專利名稱：高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接件，具體涉及一種結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行效果好的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，屬流體機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代以來，隨著水射流技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)被廣泛引入到煤礦井工開采現(xiàn)場生產(chǎn)裝備之中，以達(dá)到提高開采效率和預(yù)防災(zāi)害事故的目的。如中國專利 CN100485163C公開的一種煤層瓦斯抽放方法及裝置，CN201826748U公開的一種順層鉆進(jìn)松軟煤層深長瓦斯抽采孔的裝置等，將水射流技術(shù)引入煤礦瓦斯抽放鉆孔裝備，在煤礦井工開采現(xiàn)場獲得了良好的應(yīng)用效果。如何將壓力高達(dá)幾十兆帕的高壓水由高壓管道安全可靠的輸送給旋轉(zhuǎn)鉆頭是實(shí)現(xiàn)上述水射流技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。旋轉(zhuǎn)輸水器便是一種實(shí)現(xiàn)流體在旋轉(zhuǎn)連接件之間傳輸?shù)难b備，該裝備提供一種直接讓流體進(jìn)入旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部的過渡通道，一端可隨旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，另一端靜止不動(dòng)(與流體輸送設(shè)備連通)，如中國專利 CN1194685A公開的用于高壓和高相對轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)接頭，CN1356490A公開的動(dòng)態(tài)密封旋轉(zhuǎn)接頭，CN1142578A公開的旋轉(zhuǎn)接頭等，均提供了一種在不同應(yīng)用場合中用于旋轉(zhuǎn)連接件間輸送流體的旋轉(zhuǎn)密封接頭。但是，對于目前煤礦井下高壓水射流施工過程中的常用旋轉(zhuǎn)輸水器，上述旋轉(zhuǎn)接頭大都存在密封壓力低、工作轉(zhuǎn)速低、使用壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)易“抱死”難題。因此，研制一種高壓、高速、長壽、結(jié)構(gòu)簡單、能防“抱死”的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，對高壓水射流技術(shù)及煤礦井下安全生產(chǎn)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓水在高速旋轉(zhuǎn)連接件之間持續(xù)傳輸，結(jié)構(gòu)簡單，永不“抱死”的長壽旋轉(zhuǎn)密封輸水器。本發(fā)明所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其由連接在外殼上的鉆桿接頭上裝配的動(dòng)環(huán)作為旋轉(zhuǎn)件，由通過防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷安裝在主軸上的靜環(huán)作為靜止件，在相應(yīng)的輔助0型密封圈、補(bǔ)償彈簧、軸承、端蓋等零件的配合下構(gòu)成。所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器中，在鉆桿接頭上裝配動(dòng)環(huán)作為旋轉(zhuǎn)件。在主軸上通過防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷安裝靜環(huán)作為靜止件，靜環(huán)的右端通過0型圈密封地安裝在主軸左端的沉孔內(nèi)，由補(bǔ)償彈簧壓住，左端與動(dòng)環(huán)配合，在補(bǔ)償彈簧的彈性力和防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷的導(dǎo)向作用下， 將靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的配合端面沿軸向壓緊，形成旋轉(zhuǎn)密封摩擦副，實(shí)現(xiàn)傳輸介質(zhì)在接觸端面沿徑向的密封，在被密封高壓水對靜環(huán)右端面的壓力和輔助0型密封圈密封作用配合下，使高壓水只能沿軸向依次通過靜環(huán)和動(dòng)環(huán)，實(shí)現(xiàn)高壓水在旋轉(zhuǎn)件間的持續(xù)傳輸。所述靜環(huán)通過沿主軸圓周方向?qū)ΨQ布置的兩個(gè)防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷安裝在主軸的左端，兩端面間有一配合間隙(約1mm)，用以補(bǔ)償加工與裝配誤差，保證旋轉(zhuǎn)密封摩擦副的良好接觸。同時(shí)，所述靜環(huán)上安裝有輔助0型密封圈，該0型密封圈保證所述靜環(huán)能密封地安裝在主軸左端的沉孔內(nèi)。此外，所述靜環(huán)右端面的環(huán)形面積以及其左端面與動(dòng)環(huán)的接觸面積均存在一最優(yōu)值，該值依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力等)由設(shè)計(jì)時(shí)的理論計(jì)算給出，并經(jīng)成品出廠檢測驗(yàn)證。所述動(dòng)環(huán)通過過盈配合安裝在鉆桿接頭的右端，工作過程中與鉆桿接頭及外殼一起旋轉(zhuǎn)。所述靜環(huán)與動(dòng)環(huán)分別由不同材質(zhì)材料制造，其中一件選用軟材質(zhì)材料(如錫青銅)，另一件選用硬材質(zhì)材料(如不銹鋼)，具體配對方式依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力、工作壽命等)進(jìn)行選擇。所述補(bǔ)償彈簧的導(dǎo)引由主軸左端用于安裝靜環(huán)的沉孔孔壁完成，其裝配時(shí)的預(yù)壓縮量存在一最優(yōu)值，該值依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力等)由設(shè)計(jì)時(shí)的理論計(jì)算給出，并經(jīng)成品出廠檢測驗(yàn)證。所述外殼借助于兩個(gè)軸承被軸向固定在主軸上，能夠保證旋轉(zhuǎn)件與靜止件同軸度，實(shí)現(xiàn)輸水器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)永不“抱死”。所述鉆桿接頭上開有至少一個(gè)泄漏孔，排除輸水器在正常工作過程中允許的微量泄漏介質(zhì)，同時(shí)保證輸水器在密封結(jié)構(gòu)突然失效情況下的絕對安全。本發(fā)明的有益效果是
采用機(jī)械密封技術(shù)原理，達(dá)到了泄漏量少、摩擦阻力小和使用壽命長的工藝要求。采用軸承實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的相對運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)輸水器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下內(nèi)部結(jié)構(gòu)永不“抱死”。具有結(jié)構(gòu)簡單合理、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、易于維修的優(yōu)點(diǎn)，滿足了采礦行業(yè)對礦用高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器的技術(shù)要求。


圖1.是通過本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器的縱向剖面圖； 圖2.是通過本發(fā)明所述鉆桿接頭的縱向剖面圖3.是通過本發(fā)明所述主軸的縱向剖面圖4.是利用本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器的一個(gè)具體實(shí)施例的裝備連接圖。圖1至圖4中1 一鉆桿接頭；2—?jiǎng)迎h(huán)；3—彈簧墊片；4、14一油封；5、10—螺釘； 6—鎖緊螺母；7—外襯套；8—內(nèi)襯套；9一軸用擋圈；11 一擋圈；12—主軸；13—管接頭； 15—端蓋；16—軸承；17—外殼；18—補(bǔ)償彈簧；19一靜環(huán)；20—輔助0型密封圈；21—防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷；22—沉孔；23—泄漏孔；24—水箱；25—溢流閥J6—高壓水泵；27、四一截止閥； 觀一磨料罐；30—高壓膠管；31—高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器；32—液壓鉆機(jī)；33—高壓密封鉆桿；34—鉆頭；35—煤層；36—三相異步電動(dòng)機(jī)；37—抗震壓力表；38—節(jié)流閥；39—混合室。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖1，本發(fā)明所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其由連接在外殼11上的鉆桿接頭 1上裝配的動(dòng)環(huán)2作為旋轉(zhuǎn)件，由通過防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷21安裝在主軸12上的靜環(huán)19作為靜止件，在相應(yīng)的輔助0型密封圈20、補(bǔ)償彈簧18、軸承16、端蓋15、油封14、鎖緊螺母6、軸用擋圈9、內(nèi)襯套8、外襯套7、擋圈11、管接頭13、螺釘3、10的配合下構(gòu)成。參見圖1，高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器中，安裝在主軸12上的靜環(huán)19在補(bǔ)償彈簧18的彈性力和防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷21的導(dǎo)向作用下，將靜環(huán)19和動(dòng)環(huán)2的配合端面沿軸向壓緊，形成旋轉(zhuǎn)密封摩擦副，在密封高壓水對靜環(huán)19右端面的軸向壓力及輔助0型密封圈20的密封作用下，使高壓水只能沿軸向依次通過靜環(huán)19和動(dòng)環(huán)2，實(shí)現(xiàn)高壓水在旋轉(zhuǎn)件間的持續(xù)傳輸。參見圖1和圖2，靜環(huán)19通過沿主軸12圓周方向?qū)ΨQ布置的兩個(gè)防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷21 安裝在主軸12的左端，兩端面間有一配合間隙(約1mm)，用以補(bǔ)償加工與裝配誤差，保證旋轉(zhuǎn)密封摩擦副的良好接觸；同時(shí)，所述靜環(huán)19上安裝有輔助0型密封圈20，該0型圈保證所述靜環(huán)19能密封地安裝在主軸12左端的沉孔22內(nèi)；此外，所述靜環(huán)19右端面的環(huán)形面積以及其左端面與動(dòng)環(huán)2的接觸面積均存在一最優(yōu)值，該值依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力等)由設(shè)計(jì)時(shí)的理論計(jì)算給出，并經(jīng)成品出廠檢測驗(yàn)證。參見圖1，動(dòng)環(huán)2通過過盈配合安裝在鉆桿接頭1的右端，工作過程中與鉆桿接頭 1及外殼17—起旋轉(zhuǎn)。參見圖1，靜環(huán)19與動(dòng)環(huán)2分別由不同材質(zhì)材料制造，其中一件選用軟材質(zhì)材料 (如錫青銅)，另一件選用硬材質(zhì)材料(如不銹鋼)，具體配對方式依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力、工作壽命等)進(jìn)行選擇。參見圖1，在所述補(bǔ)償彈簧18的彈性力和防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷21的導(dǎo)向作用下，將靜環(huán)19 和動(dòng)環(huán)2的配合端面在軸向壓緊，形成旋轉(zhuǎn)密封摩擦副，實(shí)現(xiàn)傳輸介質(zhì)在接觸端面沿徑向的密封。參見圖1和圖2，補(bǔ)償彈簧18的導(dǎo)引是由主軸12左端用于安裝靜環(huán)19的沉孔22 的孔壁完成的，其裝配時(shí)的預(yù)壓縮量存在一最優(yōu)值，該值依據(jù)現(xiàn)場使用條件(如密封介質(zhì)特性、密封壓力等)由設(shè)計(jì)時(shí)的理論計(jì)算給出，并經(jīng)成品出廠檢測驗(yàn)證。參見圖1，外殼17借助于兩個(gè)軸承16被軸向固定在主軸12上，能夠保證旋轉(zhuǎn)件與靜止件的同軸度，實(shí)現(xiàn)輸水器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)永不“抱死”。參見圖3，鉆桿接頭1上開有至少一個(gè)泄漏孔23，排除輸水器在正常工作過程中允許的微量泄漏介質(zhì)，同時(shí)保證輸水器在密封結(jié)構(gòu)突然失效情況下的絕對安全。下面結(jié)合附圖給出某煤礦利用本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器實(shí)現(xiàn)高壓水在兩旋轉(zhuǎn)連接件之間傳輸?shù)膶?shí)例。如圖4中所示為將本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器用于中國專利CN100485163C 公告的一種煤層瓦斯抽放方法及裝置中的系統(tǒng)裝備連接圖，其詳細(xì)工作原理與具體實(shí)施步驟參見中國專利CN100485163C。參見圖1和圖4，本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器31通過高壓膠管30與高壓密封鉆桿33連接在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，其中，高壓膠管30與本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器31的管接頭13連接，高壓密封鉆桿32與本發(fā)明所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器31的鉆桿接頭1連接。 系統(tǒng)運(yùn)行過程中，剛性連接于管接頭13上的主軸12以及安裝其上的靜環(huán)19作為靜止件， 與高壓膠管30 —同保持相對靜止，而剛性連接于外殼17上的鉆桿接頭1以及安裝其上的動(dòng)環(huán)2作為旋轉(zhuǎn)件，在由液壓鉆機(jī)32驅(qū)動(dòng)的高壓密封鉆桿33的帶動(dòng)下以預(yù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如此便可實(shí)現(xiàn)高壓水在兩相對旋轉(zhuǎn)件之間的持續(xù)傳輸。
經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用表明本發(fā)明專利所述高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器能夠很好滿足系統(tǒng)運(yùn)行對高壓水持續(xù)輸送的要求。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，包括外殼(17)、鉆桿接頭(1)和主軸(12)，所述鉆桿接頭 (1)固定連接在外殼(17)前端，其特征在于所述外殼(17 )通過軸承(16 )被軸向固定在主軸(12 )上；在所述鉆桿接頭(1)上裝配動(dòng)環(huán)(2)作為旋轉(zhuǎn)件；在主軸(12)上通過防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷(21)安裝靜環(huán)(19)作為靜止件，靜環(huán)(19)右端通過0 型圈密封地安裝在主軸(12)左端的沉孔(22)內(nèi)，由補(bǔ)償彈簧(18)壓住，左端與動(dòng)環(huán)(2)配合，在補(bǔ)償彈簧(18)的彈性力和防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷(21)的導(dǎo)向作用下，將靜環(huán)(19)和動(dòng)環(huán)(2)的配合端面沿軸向壓緊，形成旋轉(zhuǎn)密封摩擦副，實(shí)現(xiàn)傳輸介質(zhì)在接觸端面沿徑向的密封，在被密封高壓水對靜環(huán)(19)右端面的壓力作用及輔助0型密封圈(20)的密封作用配合下，使高壓水只能沿軸向依次通過靜環(huán)(19)和動(dòng)環(huán)(2)，實(shí)現(xiàn)高壓水在旋轉(zhuǎn)件間的持續(xù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述靜環(huán)(19)通過沿主軸(12)圓周方向?qū)ΨQ布置的兩個(gè)防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷(21)安裝在主軸(12)的左端，與主軸(12)左端面間有一配合間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述配合間隙為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述動(dòng)環(huán)(2)通過過盈配合安裝在鉆桿接頭(1)的右端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述補(bǔ)償彈簧(18)和靜環(huán)(19 )的右端都安裝在主軸(12 )左端的沉孔(22 )中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之任一項(xiàng)所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述靜環(huán) (19)與動(dòng)環(huán)(2)分別由不同材質(zhì)材料制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述靜環(huán)(19)右端面的環(huán)形面積以及其左端面與動(dòng)環(huán)(2)的接觸面積由所述輸水器的密封壓力決定，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封原理經(jīng)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)得出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述補(bǔ)償彈簧(18)的預(yù)壓縮量由所述輸水器的初始密封壓力決定，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封原理經(jīng)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)得出ο
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，其特征在于所述鉆桿接頭(1)上至少設(shè)有一個(gè)泄漏孔(23)。
全文摘要
本發(fā)明公布一種高壓旋轉(zhuǎn)密封輸水器，由連接在外殼上的鉆桿接頭上裝配的動(dòng)環(huán)作為旋轉(zhuǎn)件，由通過防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷安裝在主軸上的靜環(huán)作為靜止件，在輔助O型密封圈、補(bǔ)償彈簧、軸承、端蓋等零件的配合下構(gòu)成。安裝在主軸上的靜環(huán)在補(bǔ)償彈簧的彈性力和防轉(zhuǎn)止動(dòng)銷的導(dǎo)向作用下，將靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的配合端面沿軸向壓緊，形成旋轉(zhuǎn)密封摩擦副，在密封高壓水對靜環(huán)右端面的軸向壓力和輔助O型密封圈密封的配合作用下，高壓水只能沿軸向依次通過靜環(huán)和動(dòng)環(huán)，實(shí)現(xiàn)高壓水在旋轉(zhuǎn)件間的持續(xù)傳輸。本發(fā)明采用機(jī)械密封技術(shù)原理，達(dá)到了泄漏量少、摩擦阻力小和使用壽命長的工藝要求；采用軸承實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)，保證輸水器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)永不“抱死”。
文檔編號E21F7/00GK102536304SQ201210039369
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者劉勇, 盧義玉, 夏彬偉, 左偉芹, 杜鵬, 湯積仁, 胡科, 葛兆龍 申請人:重慶大學(xué)