本發(fā)明屬于深海密封技術領域，特別涉及一種全海深高壓密封裝置。

背景技術：

深海蘊藏有豐富的海底資源，潛水器是實現(xiàn)深海開發(fā)利用的重要海洋工程裝備。為實現(xiàn)精確穩(wěn)定的海底勘探和采樣作業(yè)等，需要潛水器配備機械腿或機械手去近距離精確獲取。由于潛水器水下爬行姿態(tài)調(diào)整、機械手水下作業(yè)等都需要通過運動副的旋轉/移動來實現(xiàn)，因此保證運動副在深海高壓環(huán)境下可靠的密封性能是潛水器正常工作的基礎。

目前，對運動副的密封分為靜密封和動密封。靜密封技術相對成熟且較為容易解決，關鍵在于解決動密封。常用的動密封方式有承壓型動密封和壓力補償型動密封。在大深度海水環(huán)境下，運動副需要承受很高的外壓，這就要求運動副的活動部件與殼體之間的連接處有可靠的動密封。采用承壓型動密封會大大增加基體的重量，且不能保證完全不泄露。而壓力補償型動密封是通過壓力補償來實現(xiàn)內(nèi)外均壓，雖能減輕基體的重量，但由于在需要動密封的位置必然存在有間隙以保證相對運動，而間隙的存在也一定會降低密封的可靠性。此外，這兩種動密封方式也難以解決潛水器中運動副的防腐、防污問題，從而導致運動副的維護保養(yǎng)成本較高，并在工作過程中存在有因運動副“卡滯”而導致水下作業(yè)任務失敗的風險。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有動密封技術在不同海深的高壓環(huán)境下使用存在的不足，提供一種全海深自平衡式高壓密封裝置。

本發(fā)明的技術方案是：一種全海深自平衡式高壓密封裝置，它包括：上轉接碗、彈性皮囊管以及下轉接碗；

上轉接碗設有排氣閥口；

彈性皮囊管包括：上端面法蘭、可伸縮覆皮、彈簧骨架以及下端面法蘭；可伸縮覆皮是截面為波紋狀結構的彈性元件，其兩端分別與上端面法蘭、下端面法蘭硫化成一整體；彈簧骨架內(nèi)嵌在可伸縮覆皮的內(nèi)表面起徑向支撐的作用，其在初始狀態(tài)呈自然伸長狀態(tài)；

下轉接碗設有充油閥口；

彈性皮囊管通過其上端面法蘭、下端面法蘭上設置的端面靜密封結構分別連接上轉接碗、下轉接碗；上轉接碗、彈性皮囊管以及下轉接碗三者之間組合后形成一個可包覆運動副的空腔，空腔通過充油閥口注入變壓器油，通過排氣閥口排出內(nèi)部空氣。

本發(fā)明的工作過程為：空腔內(nèi)部預先充滿具有一定壓力大小的變壓器油，當外界海水壓力因水深變化而發(fā)生改變，使得外部海水壓力大于空腔內(nèi)部的變壓器油的油壓時，可伸縮覆皮發(fā)生彈性變形，將外部壓力傳遞給內(nèi)部變壓器油，從而使可伸縮覆皮的內(nèi)部壓力與外部海水壓力保持平衡；當海水深度繼續(xù)發(fā)生變化時，通過可伸縮覆皮的彈性變形來自動平衡外部海水的壓力作用，保證可伸縮覆皮的內(nèi)外壓差始終為0或略高于外部海水壓力，從而實現(xiàn)全海深自平衡式高壓密封。

有益效果：(1)本發(fā)明能夠將運動副的旋轉/移動動密封轉化為端面靜密封，從而可以實現(xiàn)“零泄露”或絕對密封，并可利用可伸縮覆皮的彈性變形來自動平衡外部海水壓力作用，從而適應全海深高壓密封的要求。

(2)本發(fā)明能夠保證運動副不受海水腐蝕和污染，運動部件與殼體之間的活動表面狀態(tài)不會被破壞，始終能夠正常工作，維護保養(yǎng)成本低、可靠性高。

(3)本發(fā)明的變形量大，不僅可以徑向彈性變形以自動平衡外部海水壓力作用，而且還可以軸向大伸縮變形以自適應運動副的工作運動范圍。

(4)本發(fā)明的變形阻力小，內(nèi)嵌安裝的彈簧骨架不僅可以保證可伸縮覆皮在運動過程中不會嵌入到活動部位而導致?lián)p壞，而且其自然伸長的初始態(tài)和低彎曲剛度保證了在運動過程中附加的變形阻力很小，以降低運動副的功率損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中上轉接碗的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明中下轉接碗的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明中彈性皮囊管的結構示意圖；

圖5為圖4的局部放大圖；

圖6為圖4的變形狀態(tài)示意圖；

圖7為機械腿關節(jié)示意圖；

圖8為本發(fā)明的整體連接關系；

圖9為本發(fā)明的工作過程示意圖。

其中：100-運動副、101-上肢、102-下肢、200-空腔、300-變壓器油、1-上轉接碗、11-小口徑法蘭a、12-碗體a、13-排氣閥口、14-大口徑法蘭a、2-彈性皮囊管、21-上端面法蘭、22-可伸縮覆皮、23-彈簧骨架、24-下端面法蘭、22a-伸長狀態(tài)、22b-收縮狀態(tài)、3-下轉接碗、31-小口徑法蘭b、32-碗體b、33-充油閥口、34-大口徑法蘭b、j1-第一端面靜密封、j2-第二端面靜密封、j3-第三端面靜密封、j4-第四端面靜密封。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

參見附圖1，全海深自平衡式高壓密封裝置，它包括：上轉接碗1、彈性皮囊管2、下轉接碗3。

參見附圖2，上轉接碗1包括：依次連接的小口徑法蘭a11、碗體a12、大口徑法蘭a14；排氣閥口13設置在碗體a12上，小口徑法蘭a11與大口徑法蘭a14上均設有一道端面密封結構。

參見附圖3，下轉接碗3包括：下轉接碗3包括：依次連接的小口徑法蘭b31、碗體b32、大口徑法蘭b34；充油閥口33設置在碗體b32上，小口徑法蘭b31和大口徑法蘭b34上均設有一道端面密封結構。

參見附圖4、5、6，彈性皮囊管2包括：上端面法蘭21、可伸縮覆皮22、彈簧骨架23、下端面法蘭24，并且上端面法蘭21和下端面法蘭24上均設置有一道端面靜密封結構；可伸縮覆皮22為按波紋狀結構特殊設計的彈性元件，在受到彎曲時具有伸長22a和收縮22b兩種自適應變形狀態(tài)，其兩端分別與上端面法蘭21、下端面法蘭24硫化成一整體；彈簧骨架23的初始狀態(tài)呈自然伸長狀態(tài)，其內(nèi)嵌在可伸縮覆皮的內(nèi)表面以起到徑向支撐的作用，并且其彎曲剛度很小，能夠自適應彎曲載荷作用而不產(chǎn)生較大的反作用力。

參見附圖7、8、9，將該全海深自平衡式高壓密封裝置運用在機械腿關節(jié)：彈性皮囊管2的上端面法蘭21與上轉接碗1的大口徑法蘭a14之間通過第二端面靜密封j2進行連接，彈性皮囊管2的下端面法蘭24與下轉接碗3的大口徑法蘭b34之間通過第三端面靜密封j3進行連接，上轉接碗1、彈性皮囊管2、下轉接碗3三者之間組合后形成一個可包覆機械腿臂關節(jié)100的空腔200，通過下轉接碗3的充油閥口33可向空腔200的內(nèi)部充變壓器油300，并可通過上轉接碗1的排氣閥口13排空空腔200的內(nèi)部空氣。上轉接碗1的小口徑法蘭a11與機械腿臂關節(jié)100的上肢101之間通過第一端面靜密封j1進行連接，下轉接碗3的小口徑法蘭b31與機械腿臂關節(jié)100的下肢102之間通過端面靜密封j4進行連接。

本發(fā)明的工作過程為：空腔200內(nèi)部預先充滿具有一定壓力大小的變壓器油300，當外界海水壓力因水深變化而發(fā)生改變，使得外部海水壓力大于空腔200內(nèi)部變壓器油300的油壓時，可伸縮覆皮22發(fā)生彈性變形，將外部壓力傳遞給內(nèi)部變壓器油300，從而使可伸縮覆皮22的內(nèi)部壓力與外部海水壓力保持平衡；當海水深度繼續(xù)發(fā)生變化時，通過可伸縮覆皮22的彈性變形來自動平衡外部海水的壓力作用，保證可伸縮覆皮22的內(nèi)外壓差始終為0或略高于外部海水壓力，從而實現(xiàn)全海深自平衡式高壓密封。

綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。