[发明专利]具有全海深自平衡式高压密封装置的机械腿臂关节

说明书

本发明属于深海密封技术领域，特别涉及一种具有全海深高压密封装置的机械腿臂关节。一种具有全海深自平衡式高压密封装置的机械腿臂关节，它包括：由铰接的上肢与下肢组成的机械腿臂关节以及由上转接碗、弹性皮囊管、下转接碗组成的全海深自平衡式高压密封装置；弹性皮囊管通过端面静密封结构分别连接上转接碗、下转接碗；上转接碗与上肢之间通过端面静密封结构进行连接，下转接碗与下肢之间通过端面静密封结构进行连接；上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗三者之间组合后形成一个空腔，空腔通过充油阀口注入变压器油，通过排气阀口排出内部空气。本发明能够根据关节运动角度变化来产生相应的伸长和收缩变化，并保证机械腿臂关节不受海水腐蚀和污染。

技术领域

本发明属于深海密封技术领域，特别涉及一种具有全海深高压密封装置的机械腿臂关节。

背景技术

深海蕴藏有丰富的海底资源，潜水器是实现深海开发利用的重要海洋工程装备。为实现精确稳定的海底勘探和采样作业等，需要潜水器配备机械腿或机械手去近距离精确获取。由于潜水器水下爬行姿态调整、机械手水下作业等都需要通过机械腿臂关节的运动来实现，因此保证机械腿臂关节在深海高压环境下可靠的密封性能是潜水器正常工作的基础。

目前，对机械腿臂关节的密封分为静密封和动密封。静密封技术相对成熟且较为容易解决，关键在于解决动密封。常用的动密封方式有承压型动密封和压力补偿型动密封。在大深度海水环境下，机械腿臂关节需要承受很高的外压，这就要求机械腿臂关节的输出轴与关节壳体之间的连接处有可靠的动密封。采用承压型动密封会大大增加基体的重量，且不能保证完全不泄露。而压力补偿型动密封是通过压力补偿来实现内外均压，虽能减轻基体的重量，但由于在需要动密封的位置必然存在有间隙以保证相对运动，而间隙的存在也一定会降低密封的可靠性。此外，这两种动密封方式也难以解决潜水器机械腿臂关节的防腐、防污问题，从而导致机械腿臂关节的维护保养成本较高，并在工作过程中存在有因关节“卡滞”而导致水下作业任务失败的风险。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有动密封技术在不同海深的高压环境下使用存在的不足，提供一种具有全海深自平衡式高压密封装置的机械腿臂关节。

本发明的技术方案是：一种具有全海深自平衡式高压密封装置的机械腿臂关节，它包括：机械腿臂关节以及全海深自平衡式高压密封装置；

机械腿臂关节由铰接的上肢与下肢组成；

全海深自平衡式高压密封装置包括：上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗；

上转接碗设有排气阀口；

弹性皮囊管包括：上端面法兰、可伸缩覆皮、弹簧骨架以及下端面法兰；可伸缩覆皮是截面为波纹状结构的弹性元件，其两端分别与上端面法兰、下端面法兰硫化成一整体；弹簧骨架内嵌在可伸缩覆皮的内表面起径向支撑的作用，其在初始状态呈自然伸长状态；

下转接碗设有充油阀口；

弹性皮囊管通过其上端面法兰、下端面法兰上设置的端面静密封结构分别连接上转接碗、下转接碗；上转接碗与上肢之间通过端面静密封结构进行连接，下转接碗与下肢之间通过端面静密封结构进行连接；上转接碗、弹性皮囊管以及下转接碗三者之间组合后形成一个空腔，空腔通过充油阀口注入变压器油，通过排气阀口排出内部空气。

工作过程为：空腔内部预先充满具有一定压力大小的变压器油，当外界海水压力因水深变化而发生改变，使得外部海水压力大于空腔内部的变压器油的油压时，可伸缩覆皮发生弹性变形，将外部压力传递给内部变压器油，从而使可伸缩覆皮的内部压力与外部海水压力保持平衡；当海水深度继续发生变化时，通过可伸缩覆皮的弹性变形来自动平衡外部海水的压力作用，保证可伸缩覆皮的内外压差始终为0或略高于外部海水压力，从而实现全海深自平衡式高压密封。