CN107100999B - 镜油离心密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镜油离心密封装置，是在转动环上固定有一个镜面板环，离心密封体朝向镜面板环设有径向密封环；所述径向密封环相反于所述镜面板环的一侧通过第一弹性元件与所述离心密封体弹性抵接；在所述第一储油环槽内还设有径向距离探测传感器，所述径向距离探测传感器与第一远程自动控制单元信号连接，所述第一远程自动控制单元又与径向间隙调整模块信号连接，所述至少一个径向间隙调整模块与一个径向螺母动力连接，所述径向螺母能够限制所述径向密封环与镜面板环之间的最小间隙。通过径向间隙调整模块与第一弹性元件的协同工作，保证径向密封精度的同时，还能适应转动环在转动过程中产生的径向跳动。

Description

镜油离心密封装置
技术领域
本发明涉及一种大型旋转机械的密封结构。
背景技术
目前，大型旋转机械密封典型的有迷宫式密封、接触式密封、梳齿式密封，刷式密封等形式。
迷宫式密封结构，采用填料毛毡来阻止润滑油外漏，在实际应用过程中也存在着一些问题，毛毡填太少很难起到密封的作用，毛毡填太多，压得太紧，在机组高速运行过程中，毛毡与大轴之间摩擦产生热量会产生冒烟现象，很难阻止润滑油外漏。
接触式密封结构，密封齿两侧没有密封措施，密封介质也会通过这些间隙外漏，接触密封齿为了减少摩擦产生热量采用碳环材料，该材料摩擦产生的粉尘容易污染润滑油及发动机线圈，影响设备使用寿命，密封齿定位形式采用微小螺丝定位结构，在发电机组使用过程中，特别是卧式发电机组，一但固定密封齿小螺丝松动，掉到发电机内，容易将造成重大安全事故。
梳齿式密封结构，在设计时梳齿与轴之间必需应保持一定的间隙，间隙大了，使大量的润滑油外漏，间隙小了，梳齿容易与转轴之间摩擦产生热量，产生轴系震动，影响机组安全运行，由于产品加工精度等原因，这种密封形式增加了安装调试的难度。
刷式密封应用在高温高压密封，采用梯度阶降逐级节流的方法来减少流体的泄漏量，由于受设备轴向长度的限制，只能使泄露面积减少不能完全杜绝流体泄漏。
大型旋转机械轴承在运行过程中，由于机组转子在运行过程中都存在着不同程度摆动现象，转子轴的间隙在实际运行时很难保证设计间隙及安装间隙，如果间隙过小，在机组运行过程中由于转轴偏摆会出现转轴与密封体之间碰撞磨擦产生温度升高，间隙过大，润滑油容易泄漏，加上转轴在运行过程中时大时小无法补偿，水电机组内部发生的油雾逸出现象，是油雾从与转轴的间隙中逸出，在机组运行过程中产生负压的影响，油槽内进出的循环油流处于紊流状态，油分子之间及动静部件与油之间碰撞冲击，均会使循环油汽化产生油雾，通过狭隙溢出，以至产生大量润滑油、油雾泄漏现象。漏油、甩油现象，使发电机表面不清洁，润滑油及油雾外漏后造成转子线棒，引线转子磁极及转子轮辐的污染，油雾与灰尘在定子铁心通风沟和转子磁极通风沟处堆积，造成发电机通风散热变差，严重影响发电机散热效果。机组由于碳刷、制动刹车未与发电机完全隔离，运行中产生的碳尘部分进入到发电机内，机架、底板支架或支臂表面形成黑色堆积油污层，还有电机碳刷与滑环处，碳刷架及空气冷却的散热翅片上出现油滴现象，侵入绝缘内部的油将造成内部导体与外部绝缘表面电位相等，成为等电位体，它将对发电机的护环产生腐蚀作用，并溶解和凝聚其它有害元素，使机内构件产生表面凝露，使转子护环产生附加应力而导致裂纹等危害。油雾和灰尘长期吸附在绝缘层上，将对发电线棒等绝缘造成腐蚀，绝缘性能下降，加速老化，影响发电机的使用寿命，极易造成电机线圈短路及击穿放炮。漏油、甩油现象对大型发电机组的运行是十分不利的，使机内透平油损耗大，造成发电机组运行环境不好，需要经常向机内增加润滑油，增加了日常维修维护的工作量。也大大增加了发电机的检修次数，即费工费时，也增加了机组的运行成本。对周围设备、河水、河道环境也造成了污染。对发电机的安全稳定可靠运行带来潜在的危害，威胁大型发电机的运行安全。
发明内容
本发明的目的是：综合长期多年从事相关产业的经验，针对大型旋转机械轴承密封存在着油雾逸出难题，通过精心设计和试验，设计出一种镜油离心密封装置，以解决以上行业难题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种镜油离心密封装置，包括转轴以及套接在转轴上离心密封体，离心密封体的轴向内侧为油槽，其特征在于：在所述转轴上还固定有转动环，所述转动环位于所述离心密封体的轴向内侧，其中：
所述转动环上固定有一个镜面板环，所述离心密封体朝向所述镜面板环设有径向密封环；所述径向密封环与所述镜面板环相接的一侧内凹形成第一储油环槽，所述径向密封环相反于所述镜面板环的一侧通过第一弹性元件与所述离心密封体弹性抵接；
在所述第一储油环槽内还设有径向距离探测传感器，能够测量径向密封环与镜面板环之间的间隙，所述径向距离探测传感器与第一远程自动控制单元信号连接，所述第一远程自动控制单元又与设置在离心密封体上的至少一个径向间隙调整模块信号连接，所述至少一个径向间隙调整模块与一个径向螺母动力连接，所述径向螺母能够限制所述径向密封环与镜面板环之间的最小间隙。
所述的镜油离心密封装置，其中：所述离心密封体朝向所述镜面板环还设有径向气密封板，所述径向气密封板位于所述径向密封环的径向内侧。
所述的镜油离心密封装置，其中：所述离心密封体朝所述转轴的外周面由轴向外侧至轴向内侧设有轴向密封环、送气环槽与吸气环槽，所述转动环朝向所述吸气环槽的侧面形成有一环旋转叶片，所述旋转叶片能够通过转轴的旋转作用向径向外侧方向提供风力。
所述的镜油离心密封装置，其中：在所述轴向密封环的轴向外侧设有第一轴向气密封板，在轴向密封环与送气环槽之间设有一道第二轴向气密封板，在送气环槽与吸气环槽之间设有另一道第二轴向气密封板。
所述的镜油离心密封装置，其中：所述轴向密封环由自润滑材料制成，所述轴向密封环相反于所述转轴的外周面的一侧通过第二弹性元件与所述离心密封体弹性抵接。
所述的镜油离心密封装置，其中：在所述轴向密封环内还设有轴向距离探测传感器，能够测量轴向密封环与转轴的外周面之间的间隙，所述轴向距离探测传感器与第二远程自动控制单元信号连接，所述第二远程自动控制单元又与设置在离心密封体上的至少一个轴向间隙调整模块信号连接，所述至少一个轴向间隙调整模块与一个轴向螺母动力连接，所述轴向螺母能够限制所述轴向密封环与所述转轴的外周面之间的最小间隙。
所述的镜油离心密封装置，其中：还包括带有油位控制器的供油单元，所述供油单元通过供油管路向第一储油环槽提供密封油，在每个供油管路上还设有流量控制器。
所述的镜油离心密封装置，其中：还包括送气单元，送气单元通过送气管道向所述送气环槽送入正压气体，在所述送气管道上设有压力控制器，通过压力控制器保持系统内压力始终在设定范围内；所述吸气环槽通过油雾管道连通至吸油雾装置的进气端，所述吸油雾装置的出气端通过接油管道连通至接油箱，在接油管道上外接有低温油雾冷凝器。
所述的镜油离心密封装置，其中：在离心密封体上设有与油槽相通的外座圈，外座圈设有气压平衡装置，所述气压平衡装置通过平衡接油管道连通至接油箱，在平衡接油管道上外接有低温油雾冷凝器。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明镜油离心密封完全通过程序自动化控制运行，在机组长时间运行过程中，轴向密封处通过自动间隙调整功能，其密封处始终能保持在零间隙运行状态，气体密封腔内通过送气装置保持一定压力，阻断油雾通过；径向密封处采用离心甩油、旋转叶片及密封油相结合，径向密封齿环通过程序化自动控制始终与转动板环保持零间隙运行；通过油雾装置及气压平衡装置对油雾过滤收集及油槽内外空气平衡；整体设计独特，结构合理，维修维护方便，通过远程自动单元控制，即满足了轴向密封需要，又能保证径向密封要求，把径向密封与轴向密封有机地结合在一起，确保设备长时间运行密封的可靠性，彻底解决了动静密封长期存在的难题。
附图说明
图1是本发明提供的镜油离心密封装置的剖视结构图；
图2是本发明提供的镜油离心密封装置的供油控制系统的结构示意图；
图3是本发明提供的镜油离心密封装置的送气装置的结构示意图；
图4是本发明提供的镜油离心密封装置的吸油雾装置的结构示意图；
图5是本发明提供的镜油离心密封装置的气压平衡装置的结构示意图。
附图标记说明：1外圈；2内圈；3转轴；31转动环；32旋转叶片；33镜面板环；4径向间隙调整模块；41第一远程自动控制单元；42第一弹性元件；43径向密封环；44径向距离探测传感器；45径向气密封板；46径向螺母；5轴向间隙调整模块；51第二远程自动控制单元；52第二弹性元件；53轴向距离探测传感器；54轴向密封环；55第二轴向气密封板；56第一轴向气密封板；57送气环槽；58吸气环槽；59轴向螺母；6供油单元；61油位控制器；62流量控制器；63供油管路；64密封油；7送气单元；71进气管道；72压力控制器；8吸油雾装置；81油雾管道；82低温油雾冷凝器；83接油箱；84接油管道；9气压平衡装置；91平衡接油管道；92低温油雾冷凝器；11连接螺栓；C油槽；C1外座圈。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种镜油离心密封装置，包括转轴3以及套接在转轴3上离心密封体，离心密封体的轴向内侧(图1中下侧)为油槽C，在本实施例中，所述离心密封体是通过连接螺栓11密封连接的外圈1与内圈2，在所述转轴3上还固定有转动环31，所述转动环31位于所述内圈2的轴向内侧，其中：
所述转动环31上固定有一个镜面板环33，所述内圈2朝向所述镜面板环33设有径向气密封板45与径向密封环43；所述径向气密封板45位于所述径向密封环43的径向内侧(即，靠近转轴3的一侧)，并且自身具有弹性，能够跟踪所述转轴3的径向跳动而保持密封；所述径向密封环43与所述镜面板环33相接的一侧内凹形成第一储油环槽，所述径向密封环43相反于所述镜面板环33的一侧通过第一弹性元件42与所述内圈2弹性抵接，使得所述径向密封环43始终具有朝向所述镜面板环33方向的运动趋势；
在所述第一储油环槽内还设有径向距离探测传感器44，能够测量径向密封环43与镜面板环33之间的间隙，所述径向距离探测传感器44与第一远程自动控制单元41信号连接，所述第一远程自动控制单元41又与设置在内圈2上的至少一个径向间隙调整模块4(例如一个电机)信号连接，所述至少一个径向间隙调整模块4与所述径向密封环43上固定的一个径向螺母46动力连接，能够驱动所述径向密封环43贴近或者远离所述镜面板环33；一旦径向距离探测传感器44探测到径向密封环43与镜面板环33之间的间隙大于预定值时，会将信号传到第一远程自动控制单元41，第一远程自动控制单元41则控制径向间隙调整模块4运动，将径向密封环43与镜面板环33之间的间隙调整到预定值以内，使径向密封更加安全可靠。
第一远程自动控制单元4能够将径向密封环43与镜面板环33之间的间隙调整到预定值以内，而一旦镜面板环33在旋转过程中发生波动或跳动，导致镜面板环33压迫到径向密封环43，则由于第一弹性元件42的存在，能够换成所述波动或跳动对密封性能的不利影响；随着波动或跳动的消除，第一弹性元件42再次将径向密封环43推抵到位，使径向密封环43与镜面板环33之间的间隙回到预定值以内。所述内圈2朝所述转轴3的外周面由轴向外侧至轴向内侧设有第一轴向气密封板56、轴向密封环54与两道第二轴向气密封板55，在所述两道第二轴向气密封板55之间的内圈2上形成有送气环槽57，在最靠轴向内侧的第二轴向气密封板55与所述转动环31之间形成吸气环槽58；
其中，所述第一轴向气密封板56与第二轴向气密封板55的自身均具有弹性，能够跟踪转轴3在运行过程中轴向偏摆出现的间隙而保持密封；所述轴向密封环54由自润滑材料制成，从而保证其与所述转轴3的外周面相接的一侧的润滑效果，所述轴向密封环54相反于所述转轴3的外周面的一侧通过第二弹性元件52与所述内圈2弹性抵接，使得所述轴向密封环54始终具有朝向所述转轴3的外周面方向的运动趋势；
在所述轴向密封环54内还设有轴向距离探测传感器53，能够测量轴向密封环54与转轴3的外周面之间的间隙，所述轴向距离探测传感器53与第二远程自动控制单元51信号连接，所述第二远程自动控制单元51又与设置在内圈2上的至少一个轴向间隙调整模块5(例如电机)信号连接，所述至少一个轴向间隙调整模块5与所述轴向密封环54上固定的一个轴向螺母59动力连接，能够驱动所述轴向密封环54贴近或者远离所述转轴3的外周面；一旦轴向距离探测传感器53探测到轴向密封环54与转轴3的外周面之间的间隙大于预定值时，会将信号传到第二远程自动控制单元51，第二远程自动控制单元51则控制轴向间隙调整模块5运动，将轴向密封环54与转轴3的外周面之间的间隙调整到预定值以内，使轴向密封环54始终与转轴3保持一定的同心度。
请参阅图2所示，是本发明提供的镜油离心密封装置的供油控制系统的结构示意图，带有油位控制器61的供油单元6固定在外圈1上，供油单元6通过供油管路63向第一储油环槽提供密封油64，在每个供油管路63上还设有流量控制器62。
使用的时候，供油单元6通过供油管路63、流量控制器62将密封油64输入至第一储油环槽内，油位控制器61使第一储油环槽内始终保持设定值的密封油，当第一储油环槽内的密封油64的油位降低至设定值以下时，油位控制器61给出信号，供油单元6开始供油，而当第一储油环槽内的密封油64的油位高于设定值时，油位控制器61给出信号，使供油单元6停止工作。如此，第一储油环槽内的密封油64的始终与镜面板环33接触，密封油64灌满所有密封间隙，以阻断油雾外泄通道。
如图3、图4所示，是本发明提供的镜油离心密封装置的送气装置和吸油雾装置的结构示意图，在外圈1上固定有送气单元7，送气单元7通过送气管道71向所述送气环槽57送入正压气体，在所述送气管道71上设有压力控制器72，通过压力控制器72保持系统内压力始终在设定范围内；所述吸气环槽58通过油雾管道81连通至吸油雾装置8的进气端，所述吸油雾装置8的出气端通过接油管道84连通至接油箱83，在接油管道84上外接有低温油雾冷凝器82；如此，所述送气单元7输入的正压气体会经过所述吸气环槽58，然后被吸油雾装置8所抽走，形成完整的气体循环。
如图1、图4所示，所述转动环31、镜面板环33通过转轴3的旋转作用，会起到离心流体作用，使润滑油难以向油槽C外逸出；而且，所述转动环31朝向所述吸气环槽58的侧面形成有一环旋转叶片32，所述旋转叶片32能够通过转轴3的旋转作用向轴向和/或径向提供风力，以能够阻止镜面板环33处的润滑油以及油雾进入吸气环槽58；即使镜面板环33处的润滑油以及油雾进入吸气环槽58，也会被所述吸油雾装置8抽走，不会出现油雾逸出的现象。
再如图5所示，是本发明提供的镜油离心密封装置的气压平衡装置的结构示意图，在外圈1上设有与油槽C相通的外座圈C1，外座圈C1设有气压平衡装置9，所述气压平衡装置9通过平衡接油管道91连通至所述接油箱83，在平衡接油管道91上也外接有低温油雾冷凝器92。当油槽C内压力失衡时，通过气压平衡装置9与大气相通来平衡气压，防止油槽C内油雾泄露。
本发明镜油离心密封完全通过程序自动化控制运行，在机组长时间运行过程中，轴向密封处通过自动间隙调整功能，其密封处始终能保持在零间隙运行状态，气体密封腔内通过送气装置保持一定压力，阻断油雾通过；径向密封处采用离心甩油、旋转叶片32及密封油64相结合，径向密封齿环通过程序化自动控制始终与转动板环保持零间隙运行；通过油雾装置及气压平衡装置9对油雾过滤收集及油槽C内外空气平衡；整体设计独特，结构合理，维修维护方便，通过远程自动单元控制，即满足了轴向密封需要，又能保证径向密封要求，把径向密封与轴向密封有机地结合在一起，确保设备长时间运行密封的可靠性，彻底解决了动静密封长期存在的难题。

Claims (9)

1.一种镜油离心密封装置，包括转轴以及套接在转轴上的离心密封体，离心密封体的轴向内侧为油槽，其特征在于：在所述转轴上还固定有转动环，所述转动环位于所述离心密封体的轴向内侧，其中：
所述转动环上固定有一个镜面板环，所述离心密封体朝向所述镜面板环设有径向密封环；所述径向密封环与所述镜面板环相接的一侧内凹形成第一储油环槽，所述径向密封环相反于所述镜面板环的一侧通过第一弹性元件与所述离心密封体弹性抵接；
在所述第一储油环槽内还设有径向距离探测传感器，能够测量径向密封环与镜面板环之间的间隙，所述径向距离探测传感器与第一远程自动控制单元信号连接，所述第一远程自动控制单元又与设置在离心密封体上的至少一个径向间隙调整模块信号连接，所述至少一个径向间隙调整模块与一个径向螺母动力连接，所述径向螺母能够限制所述径向密封环与镜面板环之间的最小间隙。
2.根据权利要求1所述的镜油离心密封装置，其特征在于：所述离心密封体朝向所述镜面板环还设有径向气密封板，所述径向气密封板位于所述径向密封环的径向内侧。
3.根据权利要求1所述的镜油离心密封装置，其特征在于：所述离心密封体朝所述转轴的外周面由轴向外侧至轴向内侧设有轴向密封环、送气环槽与吸气环槽，所述转动环朝向所述吸气环槽的侧面形成有一环旋转叶片，所述旋转叶片能够通过转轴的旋转作用向径向外侧方向提供风力。
4.根据权利要求3所述的镜油离心密封装置，其特征在于：在所述轴向密封环的轴向外侧设有第一轴向气密封板，在轴向密封环与送气环槽之间设有一道第二轴向气密封板，在送气环槽与吸气环槽之间设有另一道第二轴向气密封板。
5.根据权利要求3所述的镜油离心密封装置，其特征在于：所述轴向密封环由自润滑材料制成，所述轴向密封环相反于所述转轴的外周面的一侧通过第二弹性元件与所述离心密封体弹性抵接。
6.根据权利要求5所述的镜油离心密封装置，其特征在于：在所述轴向密封环内还设有轴向距离探测传感器，能够测量轴向密封环与转轴的外周面之间的间隙，所述轴向距离探测传感器与第二远程自动控制单元信号连接，所述第二远程自动控制单元又与设置在离心密封体上的至少一个轴向间隙调整模块信号连接，所述至少一个轴向间隙调整模块与一个轴向螺母动力连接，所述轴向螺母能够限制所述轴向密封环与所述转轴的外周面之间的最小间隙。
7.根据权利要求1所述的镜油离心密封装置，其特征在于：还包括带有油位控制器的供油单元，所述供油单元通过供油管路向第一储油环槽提供密封油，在每个供油管路上还设有流量控制器。
8.根据权利要求3所述的镜油离心密封装置，其特征在于：还包括送气单元，送气单元通过送气管道向所述送气环槽送入正压气体，在所述送气管道上设有压力控制器，通过压力控制器保持系统内压力始终在设定范围内；所述吸气环槽通过油雾管道连通至吸油雾装置的进气端，所述吸油雾装置的出气端通过接油管道连通至接油箱，在接油管道上外接有低温油雾冷凝器。
9.根据权利要求1所述的镜油离心密封装置，其特征在于：在离心密封体上设有与油槽相通的外座圈，外座圈设有气压平衡装置，所述气压平衡装置通过平衡接油管道连通至接油箱，在平衡接油管道上外接有低温油雾冷凝器。
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