技术领域
[0001] 本
发明涉及一种发电机前端组件及一种
旋转轴，具体涉及一种用于井下
旋转机械的发电机的前端组件及转轴。
背景技术
[0002]
现有技术中，常规的井下发电机用的动密封组件内藏于旋转轴与机壳组成的狭小空间内。该空间内，泥浆
流体为静流体，动密封组件高速转动所产的热量不能高效的导出，
密封件尤其是
橡胶密封件在该条件下老化快、寿命低。
[0003] 同时，由于动密封组件内藏于旋转轴与机壳组成的狭小空间为杯状结构，在井下含砂的
钻井液条件下，易积砂。积砂过多时，易造成旋转轴砂卡无法转动或者造成动密封组件密封失效。造成井下发电机系统失效，造成重大损失。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种发电机前端组件，以解决现有技术中的不足，它能够有效解决转轴与
动态密封组件之间的热量无法导出的问题，提高动密封组件的使用寿命，且能够有效解决砂卡问题。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种转轴，以解决现有技术中的不足，它能够有效提高
散热能
力，防止发电机内部空间热量过于集中，影响发电机使用寿命。
[0006] 本发明提供了一种发电机前端组件，包括，
[0007] 壳体；
[0009] 转轴，包括轴体，所述轴体可转动地安装在所述转轴支撑座内，所述轴体的一端安装有动态密封组件，所述动态密封组件通过支撑组件与所述转轴支撑座固定连接，所述轴体的外周壁与所述动态密封组件的内周壁之间形成有第一腔室；所述轴体与所述动态密封组件装配的一端安装有
叶轮转子，且该端沿轴向设有第一流道，所述轴体上还设有用于将所述壳体内腔与所述第一流道连通的第二流道，以及用于将所述第一腔室与所述第一流道连通的第三流道；
[0010] 循环叶轮，固定安装在所述轴体上，且与所述叶轮转子位于同一端。
[0011] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述第二流道的出液口与所述第一流道连通，所述第二流道的进液口位于所述轴体的外周壁上，且所述进液口位于所述叶轮转子与所述动态密封组件之间。
[0012] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述第二流道沿所述轴体的径向布置，与所述第一流道垂直，所述第二流道的进液口上设有防砂网。
[0013] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述第一流道靠近所述叶轮转子的一端为前端，另一端为尾端，所述第三流道的一端与所述尾端连通，所述第三流道的另一端向靠近所述叶轮转子的方向延伸，最终与所述第一腔室连通。
[0014] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述转轴支撑座包括支撑座安装部和转轴安装部，所述支撑座安装部的外径大于所述转轴安装部的外径，所述支撑座安装部上形成有液流通道，所述支撑座安装部的外周壁与所述壳体的内周壁相贴合，且二者固定连接；
[0015] 所述转轴安装部的内腔分为转轴安装腔和密封组件安装腔，所述转轴安装腔内安装有
滚动轴承，所述轴体远离所述叶轮转子的一端与所述
滚动轴承连接，所述动态密封组件通过所述支撑组件固定安装在所述密封组件安装腔内；
[0016] 所述转轴安装部靠近所述叶轮转子的一端形成有多个导液孔，所述导液孔沿所述转轴安装部的周向等间距布置。
[0017] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述动态密封组件包括驱动套、
弹簧垫、动密封转子和动密封
定子，所述驱动套套装在所述轴体上，且与所述轴体固定连接，所述动密封转子与所述驱动套插接配合，且所述驱动套相对于所述动密封转子在轴向上具有滑动
自由度，在周向上转动自由度为零；
[0018] 所述弹簧垫套装在所述驱动套内且与所述动密封转子抵接；
[0019] 所述动密封定子与所述动密封转子插接配合，所述动密封定子与所述支撑组件固定连接；
[0020] 所述动密封转子和所述动密封定子的内周壁与所述轴体的外周壁之间具有间隙，所述间隙为所述第一腔室。
[0021] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述支撑组件包括支撑座本体和定子固定座，所述支撑座本体固定安装在所述密封组件安装腔内，所述定子固定座与所述支撑座本体朝向所述叶轮转子的一端固定连接，所述动密封定子固定安装在所述定子固定座内。
[0022] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述定子固定座包括第一安装部分和第二安装部分，其中靠近所述叶轮转子的为第二安装部分，所述轴体上还设置有循环叶轮，所述循环叶轮位于所述第二安装部分内。
[0023] 一种转轴，包括轴体，所述轴体的一端沿轴向设有第一流道，所述轴体上还设有与所述第一流道连通的第二流道和第三流道；
[0024] 所述第二流道和所述第三流道中靠近所述第一流道进口端的为进口流道，另一个为出口流道。
[0025] 前述的发电机前端组件中，优选地，所述第二流道和所述第三流道的开口均位于所述轴体的外周壁上；
[0026] 所述第二流道沿所述轴体的径向布置，与所述第一流道垂直；所述第三流道倾斜布置，与所述第一流道之间具有夹
角；
[0027] 所述第二流道和/或所述第三流道的开口上设有防砂网。
[0028] 与现有技术相比，本发明提供了一种新型的发电机前端组件，该前端组件的转轴上设计了第一流道、第二流道和第三流道，通过这三个流道的设计可以使第一腔室内的泥浆流体与外界的泥浆流体循环沟通，大大提高了热交换效率，防止热量堆积在第一腔室内，从而保证动态密封组件的使用寿命，由于能够产生良好的循坏，也不会使第一腔室内卡入泥砂，有效防止砂卡问题的发生。
[0029] 此外，本发明还提供了一种转轴，该转轴的结构设计可应用于各类电机，通过转轴上设计的第一流道、第二流道和第三流道，可以有效地将转轴端部的热量疏散开，防止因端部热量堆积，造成端部结构
加速老化的问题，能够有效提高各类电机的使用寿命。
附图说明
[0030] 图1是本发明发电机前端组件的半剖视图；
[0031] 图2是轴体的轴测图；
[0032] 图3是轴体的半剖视图；
[0033] 图4是防砂网的轴测图；
[0034] 图5是发电机前端组件与叶轮定子组件、叶轮定子的半剖视图；
[0035] 图6是转轴支撑座的轴测图；
[0036] 图7是动态密封组件装配状态下的轴测图。
[0037] 附图标记说明：1-壳体，2-转轴支撑座，3-动态密封组件，4-轴体，5-液流通道，6-支撑组件，7-第一腔室，8-叶轮转子，9-第一流道，10-第二流道，11-第三流道，12-防砂网，13-支撑座安装部，14-转轴安装部，15-滚动轴承，16-驱动套，17-弹簧垫，18-动密封转子，
19-动密封定子，20-支撑座本体，21-定子固定座，22-循环叶轮，23-环形凹槽，24-通孔，27-叶轮定子组件，28-叶轮定子，30-卡爪，31-导向槽，32-导液孔。
具体实施方式
[0038] 下面通过参考附图描述的
实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0039] 本发明的实施例：如图1所示，一种发电机前端组件，包括壳体1，壳体1呈两端开口的圆筒状结构；
[0040] 转轴支撑座2，固定安装在壳体1内，二者优选采用螺钉固定连接且转轴支撑座2与壳体1的连接面上应设置
密封圈，以防止二者的
接触面锈蚀；
[0041] 转轴，包括轴体4，轴体4可转动地安装在转轴支撑座2内，轴体4的一端安装有动态密封组件3，动态密封组件3通过支撑组件6与转轴支撑座2固定连接，轴体4的外周壁与动态密封组件3的内周壁之间形成有第一腔室7；轴体4与动态密封组件3装配的一端安装有叶轮转子8，且轴体4的该端沿轴向设有第一流道9，轴体4上还设有用于将壳体1内腔与第一流道9连通的第二流道10，以及用于将第一腔室7与第一流道9连通的第三流道11。
[0042] 需要说明的是，本发明为发电机的前端组件，当流体从本发明装置流过时，带动叶轮转子8转动，叶轮转子8带着轴体4旋转，轴体4转动的同时驱动发电机的转子旋转进行发电。
[0043] 由于很多设备均需要使用发电机，在某些工况下条件，发电机的工作环境较为恶劣，例如钻井作业，当本发明被应用于钻具时，所述的流体则为泥浆，泥浆内含有大量砂石，现有技术中井下发电机的前端组件中，经常出现密封组件部位热量无法释放，密封组件快速老化、损坏，甚至出现砂卡现象。本发明通过在轴体4上靠近叶轮转子8的一端设置循环叶轮22，并在转轴的轴体4上设置第一流道9、第二流道10和第三流道11，使壳体1内腔--第二流道10--第一流道9--第三流道11--第一腔室7--壳体1内腔，形成一个有效地循环，使第一腔室7内的热量能够及时循环至壳体1内腔中，从而保证动态密封组件3的使用寿命。由于第一腔室7内的泥浆不断被排出，砂石无法进入该空间，也有效解决了砂卡问题，保证发电机的正常工作。
[0044] 在一种优选方案中，如图2和图3所述，第二流道10的出液口与第一流道9连通，第二流道10的进液口位于轴体4的外周壁上，且进液口位于叶轮转子8与动态密封组件3之间的区域。第二流道10沿轴体4的径向布置，与第一流道9垂直，第二流道10的进液口上设有防砂网12。
[0045] 将进液口设置在叶轮转子8与动态密封组件3之间的区域，可以使泥浆通过叶轮转子8后顺畅地进入第二流道10内，所述防砂网12可以防止大颗粒杂质进入第二流道10内，以免发生堵塞，第二流道10的数量可以为1个也可以为多个，本实施例优选设计为2个，2个第二流道10相对设置，即二者的轴线在同一条直线上，这种设计一方面便于加工制造，另一方面可以形成
对流，使泥浆能够很好地进入到第一流道9内。
[0046] 如图4所示，防砂网12优选圆环状结构，其上均布有通孔24，相应地，轴体4上具有用于安装防砂网12的环形凹槽23，防砂网12卡接在环形凹槽23内。需要说明的是，这种装配方式仅是一种优选方案，其它方案均在本发明的保护范围内，例如将防砂网12设计成圆形，使其
覆盖在第二流道10的开口处。
[0047] 进一步，第一流道9靠近叶轮转子8的一端为前端，另一端为尾端，第三流道11的一端与尾端连通，第三流道11的另一端向靠近叶轮转子8的方向延伸，最终与第一腔室7连通。
[0048] 为了提高循环效果，优选地，将第三流道11设计为直线型流道，其轴线与第一流道9的轴线夹角为30°-50°，优选40°，采用该角度范围可以使泥浆从第三流道11进入第一流道
9时具有向叶轮转子8的方向的冲击力，使循环效果更好。
[0049] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合一种完整的井下发电机装置对本发明做进一步的详细说明。
[0050] 完整的井下发电机装置还应包括
发电机组件、通讯线路组件和叶轮定子组件27，发电机组件与壳体1连接，发电机组件的发电机转子通过
齿轮与转轴相
啮合，请结合图5，叶轮定子组件27通过定子支撑装置固定安装在壳体1内，其中叶轮定子28靠近叶轮转子8设置，通讯线路组件固定安装在定子支撑装置上。发电机组件、通讯线路组件、叶轮定子组件27和定子支撑装置均采用现有技术方案即可，在此不再赘述它们的结构特征。
[0051] 需要说明的是，请结合图6，转轴支撑座2包括支撑座安装部13和转轴安装部14，二者为一体式结构，支撑座安装部13的外径大于转轴安装部14的外径，支撑座安装部13位于转轴安装部14外周壁的中部，支撑座安装部13上形成有液流通道5，供泥浆通过，支撑座安装部13的外周壁与壳体1的内周壁相贴合，支撑座安装部13的外周壁上设有多道密封圈，当支撑座安装部13安装到位后，通过螺钉将其与壳体1固定在一起。
[0052] 进一步，转轴安装部14的内腔分为转轴安装腔和密封组件安装腔，转轴安装腔内安装有滚动轴承15，轴体4远离叶轮转子8的一端与滚动轴承15连接，动态密封组件3通过支撑组件6固定安装在密封组件安装腔内。
[0053] 转轴安装部14靠近叶轮转子8的一端形成有多个导液孔32，导液孔32沿转轴安装部14的周向等间距布置，优选地，导液孔32倾斜布置，倾斜方向为朝向液流通道5的方向。导液孔32的设置可以使一部分泥浆从其中通过，直接进入液流通道5内，提高循环效果。
[0054] 如图7所示，动态密封组件3包括驱动套16、弹簧垫17、动密封转子18和动密封定子19，弹簧垫17套装在驱动套16内且与动密封转子18抵接；驱动套16套装在轴体4上，且通过螺钉与轴体4固定连接，动密封转子18与驱动套16插接配合，驱动套16与动密封转子18连接的一端具有卡爪30，动密封转子18的外周壁上沿轴向设有导向槽31，当动密封转子18与驱动套16装配在一起时，卡爪30卡入导向槽31内，使动密封转子18相对于驱动套16在轴向上具有滑动自由度，在周向上转动自由度为零，为了提高密封效果，动密封转子18的内壁上设有橡胶密封圈，该橡胶密封圈所在的
位置为第一腔室7的端部；
[0055] 动密封定子19与动密封转子18插接配合，动密封定子19与支撑组件6固定连接，且动密封定子19的外壁与支撑组件6的内壁之间设有橡胶密封圈；动密封转子18和动密封定子19的内周壁与轴体4的外周壁之间具有间隙，该间隙为第一腔室7。
[0056] 在轴体4高速旋转的状态下，驱动套16和动密封转子18跟随轴体4同步旋转，而动密封定子19则保持静止不动。
[0057] 如图5所示，支撑组件6包括支撑座本体20和定子固定座21，支撑座本体20固定安装在密封组件安装腔内，定子固定座21与支撑座本体20朝向叶轮转子8的一端固定连接，动密封定子19通过螺钉固定安装在定子固定座21内。支撑组件6的主要作用是用来固定动密封定子19。
[0058] 其中，定子固定座21包括第一安装部分和第二安装部分，其中靠近叶轮转子8的为第二安装部分，轴体4上还设置有循环叶轮22，循环叶轮22位于第二安装部分内。
[0059] 循环叶轮22的设置，是为了提高泥浆的循环速率，形成内抽外排的工作形式，循坏叶轮22能够有效将第一腔室7内的泥浆抽出，提高散热速率。
[0060] 正常工作时，泥浆通过防砂网12进入到第二流道10，再进入第一流道9，最终刚从第三流道11流入第一腔室7内，在循环叶轮22的作用下，第一腔体7内带有热量的泥浆被排出第一腔室7，进入壳体1内。
[0061] 下面介绍一种转轴，如图2-图4所示，该转轴包括轴体4，轴体4的一端沿轴向设有第一流道9，轴体4上还设有与第一流道9连通的第二流道10和第三流道11；第二流道10和第三流道11中靠近所述第一流道9进口端的为进口流道，另一个为出口流道。
[0062] 优选地，第二流道10和第三流道11的开口均位于轴体4的外周壁上；第二流道10沿轴体4的径向布置，与第一流道9垂直；第三流道11倾斜布置，与第一流道9之间具有夹角；第二流道10和/或第三流道11的开口上设有防砂网12。
[0063] 本实施例所述的转轴可应用于各类使用流体驱动的发电机，它能够有效解决动态密封组件部位的散热问题，提高使用寿命。
[0064] 以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或
修改为等同变化的等效实施例，仍未超出
说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
