CN104343473B - 一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，包括：设置在旋转轴上的第一密封环，其为碳环密封，作为第一级密封用以密封阻挡透平在轴端产生的有机工质的泄露；设置在旋转轴上并与第一密封环在轴向间隔一定距离的第二密封环，其为迷宫密封，作为第二级密封以密封阻挡透平在轴端泄露的有机工质的进一步泄露；以及机壳，其为中间开设有凹槽的壳体，该壳体两支撑端分别与第一密封环和第二密封环密封连接固定，使得该壳体的中间凹槽与两密封环之间形成密闭空间，以作为集气室，用于汇集由透平在轴端经第一级密封后仍然泄露的有机工质气体并便于集中排出。本发明装置结构简单，维护方便，同时不需要外界气源，避免了外气对机内工质气体的污染。

Description

一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置
技术领域
本发明涉及向心透平技术领域，具体涉及一种用于向心透平的轴端密封装置，适用于工质气体为特殊气体且转速较高的向心透平的轴端密封。
背景技术
随着环境污染问题、能源短缺问题的不断加剧，太阳能、地热能、生物质能及工业余热等中低温热源在我国能源体系中受到广泛关注。由于有机工质低沸点的热物性，有机朗肯循环在中低温热源热功转化过程中具有循环效率高、系统结构简单等优势。有机工质向心透平作为有机朗肯循环发电系统中实现热功转化的一类重要原动机，其运行的安全可靠性受到广泛重视。
有机工质向心透平由于高转速的工作条件和工质气体的特殊性，对轴端密封提出了更高的要求。现有的轴端密封装置需要外接气源，装置结构复杂、造价昂贵，维护费用较高，同时外接气源会向机内漏气污染工质，且很难达到零泄漏的效果。由于轴端密封装置的泄漏问题，也使得对有机工质气体的选择产生了较大的限制，易燃易爆、毒性较大的有机工质一般不被选作向心透平工质，但这些工质可能恰恰具有较高的循环效率。
发明内容
为克服现有轴端密封装置的不足，本发明提供一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，该轴端密封装置能彻底解决有机工质向心透平的工质从轴端泄漏的问题，对泄漏的有机工质气体进行收集处理，同时避免外接气源对工质气体的污染，而且结构简单，造价低廉，系统维护方便。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，设置在透平旋转轴上以实现对透平轴的密封，其特征在于，该轴端密封装置包括：
设置在旋转轴上的第一密封环，其为碳环密封，作为第一级密封用以密封阻挡所述透平在轴端产生的有机工质泄露；
设置在旋转轴上并与该第一密封环在轴向间隔一定距离的第二密封环，其为迷宫密封，作为第二级密封以密封阻挡所述透平在轴端泄露的有机工质的进一步泄露；
以及机壳，其为中间开设有凹槽的壳体，该壳体两支撑端分别与所述第一密封环和第二密封环密封连接固定，使得该壳体的中间凹槽与两密封环之间形成密闭空间，以作为集气室，用于汇集由所述透平在轴端经第一级密封后仍然泄露的有机工质气体并便于集中排出。
作为本发明的改进，该轴端密封装置还包括固定设置在所述第二级密封外侧的旋转轴上并可随之同步旋转的风扇叶轮，用于在旋转过程中产生气流以阻止有机工质气体从迷宫密封的泄漏。
作为本发明的改进，所述集气室设置有与外界相通的排气管，用于该集气室中的有机工质集中排出及收集，并避免空气漏入机内污染工质气体。
作为本发明的改进，所述风扇叶轮包括套装在输出旋转轴上的轮毂环和连接在其周向上的叶轮叶片。
本发明中的密封装置由密封组件和漏气收集装置组成，在机壳内输出轴依次通过碳环密封、集气室、迷宫密封和风扇叶轮。碳环密封后接一个集气室，集气室四周分布有四根排气管，集气室后接有迷宫密封，迷宫密封后的输出轴上套装有风扇叶轮，风扇叶轮与转轴固定连接，所述四根排气管后连接废气过滤装置，所述排气管出口压力为环境压力。
本发明中，风扇叶轮套装在转轴上，随轴一起转动。叶轮由叶片和轮毂环组成，叶根和轮毂环直接连接，轮毂环与轴采用键连接或者将轮毂环热套在轴上，叶轮结构强度要能适应于轴的转速，同时要保证轴的平衡。
本发明中，碳环密封结构包括环形密封腔体和环形轴套，密封腔体内有环形槽，槽内至少装有二个截面为矩形的环形石墨密封环，每组石墨密封环由一圈弹簧箍紧，在石墨密封环内径与轴套之间存在径向间隙。
本发明中迷宫密封的迷宫型式优选为错列式，安装在集气室后方。
当向心透平工作时，输出轴转动，在输出轴的轴端由于旋转部件与静止部件之间的间隙会产生一定的有机工质气体泄漏，漏气经过碳环密封时，碳环密封能阻挡大部分的漏气，剩余的漏气进入集气室。由于迷宫密封后接有随轴一起转动的风扇叶轮，同时保证排气管出口的气压等于环境压力，在压差的作用下，阻止了有机工质气体向迷宫密封的泄漏，而是从排气管排出。集气室四周的四根排气管后可以接一个废气过滤装置，实现对漏气及叶轮吹入空气的收集。由于碳环密封的使用使得绝大部分工质气体能在向心透平内循环工作，极少部分泄漏的工质气体通过集气室和排气管进行收集，迷宫密封配合其后的风扇叶轮使得泄漏的工质不被泄漏出机外，同时迷宫密封的存在也大大降低了从外侧吹向集气室的空气气流压力，使得集气室内混入的空气比例大大降低，便于对漏气的收集与处理。所述的风扇叶轮旋转方向为沿着轴线反向。
本发明的密封装置改变了传统单一的气体密封模式，而采用了气体密封加漏气收集相结合，装置结构简单，造价低廉，系统维护方便，且达到工质气体零泄漏的效果。同时不需要外接气源，避免了外气对工质气体的污染。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为一种风扇叶轮轴向断面结构示意图；
图中：1.为输出轴，2.为碳环密封，3.为集气室，4.为排气管，5.为机壳，6.为迷宫密封，7.为风扇叶轮，8.为叶轮叶片，9.为轮毂环。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的密封装置包括输出轴1、碳环密封2、迷宫密封6、集气室3、排气管4、风扇叶轮7，在输出轴的前端先设置一个碳环密封2，在碳环密封2后面是集气室3，集气室3四周连接有至少一根(本实施例中优选是四根)排气管4，在集气室3的末端设置一个迷宫密封6，迷宫密封6外侧的输出轴上装配一个风扇叶轮7，将风扇叶轮7与输出轴1固定连接使风扇叶轮随着轴一起转动。
向心透平工作时，输出轴1转动，在输出轴1的轴端由于旋转部件与静止部件的间隙，会产生一定的有机工质气体泄漏。一方面泄漏的气体经过碳环密封2时，碳环密封2能阻挡大部分的漏气，剩余的漏气进入集气室3聚集。另一方面风扇叶轮7与输出轴1固定连接，随轴一起转动，产生经迷宫密封6装置吹向集气室3的气流，从而阻止有机工质气体向迷宫密封6的泄漏。由于保证了排气管4出口压力趋近于大气压力，最后在压差的作用下，集气室3气体由排气管4排到废气过滤装置。迷宫密封6的存在同时也降低了从外侧吹向集气室3的空气气流压力，使得集气室3内混入的空气比例大大降低，便于对混合气体进行收集处理。
本发明的有机工质向心透平轴端密封装置设计合理，结构简单，造价低廉，能很好的解决有机工质气体轴端漏气现象，达到零泄漏的目的。同时不需要外接氮气等气源，避免了外气对工质气体的污染。
如图2所示，风扇叶轮由叶轮叶片8和轮毂环9组成，叶轮叶片8与轮毂环9直接连接，在叶根处亦形成冲向迷宫密封的气流，避免工质气体从迷宫密封处泄漏。轮毂环9套装在输出轴1上，可以采用键连接或者热套配合。整个风扇叶轮的结构强度要与轴的转速匹配，同时风扇叶轮要满足轴的平衡要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，设置在透平旋转轴(1)上以实现对透平轴的密封，其特征在于，该轴端密封装置包括：
设置在旋转轴(1)上的第一密封环(2)，其为碳环密封，作为第一级密封用以密封阻挡所述透平在轴端产生的有机工质的泄露；
设置在旋转轴(1)上并与该第一密封环(2)在轴向间隔一定距离的第二密封环(6)，其为迷宫密封，作为第二级密封以密封阻挡所述透平在轴端泄露的有机工质的进一步泄露；以及
壳体(5)，其中间开设有凹槽，该壳体(5)两支撑端分别与所述第一密封环(2)和第二密封环(6)密封连接固定，使得该壳体(5)的中间凹槽与两密封环之间形成密闭空间，以作为集气室(3)，用于汇集由所述透平在轴端经第一级密封后仍然泄露的有机工质气体并便集中排出；
其中，所述轴端密封装置还包括固定设置在所述第二级密封外侧的旋转轴(1)上并可随之同步旋转的风扇叶轮(7)，用于在旋转过程中产生气流以阻止有机工质气体从迷宫密封的泄漏。
2.根据权利要求1所述的一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，其中，所述集气室(3)设置有与外界相通的排气管(4)，用于该集气室中的有机工质集中排出收集。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，其中，所述风扇叶轮包括套装在输出旋转轴(1)上的轮毂环和连接在其周向上的叶轮叶片。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，其中，所述碳环密封包括环形密封腔体和环形轴套，该密封腔体内有环形槽，槽内至少装有两个截面为矩形的环形石墨密封环，每组石墨密封环由一圈弹簧箍紧，在石墨密封环内径与环形轴套之间存在径向间隙。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于有机工质向心透平的轴端密封装置，其中，所述迷宫密封的迷宫型式为错列式。
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