一种新型双向防漏水下减速机的研发设计

吴宾辉，张远丽，郑上剑，周小飞，杜俊峰

（浙江恒齿传动股份有限公司，浙江 平阳 325409）

减速机是一种在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩作用的机械设备，在各个工业领域内的机械传动中应用极为广泛。然而，在很多时候减速机需要应用于水下，例如在污水处理行业中就广泛使用潜水推流器设备，该设备在水下工作，用来推动水介质流动，增加其在处理池中的流速，防止污泥沉降及提高污水处理效率，是污水处理厂的关键设备。而减速机是该类设备传动中的核心部件，设置在电机与叶轮之间，用来降低转速，增大扭矩，以满足污水处理工艺的要求。

对于水下使用的减速机，其密封性的好坏是一个非常关键的因素，它直接影响减速机的使用寿命，因而设计一种结构合理且密封性能良好的水下减速机是非常必要的。

1 设备特点

减速机输入端设有供电机转轴伸入的连接孔，输出端设置有输出轴；沿连接孔的径向环绕外壁设置有用于部分容置电机的凹槽，凹槽上设置有碳纤维密封垫；减速机的内部设置有储气囊，储气囊通过通气管连接于设置在水面上方的气泵；减速机壳体的外壁上设置有液位传感器和压力传感器。图1为双向防漏水下减速机结构和局部放大图。

图1 双向防漏水下减速机的结构示意图

输出防漏机构，包括设置于输出轴和减速机接触面上的双向磁力油封和设置在输出轴外部的防漏盒；防漏盒由内盒体和外盒体组成；内盒体与减速机壳体的连接端为敞开设置，另一端开设有供输出轴通过的第一通孔；第一通孔的内缘上设置有碳纤维密封圈；外盒体罩设在内盒体外部；外盒体通过嵌入开设在减速机壳体上的容置槽与减速机壳体连接，且外盒体与减速机的连接端设置为与容置槽适配连接边；外盒体上开设有供输出轴通过第二通孔；输出轴与第二通孔密封连接，且外盒体与输出轴随动。

防漏水下减速机中，外盒体呈半圆形罩体状设置；第二通孔开设在外盒体远离减速机本体的弧面中心；外盒体的外壁上间隔均匀地开设有若干条呈弧形弯曲的导流槽；多条导流槽均由第二通孔为始端，延伸至连接边。如图2所示。

图2 外盒体的结构图

防漏水下减速机中，内盒体罩设在双向磁力油封外部；减速机壳体与内盒体的连接处开设有连接槽，内盒体的边缘嵌入连接槽内；连接槽内设置有与气泵连接的气囊，气囊的表面上设置有密封层。

容置槽为横截面呈顶面具有豁口的半圆形设置；连接边设置为横截面呈圆形的柱形边；柱形边完全容置在容置槽内，且与容置槽的内壁完全贴合。

控制器设置于水面上，并与电机、气泵、液位传感器和压力传感器分别连接；控制器根据液位传感器和压力传感器获取的数据控制气泵的开启与关闭，以通过调整储气囊的大小来实现平衡减速机壳体内外的压力差。

防漏水下减速机中还包括：设置在减速机壳体外壁上的流量传感器。流量传感器连接于控制器。

数据库与控制器相连接；数据库内存储有输出轴相应于水流数据的转速数据；水流数据包括：水压、流速和水深；控制器根据液位传感器、压力传感器和流量传感器获取的数据在数据库内调取与获取的数据最接近的水流数据，并根据调取的水流数据调整电机的转速，进而实现根据水流数据调整输出轴转速的目的。

减速机输出轴相应于水流数据的转速数据通过不断记录并总结以往使用的减速机本体的输出轴转速与水流数据间的关系得到。

减速机中位于内盒体内的输出轴上设置有磁铁；环绕内盒体的内壁设置有线圈，控制器内设置有脉冲计数器，控制器按照预定周期控制脉冲计数器计数，通过计算得到输出轴的实际转速，而后根据实际转速和当前水流数据判定数据库内保存的相应的水流数据对应的输出轴转速是否与实际转速匹配；按照数据库内保存的转速数据控制电机转速；否则根据实际转速调整数据库内保存的相应的输出轴转速。控制器通过无线通讯模块同时控制多个减速机壳体。

2 防水措施的实施

减速机壳体1，其输入端开设有供电机2的转轴3伸入的连接孔，输出端设置有输出轴4；沿连接孔的径向环绕连接孔的外壁设置有用于部分容置电机2的凹槽5，凹槽5上设置有碳纤维密封垫6；减速机壳体1的内部设置有储气囊7，储气囊7通过通气管连接于设置在水面上方的气泵；减速机壳体1的外壁上设置有液位传感器和压力传感器；输出防漏机构，其包括设置于输出轴4和减速机壳体1接触面上的双向磁力油封8，和设置在输出轴4外部的防漏盒；防漏盒由内盒体9和外盒体10组成；内盒体9与减速机壳体1的连接端为敞开设置，另一端开设有供输出轴4通过的第一通孔；第一通孔的内缘上设置有碳纤维密封圈；外盒体10罩设在内盒体9外部；外盒体10通过嵌入开设在减速机壳体1上的容置槽11与减速机壳体1连接，且外盒体10与减速机壳体1的连接端设置为与容置槽11适配的连接边12；外盒体10上开设有供输出轴4通过的第二通孔13；输出轴4与第二通孔13密封连接，且外盒体10与输出轴4同步转动。

控制器设置于水面之外，并与电机2、气泵、液位传感器和压力传感器分别连接；控制器根据由液位传感器和压力传感器获取的数据控制气泵的开启与关闭，以通过调整储气囊7的大小实现平衡减速机壳体1内外的压力差。

在上述方案中，双向防漏水下减速机的使用过程具体为：将电机的转轴插入减速机壳体输入端的连接孔内，然后通过螺栓和螺母将电机和减速机壳体紧密连接，在电机和减速机壳体逐渐靠近的过程中，电机的前端逐步进入凹槽内，并在螺栓和螺母旋紧后，使得电机的前端紧贴碳纤维密封垫，进而实现通过电机前端和减速机壳体的密封连接，避免了减速机在水下工作时，水流由连接孔进入减速机壳体内部；而后将减速机壳体的输出轴与负载连接、通气管和水泵连接；开启控制器，控制器由液位传感器和压力传感器获取检测数据，根据检测数据控制气泵的开闭，进而调整减速机壳体内部的储气囊的大小，即平衡了减速机壳体内外的压力差，以保证减速机的正常工作。

通过在减速机壳体的输入端设置用于部分容置电机的凹槽，并在凹槽内设置了碳纤维密封垫，使得电机和减速机壳体连接紧密，水流不会由减速机壳体的输入端进入减速机壳体内部；通过在减速机壳体的输出端设置减速机壳体与输出轴连接的双向磁力油封，初步保证了减速机壳体输出端的密封性，而后在双向磁力油封外部还设置了防漏盒，通过防漏盒的设置进一步提高了减速机壳体的密封性，进而实现了对减速机的双向防漏，有效提高了水下减速机的密封性，进而减少了水流进入减速机壳体内部的几率，既降低了减速机因进水造成的损坏，又提高了水下减速机的使用寿命。

减速机设有防漏盒，该盒由内盒体和外盒体组成，而内盒体与减速机壳体固定连接，外盒体随输出轴转动，使得外盒体相对于内盒体与输出轴处密封更加牢固，而内盒体相对于外盒体与减速机壳体间的连接密封性更好，使得内盒体和外盒体相对互补，辅助对于减速机壳体的密封，延长了减速机的使用寿命，且双层的盒体结构还提高了对输出轴的支撑作用，提高了输出轴的耐用性。

通过减速机壳体外部的液位传感器、压力传感器的设置，以及控制器、气泵和储气囊的设置，实现了减速机能够根据所在的水面下方深度以及承受的水压而通过储气囊的充放气自动调整减速机壳体所承受的压力，即有效地平衡了减速机壳体的内外压力差，从而减少了因内外压差过大造成的减速机易损坏、且工作压力大的弊端。

减速机应用在污水处理过程中，随着水流中杂质的多少，污水的浓度不同，而如果电机转速固定，则在污水浓度高时，因为污水的阻力变大，使得减速机输出轴的转速也会受到影响，进而使得输出轴的转速变慢，达不到要求的搅拌速率，进而对于污水的搅拌的效果下降，而在污水浓度低时，因为污水的阻力变小，输出轴的转速又会高于搅拌速率的要求，造成能源浪费，因而，通过流量传感器、压力传感器以及液位传感器的检测数据，能够分析得到污水的浓度，然后借由控制器控制电机按照水流数据调整转速，使得搅拌速率能够时刻满足搅拌要求，还能避免能源的浪费。

3 结语

双向防漏水下减速机通过在减速机壳体的输入端设置用于部分容置电机的凹槽，并在凹槽内设置了碳纤维密封垫，使得电机和减速机壳体连接紧密，水流不会由减速机壳体的输入端进入减速机壳体内部；通过在减速机的输出端设置减速机壳体与输出轴连接的双向磁力油封，初步保证了减速机壳体输出端的密封性，而后在双向磁力油封外部还设置了防漏盒，通过防漏盒的设置进一步提高了减速机壳体的密封性，进而实现了对减速机的双向防漏，有效提高了水下减速机的密封性，进而减少了水流进入减速机壳体内部的几率，即降低了减速机因进水造成的损坏，提高了水下减速机的使用寿命。

减速机防漏盒由内盒体和外盒体组成，而内盒体与减速机壳体固定连接，外盒体随输出轴转动，双层的盒体结构不仅提高了对输出轴的支撑作用，提高了输出轴的耐用性，同时也辅助减速机壳体的密封，延长了减速机的使用寿命。

通过减速机壳体外部的液位传感器、压力传感器的设置，以及控制器、气泵和储气囊的设置，实现了减速机能够根据所在的水面下方深度以及承受的水压而通过储气囊的充放气自动调整减速机壳体所承受的压力，即有效地平衡了减速机壳体的内外压力差，从而减少了因内外压差过大造成的减速机易损坏、工作压力大的弊端。