CN103835862A - 一种水下密封系统、应用其的潮汐能发电机组及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下密封系统、应用其的潮汐能发电机组及应用方法，所述水下密封系统用于水下非转动件与转动件之间的密封连接，包括套装于转动件上的旋转密封件及密封体，所述密封体在旋转密封件的两侧形成压力不同的腔体，除靠近非转动件侧的腔体以外的其余腔体均为水腔，所述旋转密封件通过其两侧腔体之间的压差加强与转动件之间的密封连接。本发明的水下密封系统安全可靠、不易磨损、使用寿命长，密封性能好。应用该系统的潮汐能发电机组能够长期有效的对海水下潮汐能发电机组主轴和机舱进行密封。此外，密封状态可通过压力传感器传送至海面上的监控中心，可实时监控水下机组的密封情况，实现提前预警和及时维护。

Description

一种水下密封系统、应用其的潮汐能发电机组及应用方法

技术领域

本发明涉及密封技术领域，特别是涉及一种水下密封系统、应用其的潮汐能发电机组及应用方法。

背景技术

随着海洋开发活动的深入，潮汐能发电技术得到广泛应用。其中，潮汐能发电机组的密封是需要解决的关键性问题，尤其是潮汐能发电机组的旋转轴与机舱间的动密封，其性能的好坏直接影响到潮汐能发电机组能否正常工作，甚至直接影响到机组的安全和寿命。

目前，潮汐能发电机组一般布置在海平面下20米至30米的水深，而机组主轴与机舱间的动密封方式多采用机械式密封结构，它利用弹簧补充弹力，平衡海水的压力，将密封件紧紧的固定在内密封环的凹槽端面上，防止密封件有轴向位移，以此来确保密封结构的密封效果，但此种密封结构有如下缺点：（1）磨损快，密封圈的使用寿命低；（2）密封圈的两侧介质分别是海水和润滑油，海水很容易稀释密封圈唇口处形成的润滑油膜，造成密封圈干摩擦，导致密封性能变差；（3）此种密封结构无法提供状态监测，不能实时获知潮汐能发电机组主轴密封是否完好。

由此可见，上述现有的潮汐能发电机组主轴与机舱密封方式上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种密封性能好的水下密封系统，从而克服现有的机械式密封结构密封性能变差的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下密封系统，用于水下非转动件与转动件之间的密封连接，所述密封系统包括套装于转动件上的旋转密封件及密封体，所述密封体在旋转密封件的两侧形成压力不同的腔体，除靠近非转动件侧的腔体以外的其余腔体均为水腔，所述旋转密封件通过其两侧腔体之间的压差加强与转动件之间的密封连接。

进一步地，所述旋转密封件沿转动件径向的截面呈C形，所述C形的开口朝向压力较大的腔体。

进一步地，所述密封体内设置有将所述水腔与对应的补水水箱连通的水道。

进一步地，所述密封体由多个套装于转动件上互相连接的密封环组成，所述密封环相互连接并配合形成所述水腔。

进一步地，所述每个密封环内设有用于与所述水腔对应的补水水箱连通的水道。

进一步地，所述水道在密封环外环面上具有排气口。

进一步地，所述密封环之间还设有套装在转动件上的静密封垫，所述静密封垫安放在密封环端面上的凹槽内并经过所述水道在端面上的开口，所述静密封垫上在所述开口的对应位置也开有孔。

进一步地，所述腔体内设有压力传感器。

本发明的第二个目的是提供一种应用上述水下密封系统的潮汐能发电机组，使得机舱及主轴之间具有长期有效的密封性能。采用如下技术方案：

一种潮汐能发电机组，包括机舱及主轴，所述机舱及主轴之间采用上述的水下密封系统进行密封。

进一步地，所述主轴上套装有轴套，轴套内壁开有环形凹槽，凹槽内安放有套装于主轴上的密封环。

进一步地，所述密封系统包括5个旋转密封件以及由6个相互连接的密封环组成的密封体，距机舱由近及远依次为第一密封环、第一旋转密封件、第二密封环、第二旋转密封件、第三密封环、第三旋转密封件、第四密封环、第四旋转密封件、第五密封环、第五旋转密封件、第六密封环，所述水腔距机舱由近及远依次为第一至第五水腔。

进一步地，所述发电机组还包括轴套、轴承、轴承座、衬套，轴套套装在主轴上，轴承套装在主轴上，轴承座套装在轴承上，衬套安装在轴承座上，所述第一密封环与衬套连接，所述第一旋转密封件靠近机舱侧的腔体为油腔，所述油腔由所述轴套、轴承及第一密封环配合围成。

进一步地，所述第六密封环的远离机舱侧还连接有第六旋转密封件，所述第六旋转密封件一侧为第五水腔，另一侧为外界海水，所述第五水腔的压力小于外界海水的压力。

进一步地，所述第六旋转密封件靠近海水的一侧还设有防异物挡板。

本发明的第三个目的是提供一种在所述的潮汐能发电机组上安装水下密封系统的方法。采用如下技术方案：

一种在上述的潮汐能发电机组上安装水下密封系统的方法，包括以下步骤：A.在所述发电机组的主轴上套装轴套；B.将下述部件依次套在轴套上：第六密封环、第五旋转密封件、第五密封环、第四旋转密封件、第四密封环、第三旋转密封件、第三密封环、第二旋转密封件、第二密封环、第一旋转密封件、第一密封环；C.将轴承套装在主轴上，再将轴承座套装在轴承上，把衬套安装在轴承座上；D.将第一密封环同心安装在衬套上，将第一旋转密封件同心安装在第一密封环上，再将第二密封环同心安装在第一密封环上，依法顺次安装第二旋转密封件、第三密封环、第三旋转密封件、第四密封环、第四旋转密封件、第五密封环、第五旋转密封件、第六密封环；E.通过锁紧螺栓将各密封环及各旋转密封件固定。

进一步地，所述步骤A中轴套内壁开有环形凹槽，凹槽内安放密封圈，所述轴套连同密封圈一起套装到发电机组的主轴上。

进一步地，所述步骤B中，相邻的密封环之间还套有静密封垫，所述步骤D中安装好每个旋转密封件后安装所述静密封垫。

进一步地，所述步骤B中在第六密封环之前、轴套上还依次套有防异物挡板及第六旋转密封件；所述步骤D中安装好第六密封环后再顺次安装第六旋转密封件及防异物挡板，使得第六旋转密封件一侧为第五水腔，另一侧连接防异物挡板并与海水连通；所述步骤E为：通过锁紧螺栓，将防异物挡板、各密封环及各旋转密封件固定。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

（1）本发明的水下密封系统提供了一种安全可靠的水下小转动件与非转动件间的密封方式，通过旋转密封件两侧保持合适的压力差，能够增强旋转密封件的密封唇与转动件的接触力，保证密封性能。此种密封方式能够长期有效的对海水下潮汐能发电机组主轴和机舱进行密封。

（2）根据具体情况，旋转密封件可以设置多个，即本发明采用多级唇式密封，模块化设计，保证各旋转密封件两侧的压力为理想值，保证密封效果。

（3）水腔内可设压力传感器，可随时监测各循环系统的状态，及时进行压力补给，此外，压力传感器还可将系统中的压力数据传到海平面上的监控中心，以及时判断水下机组的密封情况，实现故障预警，指导维护人员及时对潮汐能发电机组进行维修，避免由于密封失效导致的破坏性事故。

（4）两侧采用水腔的旋转密封件，在其密封唇与轴套间形成良好的水膜，增加了密封性能，延长了旋转密封件的使用寿命，使得该密封系统的维护寿命可达5年或更久。

（5）旋转密封件的密封唇与轴套间的密封处产生的热量可通过水循环系统及时带走，不会发生温度过高软化旋转密封件而导致泄漏的情况。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的水下密封系统的轴向剖视图。

图2是本发明的水下密封系统的水循环系统示意图。

图3是各水腔水压控制示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种水下密封系统，用于水下非转动件与转动件之间的密封连接，将此种密封方式应用于海水下潮汐能发电机组，能够长期有效的对主轴和机舱进行密封。

请参阅图1所示，主轴作为水下的转动部件，其上套有轴套1，轴套1的端部通过螺栓固定在主轴上。为加强密封性能，轴套1的内壁上开有多处环形凹槽，凹槽内安装有“O”型密封圈10。本发明的水下密封系统包括套装在轴套1上的旋转密封件及密封体，密封体在旋转密封件的两侧形成压力不同的腔体，除靠近非转动件侧的腔体以外的其余腔体均为水腔，旋转密封件通过两侧腔体之间的压差加强与轴套1之间的密封连接。

其中，密封体可以设置为由多个套装于轴套1上相互连接的密封环组成，所述密封环相互连接并配合形成所述水腔。密封环近轴套1的端面上开有安装旋转密封件的凹槽，旋转密封件沿主轴径向的截面呈C形，所述C形的开口朝向压力较大的腔体。

在每个密封环内设有水道，各水腔通过所述水道与对应的补水水箱连接。所述水道包括径向水道及轴向水道，其中，径向水道在密封环外环面上具有排气口11。此外，为进一步加强密封性能，在密封环之间，尤其是靠近机舱侧的密封环之间，可进一步设有静密封垫12，静密封垫12可通过在密封环的端面上设置环形凹槽安放，此外，如果此处静密封垫12的环面经过轴向水道在密封环端面上的开口处，则在所述静密封垫12上的对应位置也应开有孔。

根据以上设置，可形成图1中所示的如下布局：距机舱由近及远依次为第一密封环2、第一旋转密封件3-1、第二密封环4、第二旋转密封件3-2、第三密封环5、第三旋转密封件3-3、第四密封环6、第四旋转密封件3-4、第五密封环7、第五旋转密封件3-5、第六密封环8。对应的，所述水腔距机舱由近及远依次为第一至第五水腔。

此外，在第四密封环6的远离机舱侧还连接有第六旋转密封件3-6，该第六旋转密封件3-6一侧连通第五水腔，另一侧连通外界海水。为防止海水中的异物产生干扰，在第六旋转密封件3-6的连通海水侧还设有防异物挡板10。此处的防异物挡板9可以采用与上述密封环同材质的环形件的形式套装在轴套1上，该环形件一方面通过锁紧螺栓9-2将第六旋转密封件3-6压紧在第六密封环8上的凹槽内，另一方面在第六旋转密封件3-6的C形开口外侧形成隔挡9-2，在阻拦海水中异物的同时不妨碍海水进入，使得第六旋转密封件3-6的C形开口侧充满比背侧的第五水腔压力大的海水。

请参阅图2所示，各水腔通过密封环内设置的径向水道和轴向水道与外部的补水水箱13连通，形成一套完整的水循环系统。请配合参阅图1，图中可见第二至第六密封环内设置的径向水道分别为：水道4-1、水道5-1、水道6-1、水道7-1及水道8-1，上述每个径向水道与各自密封环内的水腔连通，第一密封环2内设置径向水道2-1，该径向水道2-1一侧与第二密封环4内的径向水道4-1连通，另一侧与外部的补水水箱13连通。该水循环系统为反馈系统，系统中设有压力传感器，当系统的压力小于预设值时，系统可通过补水马达14自动启动补充压力，保证密封性能。

此外，压力传感器还可将系统中的压力数据传到海平面上的监控中心，可随时监测系统状态，实现故障预警，指导维护人员及时对潮汐能发电机组进行维修，避免由于密封失效导致破坏性事故。

请配合参阅图1、图2所示，在潮汐能发电机组上安装本发明的水下密封系统时，可按照如下步骤进行：

（1）先将轴套1和“O”型密封圈10同轴套入发电机组的主轴上，然后用锁紧螺栓1-1将轴套1紧固在主轴上。

（2）按照下述部件依次套在轴套1上：第六密封环8、第五旋转密封件3-5、第五密封环7、第四旋转密封件3-4、第四密封环6、第三旋转密封件3-3、静密封垫12、第三密封环5、第二旋转密封件3-2、静密封垫12、第二密封环4、第一旋转密封件3-1、静密封垫12、第一密封环2。

（3）按第一密封环2、静密封垫12、第一旋转密封件3-1的顺序将此3部件同心套在主轴上，并通过锁紧螺栓2-2将第一密封环2固定在轴承座上，安装时要保证第一旋转密封件3-1的“C”口背对第一密封环2。

（4）将第二密封环4、静密封垫12和第二旋转密封件3-2同轴安装，保证第二旋转密封件3-2的“C”口正对着第二密封环4。

（5）将第三密封环5、静密封垫12和第三旋转密封件3-3同轴安装，保证第三旋转密封件3-3的“C”口正对着第三密封环5。

（6）将第四密封环6和第四旋转密封件3-4同轴安装，保证第四旋转密封件3-4的“C”口背对着第四密封环6。

（7）将第五密封环7和第五旋转密封件3-5同轴安装，保证第五旋转密封件3-5的“C”口背对着第五密封环7。

（8）将第六密封环8和第六旋转密封件3-6同轴安装，保证第六旋转密封件3-6的“C”口背对着第六密封环8。

（9）将防异物挡板9同轴安装，压紧并压平第六旋转密封件3-6，用锁紧螺栓9-1将防异物挡板9固定到第六密封环8上。

（10）将水循环系统按照图2所示进行连接。

请进一步配合图3所示，应用上述水下密封系统的潮汐能发电机组在下水前要进行调试，调试时要保证以下数据的实现：

①通过本发明的水下密封系统的结构特点和水循环系统，能够将不同旋转密封件两侧腔体形成合适的压力差，保证密封性能。例如，设置第一、第二和第三水腔通过密封环内的水道互相连通，第四和第五水腔互相连通，相互连通的水腔间设有不同压力的溢流阀，通过阀体间相互作用实现如图3中所示相邻水腔的压力差。②通过水循环系统的压力控制和旋转密封件的布置特点，能够保证上述设置的旋转密封件的“C”口总是对着压力较大的一侧，较大的压力能够保证旋转密封件的“C”口扩张，增大密封唇口与轴套的接触应力，保证密封性能。

本发明的水下密封系统工作时，在补水水箱13中加入水，调节水循环系统的各种阀体，开启补水马达14，通过本发明的密封结构和水循环系统，保证各旋转密封件两侧的腔体具有合适的压力差，实现密封性能优良的多级密封。同时，在各级密封内有压力传感器，能够监测各级密封的工作情况，当有海水泄漏发生时，能够及时发出报警信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种水下密封系统，用于水下非转动件与转动件之间的密封连接，其特征在于，所述密封系统包括套装于转动件上的旋转密封件及密封体，所述密封体在旋转密封件的两侧形成压力不同的腔体，除靠近非转动件侧的腔体以外的其余腔体均为水腔，所述旋转密封件通过其两侧腔体之间的压差加强与转动件之间的密封连接。

2.根据权利要求1所述的水下密封系统，其特征在于，所述旋转密封件沿转动件径向的截面呈C形，所述C形的开口朝向压力较大的腔体。

3.根据权利要求1所述的水下密封系统，其特征在于，所述密封体内设置有将所述水腔与对应的补水水箱连通的水道。

4.根据权利要求1所述的水下密封系统，其特征在于，所述密封体由多个套装于转动件上互相连接的密封环组成，所述密封环相互连接并配合形成所述水腔。

5.根据权利要求4所述的水下密封系统，其特征在于，所述每个密封环内设有用于与所述水腔对应的补水水箱连通的水道。

6.根据权利要求5所述的水下密封系统，其特征在于，所述水道在密封环外环面上具有排气口。

7.根据权利要求5所述的水下密封系统，其特征在于，所述密封环之间还设有套装在转动件上的静密封垫，所述静密封垫安放在密封环端面上的凹槽内并经过所述水道在端面上的开口，所述静密封垫上在所述开口的对应位置也开有孔。

8.根据权利要求1所述的水下密封系统，其特征在于，所述腔体内设有压力传感器。

9.一种潮汐能发电机组，包括机舱及主轴，其特征在于，所述机舱及主轴之间采用权利要求1-8任一项所述的水下密封系统进行密封。

10.根据权利要求9所述的潮汐能发电机组，其特征在于，所述主轴上套装有轴套，轴套内壁开有环形凹槽，凹槽内安放有套装于主轴上的密封环。

11.根据权利要求9所述的潮汐能发电机组，其特征在于，所述密封系统包括5个旋转密封件以及由6个相互连接的密封环组成的密封体，距机舱由近及远依次为第一密封环、第一旋转密封件、第二密封环、第二旋转密封件、第三密封环、第三旋转密封件、第四密封环、第四旋转密封件、第五密封环、第五旋转密封件、第六密封环，所述水腔距机舱由近及远依次为第一至第五水腔。

12.根据权利要求11所述的潮汐能发电机组，其特征在于，所述发电机组还包括轴套、轴承、轴承座、衬套，轴套套装在主轴上，轴承套装在主轴上，轴承座套装在轴承上，衬套安装在轴承座上，所述第一密封环与衬套连接，所述第一旋转密封件靠近机舱侧的腔体为油腔，所述油腔由所述轴套、轴承及第一密封环配合围成。

13.根据权利要求11所述的潮汐能发电机组，其特征在于，所述第六密封环的远离机舱侧还连接有第六旋转密封件，所述第六旋转密封件一侧为第五水腔，另一侧为外界海水，所述第五水腔的压力小于外界海水的压力。

14.根据权利要求13所述的潮汐能发电机组，其特征在于，所述第六旋转密封件靠近海水的一侧还设有防异物挡板。

15.一种在权利要求12所述的潮汐能发电机组上安装水下密封系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.在所述发电机组的主轴上套装轴套；

B.将下述部件依次套在轴套上：第六密封环、第五旋转密封件、第五密封环、第四旋转密封件、第四密封环、第三旋转密封件、第三密封环、第二旋转密封件、第二密封环、第一旋转密封件、第一密封环；

C.将轴承套装在主轴上，再将轴承座套装在轴承上，把衬套安装在轴承座上；

D.将第一密封环同心安装在衬套上，将第一旋转密封件同心安装在第一密封环上，再将第二密封环同心安装在第一密封环上，依法顺次安装第二旋转密封件、第三密封环、第三旋转密封件、第四密封环、第四旋转密封件、第五密封环、第五旋转密封件、第六密封环；

E.通过锁紧螺栓将各密封环及各旋转密封件固定。

16.根据权利要求15所述的安装水下密封系统的方法，其特征在于，所述步骤A中轴套内壁开有环形凹槽，凹槽内安放密封圈，所述轴套连同密封圈一起套装到发电机组的主轴上。

17.根据权利要求15所述的安装水下密封系统的方法，其特征在于，所述步骤B中，相邻的密封环之间还套有静密封垫，所述步骤D中安装好每个旋转密封件后安装所述静密封垫。

18.根据权利要求17所述的在潮汐能发电机组上安装水下密封系统的方法，其特征在于，所述步骤B中在第六密封环之前、轴套上还依次套有防异物挡板及第六旋转密封件；所述步骤D中安装好第六密封环后再顺次安装第六旋转密封件及防异物挡板，使得第六旋转密封件一侧为第五水腔，另一侧连接防异物挡板并与海水连通；所述步骤E为：通过锁紧螺栓，将防异物挡板、各密封环及各旋转密封件固定。

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