CN1127335A - 多级串联泵式水力机主轴密封 - Google Patents

Abstract

一种适用于水轮机、水泵、可逆式水泵水轮机的、用多级水泵串联工作，在压力水经旋转的主轴与静止件间的间隙泄漏到机壳外之前、就将漏水送回到机壳中去的密封装置。其具体构造有：多级串联辐流泵、多级串联轴流泵、多级串联辐流泵与多级串联轴流泵再串联(如附图)及多级串联螺旋泵四个方案。由于旋转件与静止件不接触因而无磨损；而且点滴不漏。

Description

多级串联泵式水力机主轴密封

本发明涉及一种防止叶片式水力机如水轮机、水泵、可逆式水泵水轮机主轴处漏水的封水装置；本发明的旋转件与静止件间有间隙，故无摩擦磨损，而且能做到点滴不漏。

目前，公知的主轴密封有：石棉盘根作填料的密封；橡胶与金属板贴合的摩擦密封；炭精或陶瓷与金属板贴合的摩擦密封等。所有这些通称为接触密封，运转后会磨损主轴；或者会自身相互磨损。磨损后漏水增大到一定程度就必须停机检修，更换或修复磨损部件。由于密封装置的位置及空间狭小，检修更换相当困难；停机又造成不必要的经济损失。所以现代水力机主轴密封磨损，特别是在多泥沙水中运转的这些密封会快速磨损，成为水电站、水泵站运行中一件极不愉快的问题。

国内外也有采用与本发明原理部分类似的不接触密封，如：(1)水泵密封，但它只是一级，由于扬程不足，应用中只把它作为辅助密封，最后封水仍然依靠与它联合工作的接触密封，请参看哈尔滨大电机研究所著《水轮机设计手册》。(2)螺旋泵密封，它也只是一级，由于扬程很低，只能应用于压差很小而转速又很高的条件下，请参看机械部主编的《机械工程手册》第5卷。(3)本发明人申请的编号为91107267.5的“无磨损，不漏水的水轮机主轴密封”的专利，它属于多级轴向串联离心泵型，虽已在多个电站成功地使用，但它适用的范围有限。本发明的目的是提供一种水力机主轴密封，它不仅在清水中、甚至在多泥水中也不会产生磨损；而且能做到点滴不漏；并能满足不同型式，不同大小，不同转速的全部水力机的需要。

实现本发明的目的的总体构思是：(1)为了使密封不遭摩擦磨损，采用不接触的泵封。(1)为了获得高的扬程，使能将漏水送回到机壳中去，采用多级串联水泵的结构；其具体级数按机器的具体条件计算决定。(3)要在有限的空间内装下这种多级泵封，而且结构不能复杂。(4)为了使整个流道不遭水中泥沙的冲刷磨损，采用运转时连续注入少量清水，使整个流道保持无泥沙状态。

为了实现上述目的，应用上述总体构思，针对不同大小、不同型式、不同转速水力机的特点，得出了本发明的四个方案，其实施例如附图1、图3、图5、图6所示。

图1是本发明的第一方案的实施例--多级串联辐流泵式水力机主轴密封的纵剖面构造图(本图仅为三级)。

图2是图1的N-N剖视图。

图3是本发明的第二方案的实施例--多级串联轴流泵式水力机主轴密封的纵剖面构造图(本图仅为三级)。

图4是图3的M-M剖视展开图。

图5是本发明的第三方案的实施例--多级串联辐流泵与多级串联轴流泵串联在一起的水力机主轴密封的纵剖面构造图(本图仅为五级)。

图6是本发明的第四方案的实施例--多级串联螺旋泵式水力机主轴密封的纵剖面构造图(本图仅为五级)。

图7是图6的D部螺纹放大图。

七个图中零部件的统一编号如下：

图1及图2：1.主轴2.机壳(也称顶盖)3.一级离心叶轮4.二级离心叶轮5.三级离心叶轮6.叶轮支持板7.一级离心导轮8.二级离心导轮9.导轮支持板

图3及图4中：1.主轴2.机壳10.一级轴流叶轮11.二级轴流叶轮12.三级轴流叶轮13.叶轮支承环14.一级轴流导轮15.二级轴流导轮16.导轮支承环.

图5中：1.主轴2.机壳3.一级离心叶轮4.二级离心叶轮6.叶轮支持板10.一级轴流叶轮11.二级轴流叶轮12.三级轴流叶轮13.叶轮支承环14.一级轴流导轮15.二级轴流导轮16.导轮支承环。

图6中：1.主轴2.机壳18.一级泵螺纹19.二级泵螺纹20.三级泵螺纹11.四级泵螺纹22.五级泵螺纹23.转动梳齿24.一级导向螺纹15.二级导向螺纹26.三级导向螺纹27.四级导向螺纹28.五级导向螺纹29.静梳齿

图7中：α＝0～30°

图1.3.5.6中：A.压力水空腔，压头为HB.与大气相通的无压空腔C.清水引入孔。

现结合附图对本发明的每一方案的实施例进一步说明如下：

第一方案实施例，其构造如图1及图2所示，图1中：一级离心叶轮(3)、二级离心叶轮(4)、三级离心叶轮(5)都同轴地固定在叶轮支持板(6)上面。此叶轮支持板(6)通过键的作用装在主轴上。在每两级叶轮间装有一级离心导轮(7)和二级离心导轮(8)，它们和叶轮间保持较小的间隙。此两导轮同轴地固定在导轮支持板(9)的下面。此导轮支持板(9)固定在机壳(2)上。图2中示出了这些叶轮和导轮的叶片的弯曲方向及叶轮旋转方向。

其工作原理是：叶轮旋转时，按离心泵原理对水流产生压头及速度头并送向导轮。导轮将水流的方向扭转，按离心泵导轮的原理将水流的速度头转化为压头并送向次一级叶轮。假定此多级串联泵的设计总扬程为H，通过各级叶轮和导轮的流量为Q；空腔(A)中水的压头为△H，通过各级叶轮和导轮间的间隙漏向空腔(B)的流量为△Q。只要H＝△H，Q＝△Q就不会有一滴水自空腔(B)经由主轴(1)与导叶支持板(9)间的间隙漏向机外。实际上设计时令H＞＞△H及Q＞＞△Q，在这种情况下一级泵轮(3)处于低负荷下运转，甚至无水空转。此时空腔(B)将具有一定的吸力。因此如从孔(C)连续地注入少量清水，就能使从空腔(B)到空腔(A)的整个流道中充满清水，从而避免泥沙对全部过流部件的磨损。当水轮机作调相机运转时，空腔(A)中充满有压空气，只要从孔(C)连续地加入流量为Q的水流就可以封住空气，不使外泄。本发明下述三个实施方案的工作原理与此基本相同，下面就不再陈述。

第二方案的实施例，其构造如图3及图4所示

图3中：一级轴流叶轮(11)、三级轴流叶轮(12)、都固定在叶轮支承环(13)的外柱面上。此叶轮支承环(13)通过键的作用装在主轴上。在每两级叶轮间装有一级轴流导轮(14)和二级轴流导轮(15)，它们和叶轮间有一个大于主轴上下窜动量的轴向间隙和较小的径向间隙。此两导轮固定在导轮支承环(16)的内柱面上。此导轮支承环(16)固定在机壳(2)上。图4中示出了这些叶轮和导轮的叶片的弯曲方向和叶轮旋转方向。

第三方案的实施例，其构造如图5所示

为了充分利用有限的空间，装置更多级数的叶轮，以获得足够的扬程，此方案是将上述第一个实施例方案和第二个实施例方案串联在一起，如图5所示。

第四方案的实施例，其构造如图6及图7所示

图6中转动梳齿(23)装在主轴(1)上，随主轴旋转。在转动梳齿间镶有静梳齿(29)，这与水力机转轮、顶盖间装的梳齿止漏装置的结构相似，但本梳齿的内外齿面上都车有螺纹。依靠转动梳齿内外表面螺纹的倾斜面的作用，将水流从低压端推向高压端；为此每个梳齿的内螺纹和外螺纹的方向是相反的。由于间隙中的水流是沿主轴转向旋转的，它作用于静梳齿表面螺纹的倾斜面上，水流会沿斜面从低压端流向高压端；为此每个静梳齿的内螺纹和外螺纹的方向是相反的。同样理由每对梳齿间隙两侧的螺纹方向也是相反的。这种转动梳齿的螺纹起了螺旋泵叶轮的作用；静梳齿的螺纹起了螺旋泵导轮的作用。图6中当主轴按箭头方向旋转时：一级泵螺纹(18)、三级泵螺纹(20)、五级泵螺纹(22)均为左旋；二级泵螺纹(19)、四级泵螺纹(21)均为右旋。一级导向螺纹(24)、三级导向螺纹(26)、五级导向螺纹(28)均为右旋；二级导向螺纹(25)、四级导向螺纹(21)均为左旋。图7放大地示出了螺纹的最佳形状，α＝0～30°之间。本方案可串联在前述第一方案、第二方案、第三方案的构造上，以增加它们的扬程。

实现以上所有方案在机器制造上都无任何困难。

Claims (13)

1.一种多级串联泵式水力机主轴密封，是在水力机转轮与导轴承之间的空腔内的主轴上装置着多级水泵(不包括中国专利申请号91107267.5的结构型式)，用以将沿主轴与机壳间的间隙向外泄漏的压力水、在泄漏出间隙之前，将此压力水送回到机壳中去的密封装置，其特征是：多个叶片式水泵的叶轮和导轮相间地串联在一起进行工作。

2.根据权利要求1所述的主轴密封的第一方案，其特征是：多个离心式环状叶轮与多个离心式环状导轮在辐向相间布置组成的多级串联辐流泵式水力机主轴密封。

3.根据权利要求2所述的主轴密封的多个离心式环状叶轮，其特征是：各叶轮为大小不同的圆环，一个套一个地，同轴地固定在一个叶轮支持板的上面，此支持板装在主轴上并随主轴旋转。

4.根据权利要求2所述的主轴密封的多个离心式环状导轮，其特征是：各导轮为大小不同的圆环，一个套一个地同轴地固定在一个导轮支持板的下面，此支持板固定在水力机的机壳上静止不动。

5.根据权利要求1所述的主轴密封的第二方案，其特征是：多个轴流式叶轮与多个轴流式导轮在轴向相间布置组成的多级串联轴流泵式水力机主轴密封。

6.根据权利要求5所述的主轴密封的多个轴流式叶轮，其特征是：各叶轮都固定在一个叶轮支承环的外表面上，此支承环装在主轴上并随主轴旋转。

7.根据权利要求5所述的主轴密封的多个轴流式导轮，其特征是：各导轮都固定在一个导轮支承环的内表面上，此支承环固定在水力机的机壳上静止不动。

8.根据权利要求1所述的主轴密封的第三方案，其特征是：将权利要求2的多级串联辐流泵与权利要求5的多级串联轴流泵再串联在一起的水力机主轴密封。

9.根据权利要求8所述的主轴密封的叶轮，其特征是：将权利要求3所述的固定有多个离心式叶轮的叶轮支持板的外缘固定在权利要求6所述的固定有多个轴流式叶轮的叶轮支承环上，组成一个联合工作的多级叶轮，此支持板和支承环的内缘都装在主轴上并随主轴旋转。

10.根据权利要求8所述的主轴密封的导轮，其特征是：将权利要求4所述的固定有多个离心式导轮的导轮支持板的外缘固定在权利要求7所述的固定有多个轴流式导轮的导轮支承环上，组成一个联合工作的多级导轮并固定在水力机的机壳上静止不动。

11.根据权利要求1所述的主轴密封的第四方案，与现代水力机转轮上冠与顶盖间的梳齿密封相似，但不同点即其特征是：转动梳齿(即叶轮)与静梳齿(即导轮)的内外表面都有螺纹，它们组成了多级串联螺旋泵式水力机主轴密封。

12.根据权利要求11所述的主轴密封的叶轮，其特征是：每个梳齿外柱面上的螺纹倾斜方向与内柱面上的螺纹倾斜方向是相反的(即一个为右螺纹，另一个为左螺纹)，螺纹的具体方向是推动漏水向高压方向流动。

13.根据权利要求11所述的主轴密封的导轮，其特征是：每个梳齿外柱面上的螺纹倾斜方向与内柱面上的螺纹倾斜方向是相反的(即一个为右螺纹，另一个为左螺纹)；螺纹的具体方向是引导旋转的漏水向高压方向流动。

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