高压水在两相对旋转件之间的持续传输。

经试验应用表明：本发明专利所述高压旋转密封输水器能够很好满足***运行对高压水持续输送的要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落入本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种高压旋转密封输水器，包括外壳（17）、钻杆接头（1）和主轴（12），所述钻杆接头（1）固定连接在外壳（17）前端，其特征在于：

所述外壳（17）通过轴承（16）被轴向固定在主轴（12）上；

在所述钻杆接头（1）上装配动环（2）作为旋转件；

在主轴（12）上通过防转止动销（21）安装静环（19）作为静止件，静环（19）右端通过O型圈密封地安装在主轴（12）左端的沉孔（22）内，由补偿弹簧（18）压住，左端与动环（2）配合，在补偿弹簧（18）的弹性力和防转止动销（21）的导向作用下，将静环（19）和动环（2）的配合端面沿轴向压紧，形成旋转密封摩擦副，实现传输介质在接触端面沿径向的密封，在被密封高压水对静环（19）右端面的压力作用及辅助O型密封圈（20）的密封作用配合下，使高压水只能沿轴向依次通过静环（19）和动环（2），实现高压水在旋转件间的持续传输。

2.根据权利要求1所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述静环（19）通过沿主轴（12）圆周方向对称布置的两个防转止动销（21）安装在主轴（12）的左端，与主轴（12）左端面间有一配合间隙。

3.根据权利要求2所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述配合间隙为1mm。

4.根据权利要求1所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述动环（2）通过过盈配合安装在钻杆接头（1）的右端。

5.根据权利要求1所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述补偿弹簧（18）和静环（19）的右端都安装在主轴（12）左端的沉孔（22）中。

6.根据权利要求1-5之任一项所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述静环（19）与动环（2）分别由不同材质材料制造。

7.根据权利要求6所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述静环（19）右端面的环形面积以及其左端面与动环（2）的接触面积由所述输水器的密封压力决定，根据旋转机械密封原理经理论计算及实验得出。

8.根据权利要求6所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述补偿弹簧（18）的预压缩量由所述输水器的初始密封压力决定，根据旋转机械密封原理经理论计算及实验得出。

9.根据权利要求6所述的高压旋转密封输水器，其特征在于：所述钻杆接头（1）上至少设有一个泄漏孔（23）。