CN105464882B - 主轴密封装置及具有该装置的轴流式水轮机 - Google Patents

Abstract

主轴密封装置及具有该装置的轴流式水轮机，包括位于轴流式水轮机的主轴外侧与主轴可拆卸连接的主轴套；位于主轴套外侧第一端与轴流式水轮机可拆卸连接的密封座；与密封座的第二端可拆卸连接的密封盖；至少一个设置于主轴和主轴套两连接面之间的第一密封圈；至少一个设置于密封座与轴流式水轮机两连接面之间的第二密封圈；主轴套、密封座和密封盖之间具有一环形空腔；环形空腔内设有至少二组密封组件；每一组密封组件包括支撑环，位于支撑环的一端与支撑环连接的密封件；密封件的外环面与密封座相抵，密封件的内环面与主轴套相抵；相邻两密封组件之间的环形空腔内填充有润滑脂。具有密封效果更好，可靠性高，免维护的特点。

Description

主轴密封装置及具有该装置的轴流式水轮机

技术领域

本发明涉及水轮发电机技术领域，尤其是涉及一种轴流式水轮机及其主轴密封装置。

背景技术

轴流式水轮机主轴密封装置是保证水轮机机组安全运行的重要部件，主轴密封装置通常由两部分组成，一种工作密封机构，另一种检修密封机构；传统的轴流式水轮机主轴密封装置一般均采用活塞式工作密封机构，需要操作压力水源，结构较为复杂。而且传统的活塞式工作密封机构具有运动部件，在水流中泥沙含量较高的环境下，极易出现卡阻，从而导致密封失效。

水轮机主轴工作密封是主轴密封的一道主密封，是为了机组运转时减小密封漏水量设置的，按照主轴工作密封结构形式可分为径向密封、轴向密封、非接触式密封及组合密封等。在泥沙含量大或海水发电的电站中，主轴密封结构是否能够抗泥沙磨损及防海水腐蚀显得尤为重要。主轴密封工作正常与否，将直接影响到机组运行的安全性。在机组运行过程中因主轴密封失效漏水，将导致水导轴承、机坑被淹等事故，给电站生产带来损失。常规的轴流式水轮机的主轴密封装置包括以下两种。

一是径向盘根式主轴密封结构，如图1所示。由螺柱1，第一螺母2，压盖3，盘根弹性密封件4，工字环5，密封座6，支撑环7，密封护套8，第二螺母9，螺栓10等组成，主轴密封位于主轴和支持盖之间，其作用是：防止压力水从主轴和支持盖之间渗漏。从图1可以看出，采用的径向盘根式主轴密封结构，其密封用压盖3靠螺柱1施加轴向压力使盘根弹性密封件4被压紧，径向尺寸变形加大和主轴接触进行密封，在更换盘根弹性密封件4后运行初期密封效果可满足要求，但磨损后效果较差，此外由于盘根弹性密封件4和主轴的接触压力较大，主轴容易磨损。特别是对水流含泥沙量较高的电站，密封面进入泥沙后，将导致偏卡、偏磨，密封性能不稳定，对主轴的损耗大。当盘根弹性密封件4和主轴的磨损使径向间隙增大时，将导致密封失败，给电站的正常运行带来影响。

二是端面活塞式主轴密封结构，如图2所示。由支撑环11，密封底座12，第一螺栓13，螺母14，进水管15，转环装配16，活塞弹性密封件17，导向杆18，第二螺栓19，螺母20组成，主轴密封位于主轴和支持盖之间，其作用是：防止压力水从主轴和支持盖之间渗漏。采用端面活塞式主轴密封结构，其密封存在以下不足：①必须设清洁密封水，且不能中途中断；②密封接触磨损，受泥沙影响而易使密封失效；③密封受弹簧调整，可靠性较低。

CN102518806A于2012年6月27日公开了一种轴流式水轮机主轴密封装置，包括工作密封机构和检修密封机构，工作密封机构包括固定在主轴上的密封套、外套于密封套的密封体、密封套与密封体之间设有的密封填料、用于压紧密封填料的调整环以及用于拉紧密封体与调整环的拉紧螺栓；所述检修密封机构包括设置于密封体尾部并与密封体螺栓连接的密封座、密封座与密封体之间设置的密封环的收容空间以及收容空间内紧贴密封套设置的密封环，该密封座上设置有连通收容空间的进气管。在运行过程中，工作密封机构的密封部件实时磨损，若未及时调节会存在泄露，需经常调节，甚至更换，不仅工作量大，更换调节过程中也存在安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种轴流式水轮机的主轴密封装置及轴流式水轮机，以解决现有轴流式水轮机的主轴密封装置可靠性差的技术问题。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种主轴密封装置，包括位于轴流式水轮机的主轴外侧与主轴可拆卸连接的主轴套；位于主轴套外侧第一端与轴流式水轮机可拆卸连接的密封座；与密封座的第二端可拆卸连接的密封盖；至少一个设置于主轴和主轴套两连接面之间的第一密封圈；至少一个设置于密封座与轴流式水轮机两连接面之间的第二密封圈；主轴套、密封座和密封盖之间具有一环形空腔；环形空腔内设有至少二组密封组件；每一组密封组件包括支撑环，位于支撑环的一端与支撑环连接的密封件；密封件的外环面与密封座相抵，密封件的内环面与主轴套相抵；相邻两密封组件之间的环形空腔内填充有润滑脂。

进一步地，密封件的中部设有环形凹槽；环形凹槽的截面呈U型，密封件近主轴套端为倾斜面，使得密封件位于环形凹槽的近主轴套侧部分具有弹性；密封件位于环形凹槽的近主轴套侧部分的截面为舌形，舌尖朝向轴流式水轮机主轴密封装置的迎水面，使密封件的近主轴套端与主轴套倾斜连接。

进一步地，支撑环近主轴套端面向密封件倾斜设置；支撑环具有卡入环形凹槽开口端内的圆环。

进一步地，还具有设置在密封座和支撑环上，与密封组件之间的空腔连通的润滑脂注入口。

进一步地，主轴套的外表面设有陶瓷层。

进一步地，润滑脂为耐水润滑脂。

为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供一种轴流式水轮机，具有前述任一项的主轴密封装置。

为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供一种轴流式水轮机，具有前述任一项所述的轴流式水轮机主轴密封装置。

本发明提供的技术方案，在主轴的外面设有主轴套，密封组件不直接与主轴接触，从而可以保护主轴免受密封组件的摩擦，采用可更换的主轴套，维护成本低，方便快速。环形空腔内设有多组密封组件，可降低每一组密封组件与主轴套接触的压力，减少摩擦损耗，延长密封组件的使用寿命，多个密封组件组合使用，形成多级密封，密封的可靠性较好。相邻两密封组件之间的空腔内填充有润滑脂，可减少摩擦阻力，延长密封组件的使用寿命，润滑脂对压力水进行隔离密封，可提高对压力水的密封性，减缓水中的泥沙进入密封内对设备带来的磨损及腐蚀。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术径向盘根式主轴密封装置的结构示意图；

图2为现有技术端面活塞式主轴密封装置的结构示意图；

图3为实施例轴流式水轮机主轴密封装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图3所示的轴流式水轮机的主轴密封装置，包括位于轴流式水轮机的主轴400外侧，与主轴400可拆卸连接的主轴套300，在主轴400和主轴套300两连接面之间设有二个第一密封圈710，密封座100位于主轴套300外侧，密封座100的第一端与轴流式水轮机可拆卸连接，在密封座100与轴流式水轮机两连接面之间设有第二密封圈720，密封盖200与密封座100的第二端可拆卸连接，主轴套300、密封座100和密封盖200之间具有一环形空腔500，环形空腔500内设有三组密封组件210，每一组密封组件210包括支撑环212，位于支撑环212的一端与支撑环212连接的密封件211，密封件211的外环面与密封座100相抵，密封件211的内环面与主轴套300相抵；相邻两密封组件210之间的环形空腔500内填充有润滑脂。

在主轴400的外面设有主轴套300，密封组件不直接与主轴接触，从而可以保护主轴免受密封组件的摩擦，采用可更换的主轴套，维护成本低，方便快速。环形空腔500内设有多组密封组件210，可降低每一组密封组件与主轴套300接触的压力，减少磨擦损耗，延长密封组件的使用寿命，3个密封组件210组合使用，形成多级密封，密封效果更好。相邻两密封组件210之间的空腔内填充有润滑脂，可减少磨擦，延长密封组件的使用寿命，润滑脂对压力水进行隔离密封，可提高对压力水的密封性，减缓水中的泥沙进入密封内对设备带来的磨损及腐蚀。

可选地，密封件211的中部设有环形凹槽213；环形凹槽213的截面呈U型，密封件211近主轴套300端为倾斜面，使得密封件211位于环形凹槽213的近主轴套300侧部分具有弹性；密封件211位于环形凹槽213的近主轴套300侧部分的截面为舌形，舌尖朝向轴流式水轮机主轴密封装置的迎水面，使密封件211的近主轴套300端与主轴套300倾斜连接。

优选技术方案，可使密封件211在使用一段时间，即使部分磨损后，在弹力的作用下，仍能很好地与密封座100和主轴套300接触，维持良好的密封状态，能做到免维护使用。舌尖朝向轴流式水轮机主轴密封装置的迎水面，在有水泄露时，在水压压力的作用下，密封件211能更紧密地与密封座100和主轴套300贴合，防止水进一步泄露至下一级密封组件210。

可选地，支撑环212近主轴套300端面向密封件211倾斜设置；支撑环212具有卡入环形凹槽213开口端内的圆环。圆环卡入环形凹槽213开口端内，支撑环形凹槽213，使舌形部分产生与密封座100和主轴套300贴合的弹力。在密封件211磨损后，由于圆环的支撑使密封件211自动紧贴密封座100和主轴套300，延长主轴密封装置的使用寿命，提高轴密封装置的可靠性。

可选地，还具有设置在密封座100和支撑环212上，与密封组件210之间的空腔连通的润滑脂注入口600。根据轴流式水轮机的运行情况可从润滑脂注入口600补充润滑脂，维持环形空腔500内的油量和压力，延长主轴密封装置的使用寿命。

可选地，主轴套300的外表面设有陶瓷层。主轴套300的表面喷涂陶瓷层，陶瓷层具有较好的耐磨性和较低的摩擦系数，可延长主轴密封装置的使用寿命，提高主轴密封装置的可靠性。

可选地，润滑脂为耐水润滑脂。耐水润滑脂不会因易溶解于水中，使其失效并污染环境。

可选地，主轴套300为不锈钢主轴套，支撑环212为不锈钢环。密封件211为高分子复合密封材料，密封效果好，使用寿命长。

本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轴流式水轮机主轴密封装置，其特征在于，包括主轴（400）；位于所述主轴（400）外侧与主轴（400）可拆卸连接的主轴套（300）；位于所述主轴套（300）外侧第一端与轴流式水轮机可拆卸连接的密封座（100）；与所述密封座（100）的第二端可拆卸连接的密封盖（200）；至少一个设置于 所述主轴（400）和主轴套（300）两连接面之间的第一密封圈（710）；至少一个设置于所述密封座（100）与轴流式水轮机两连接面之间的第二密封圈（720）；所述主轴套（300）、密封座（100）和密封盖（200）之间具有一环形空腔（500）；所述环形空腔（500）内设有至少二组密封组件（210）；每一组密封组件（210）包括支撑环（212），位于所述支撑环（212）的一端与所述支撑环（212）连接的密封件（211）；所述密封件（211）的外环面与所述密封座（100）相抵，所述密封件（211）的内环面与所述主轴套（300）相抵；相邻两密封组件（210）之间的空腔内填充有润滑脂；所述密封件（211）的中部设有环形凹槽（213）；所述环形凹槽（213）的截面呈U型，所述密封件（211）近主轴套（300）端为倾斜面，使得所述密封件（211）位于环形凹槽（213）的近主轴套（300）侧部分具有弹性；所述密封件（211）位于环形凹槽（213）的近主轴套（300）侧部分的截面为舌形，舌尖朝向轴流式水轮机主轴密封装置的迎水面，使所述密封件（211）的近主轴套（300）端与所述主轴套（300）倾斜连接。

2.根据权利要求1所述的轴流式水轮机主轴密封装置，其特征在于，支撑环（212）近主轴套（300）端面向所述密封件（211）倾斜设置；所述支撑环（212）具有卡入所述环形凹槽（213）开口端内的圆环。

3.根据权利要求1所述的轴流式水轮机主轴密封装置，其特征在于，还具有设置在所述密封座（100）和支撑环（212）上，与密封组件（210）之间的空腔连通的润滑脂注入口（600）。

4.根据权利要求1所述的轴流式水轮机主轴密封装置，其特征在于，所述主轴套（300）的外表面具有陶瓷层。

5.根据权利要求1所述的轴流式水轮机主轴密封装置，其特征在于，所述润滑脂为耐水润滑脂。

6.一种轴流式水轮机，其特征在于，具有权利要求1～5任一项所述的轴流式水轮机主轴密封装置。