CN112762175A - 一种设备传动轴流体介质轴向密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设备传动轴流体介质轴向密封结构；包括密封壳体，密封壳体与设备壳体固定连接，所述密封壳体包括法兰盘和压力环，法兰盘与设备壳体密封固定连接，法兰盘设有中心孔，中心孔滑动套住压力环，压力环环绕设备动力轴沿法兰盘中心孔可前后位移，压力环内侧端面保持所述静态密封环，在静态密封环上设置有压力传感器，一个在法兰盘上设置的驱动装置根据压力传感器信号驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。本发明可应用在各种机组高低压轴封端部，利用机组自带轴向端面实现密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种设备传动轴流体介质轴向密封结构。
背景技术
传动设备，例如涡轮机是利用传动介质-高压汽体或水冲击叶轮转动而产生动力的发动机。可分为汽轮机、燃汽轮机和水轮机。是广泛用做发电、航空、航海等的动力机。蒸汽作为传动介质是涡轮机的动力源，如何保证蒸汽在涡轮机中推动动力轴转动的过程中不泄漏对于提高蒸汽的利用效率至关重要。
例如船舶尾轴密封，目前主要为填料函式密封、Simplex密封、改进型空气密封等等，均为径向密封，随尾轴旋转振动不断磨损必然导致径向间隙增大，密封能力降低，增加尾轴进水风险。
目前对于涡轮机领域中传统的密封方式有迷宫式汽封，蜂窝式汽封，和刷式柔齿汽封等。传统动汽轮机均为径向汽封，包括各种先进现代密封技术，都会由于安装技术水平及机组启停，动静摩擦等等因素导致径向间隙越来越大，最终失去应有密封效果使机组能耗增大，因此，如何解决这些动力设备的传动介质的密封仍然是人们不断探索考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备传动轴流体介质轴向密封结构，在传统径向密封的基础上，利用稳定运行后设备动力轴的轴向窜动小的特点，考虑在轴侧端部通过设置的可位移压力环实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封，补充现有密封的不足，提高密封效果。
为了实现上述目的，本发明的方案是：
一种设备传动轴流体介质轴向密封结构，包括密封壳体，密封壳体与设备壳体固定连接，连接后的密封壳体推动一个静态密封环与设备壳体中动力轴上的转动部件垂直端面相贴，相贴形成的静、动密封阻止设备密封腔中传动介质沿动力轴泄漏，其中，所述密封壳体包括法兰盘和压力环，法兰盘与设备壳体密封固定连接，法兰盘设有中心孔，中心孔滑动套住压力环，压力环环绕设备动力轴沿法兰盘中心孔可前后位移，压力环内侧端面保持所述静态密封环，一个在法兰盘上设置的驱动装置驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。
方案进一步是：在所述静态密封环上设置有压力传感器或温度传感器或震动传感器，驱动装置根据传感器信号驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节
方案进一步是：压力环内侧端面上设置有环形槽口，所述静态密封环卧入环形槽口保持在压力环内侧端面上。
方案进一步是：所述环形槽口中设置有弹簧，静态密封环压住弹簧弹性卧入环形槽口中。
方案进一步是：所述环形槽口横断面呈“T”或“L”形，所述静态密封环横断面形状与环形槽口横断面形状相配。
方案进一步是：所述密封壳体是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成。
方案进一步是：所述压力环外侧端面向上凸起形成有面对法兰盘的圆盘，环绕圆盘均匀设置有多个导向孔，在法兰盘上与导向孔相对应设置有多个导向轴销，导向孔滑动套在导向轴销上稳定压力环前后位移，在圆盘与法兰盘之间设置有橡胶密封环。
方案进一步是：所述驱动装置是机械式液压驱动装置或气压驱动装置，液压驱动装置或气压驱动装置的驱动臂连接带动压力环前后位移。
方案进一步是：所述驱动装置是机械式电动驱动装置，包括在压力环外侧端面向上凸起形成的圆盘，法兰盘垂直于动力轴的外侧端面设有凸起，圆盘端面与法兰盘凸起端面相对，圆盘端面环绕均匀设置有多个平行于动力轴的位移螺栓，在法兰盘凸起端面与位移螺栓相对应设置有不穿透法兰盘的多个圆孔，法兰盘凸起外圆面设置有垂直于圆孔的环形凹槽，圆孔从环形凹槽穿过，在环形凹槽中圆孔位置设置有位移驱动螺母齿轮，位移螺栓插入圆孔旋入位移驱动螺母齿轮的內圆丝扣，在环形凹槽中围绕多个位移驱动螺母齿轮设置有位移驱动齿圈，位移驱动齿圈內圆齿与多个位移驱动螺母齿轮外圆齿相互啮合，位移驱动齿圈外圆斜齿与一个蜗杆相互啮合，一个伺服电机固定在法兰盘上与蜗杆连接，伺服电机驱动蜗杆转动，转动的蜗杆带动位移驱动齿圈转动，转动的位移驱动齿圈带动多个位移驱动螺母齿轮同步转动，多个位移驱动螺母齿轮同步转动带动位移螺栓沿圆孔位移进而带动压力环位移。
方案进一步是：所述密封壳体是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成，相应的所述位移驱动齿圈也是由两个对称的半圆位移驱动齿圈对接组成，所述位移螺栓在半圆盘端面均匀设置至少是3个。
本发明与现有技术的对比其优点是：在传统径向密封的基础上，利用稳定运行后设备动力轴的轴向窜动小的特点，考虑在轴侧端部通过设置的可位移压力环实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封，补充现有密封的不足，提高密封效果。通过设置的可位移压力环实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。
本发明可应用在各种机组高低压轴封端部，利用机组自带轴向端面或预留加工档汽盘实现密封。亦可应用与船舶尾轴等其他各种转动轴系需要流体介质密封的场所，由于结构简单，密封高效，因此可极大减小传统轴系密封设备体积，降低装备制造成本。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1 为本发明密封结构示意图；
图2为本发明汽轮机左侧端机械式电动驱动密封结构示意图；
图3为本发明机械式电动驱动半圆横断面结构示意图，图2的A向视图；
图4为本发明汽轮机右侧端机械式电动驱动密封结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地介绍本发明。应当注意，将描述各个方面，其中每个方面可以单独使用或组合使用。也就是说，任何给定的方面都可以用于不同实施例，除非明确表示为纯粹的替代。
此外，在下文中为了简单起见，通常总是提及一个项目。然而，除非明确提及，本实施例还可以包括许多特定项目。因此，词语“一”和“一个”的使用应被视为意味着在单个实施例中使用了至少一个项目。
在下文描述的方法中，方法的各个步骤可以以任何期望的顺序排列和/或组合，除非上下文另有明确说明。此外，除非另有明确说明，否则这些方法可以相互结合。
数值指示通常不应理解为精确值，但也应包含+/-1%至+/-10%的公差。
一种设备传动轴流体介质轴向密封结构，如图1所示，所述密封结构包括密封壳体1，密封壳体1与设备2的壳体201固定连接，连接后的密封壳体推动一个静态密封环3与设备中动力轴202上的转动部件203垂直端面相贴，相贴形成的静、动密封阻止设备密封腔中的压力传动介质沿动力轴202向外泄漏，以汽轮机为例，所述的转动部件203相当于在汽轮机轴端设置的挡汽环，用端盖扣压密封环这种密封结构可以认为是传统的密封结构设计。但是，设备在启动时动力轴会出现比较大的轴向窜动，如果初始阶段就将静态密封环3与设备中动力轴202上的转动部件203垂直端面相贴的很紧，势必会造成对静态密封环3的损加速磨损，失去密封效果。为此，作为本实施例的特征点在于静态密封环3通过一个可移动的压力环102推动实现对静态密封环3密封控制。为此，所述密封壳体包括法兰盘101和压力环102，法兰盘通过螺栓4与设备壳体201密封固定连接，法兰盘端面设有中心孔101-1，中心孔滑动套住压力环102，压力环102环绕设备的动力轴202沿法兰盘中心孔101-1可前后位移，压力环内侧端面保持所述静态密封环3，一个在法兰盘上设置的驱动装置驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节；为了精准控制，在静态密封环上设置有传感器5，例如：压力传感器或温度传感器或震动传感器，驱动装置根据传感器信号驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节；由于是密封调节，因此调节位移的距离很短，通常考虑到压缩，调节的距离不超过5mm，如果是金属密封距离就更短。实施例中：所述驱动装置是机械式液压驱动装置或气压驱动装置，图1示意的是液压驱动装置或气压驱动装置的缸体6固定在法兰盘上，液压驱动装置或气压驱动装置的驱动臂601连接带动压力环102前后位移。
压力环内侧端面保持所述静态密封环3可以有多种结构形式，例如可以通过定位销将静态密封环3固定在压力环内侧端面。本实施例的一个优选方案是：压力环内侧端面上设置有环形槽口102-1，所述静态密封环3卧入（嵌入）环形槽口保持在压力环内侧端面上。
在设备运行过程中，动力轴还是会出现轴向微微窜动的现象，在出现这种现象时往往会造成静态密封环3的加速磨损。为此，所述环形槽口102-1中设置有弹簧7，静态密封环3压住弹簧7弹性卧入环形槽口中。其中，卧入后通过在槽口侧壁设置限位销8和在密封环3设置的轴向滑槽301，限位销8插入密封环3设置的轴向滑槽301，使静态密封环3只能前后位移而不能随动力轴转动，为了压力环能够对静态密封环3前后位移控制，所述环形槽口横断面呈“T”或“L”形，所述静态密封环横断面形状与环形槽口横断面形状相配。
实施例中的设备包括涡轮机，涡轮机包括利用传动介质-高压汽体或水冲击叶轮转动而产生动力的发动机。发动机分为汽轮机、燃汽轮机和水轮机，其端部不是封闭的，动力轴通常是从端部伸出与发电机或其它被驱动设备连接，为了能够方便安装，以及平时的维护；因此，所述密封壳体1是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成。图3示意了半圆密封壳体。为了稳定压力环，所述压力环外侧端面向上凸起形成有面对法兰盘的圆盘102-2，环绕圆盘均匀设置有多个导向孔，在法兰盘上与导向孔相对应设置有多个导向轴销9，导向孔滑动套在导向轴销9上稳定压力环前后位移，在圆盘与法兰盘之间设置有耐温耐腐蚀的橡胶密封环10。
由于调节的距离很小，并且调节精度要求高；因此，一个优选方案是：所述驱动装置是采用螺纹丝杠调节的机械式电动驱动装置，如图2和图3所示，机械式电动驱动装置包括在压力环外侧端面向上凸起形成的圆盘102-1，法兰盘垂直于动力轴的外侧端面设有凸起101-2，圆盘端面a与法兰盘凸起端面b相对，圆盘端面环绕均匀设置有多个平行于动力轴的通孔，通孔中固定有位移螺栓10，在法兰盘凸起端面与位移螺栓相对应设置有不穿透法兰盘的多个圆孔101-3，法兰盘凸起外圆面设置有垂直于圆孔的环形凹槽101-4，圆孔从环形凹槽穿过，在环形凹槽中圆孔位置设置有位移驱动螺母齿轮11，位移驱动螺母齿轮11的内孔为螺纹丝扣孔，外圆为齿牙，位移螺栓10插入圆孔旋入位移驱动螺母齿轮11的內孔丝扣，在环形凹槽中围绕多个位移驱动螺母齿轮设置有位移驱动齿圈12，位移驱动齿圈內圆齿与多个位移驱动螺母齿轮外圆齿牙相互啮合，位移驱动齿圈外圆斜齿与一个蜗杆13相互啮合，一个伺服电机14固定在法兰盘上与蜗杆连接，伺服电机驱动蜗杆转动，转动的蜗杆带动位移驱动齿圈转动，转动的位移驱动齿圈带动多个位移驱动螺母齿轮同步转动，多个位移驱动螺母齿轮同步转动带动位移螺栓沿圆孔位移进而带动压力环位移。
图2示意的是汽轮机左侧端部采用螺纹调节的机械式电动驱动装置，图4示意的是汽轮机右侧端部采用螺纹调节的机械式电动驱动装置。
其中：所述密封壳体是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成，相应的所述位移驱动齿圈也是由两个对称的半圆位移驱动齿圈对接组成，所述多个通孔以及位移螺栓在半圆盘端面均匀设置至少是3个。
应用上述设备轴向密封结构的密封控制方法，将密封结构安装在设备壳体上，启动设备运转，其中，所述密封控制方法是：在设备运转参数未达到要求前驱动静态密封环脱离转动部件垂直端面，在设备运转参数达到要求后驱动静态密封环与转动部件垂直端面达到预先设置的压力阈值闭合密封，监控设备温度、振动、及介质压力变化，获取压力传感器信号实时调整静态密封环与转动部件垂直端面闭合密封紧密度，当设备温度、振动变化使压力传感器信号大于阈值时，回调静态密封环，否则向前调整，当介质（汽体）压力超出标准时，可以通过调整静态密封环放松密封降低介质（汽体）压力，总之，实施例的设备轴向密封结构实现了对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。
作为汽轮机带负荷，机组各项参数稳定之后，有一共同特点，轴向窜动量微乎其微，几乎为零，除非启停等特殊情况，实施例利用这一特性，在机组各项参数稳定之后，推动压力环将静态密封环紧靠挡风盘，所以在此状态下利用轴向密封技术，密封间隙可在1~2丝以内不发生变化，甚至密封间隙可达微米级，这种密封通过试验机对比非常明显，密封面经过磨合后几乎减少80%以上漏气。而在启停阶段调整静态密封环放松压力，减小摩擦。
因此，本实施例的结构结合智能控制技术，配合温度，振动传感器，机组启停各参数没达到要求前密封盘主动脱离，保护密封面有效，等机组参数达到要求后密封盘在驱动装置作用下慢慢闭合，同时监控温度，振动，及压力变化，实现轴向密封智能控制。
上述技术可应用在各种机组高、低压轴封端部，利用机组自带轴向端面或预留加工档汽盘实现密封。亦可应用与船舶尾轴等其他各种转动轴系需要流体介质密封的场所，由于结构简单，密封高效，因此可极大减小传统轴系密封设备体积，降低装备制造成本。
Claims (10)
1.一种设备传动轴流体介质轴向密封结构，包括密封壳体，密封壳体与设备壳体固定连接，连接后的密封壳体推动一个静态密封环与设备壳体中动力轴上的转动部件垂直端面相贴，相贴形成的静、动密封阻止设备密封腔中传动介质沿动力轴泄漏，其特征在于，所述密封壳体包括法兰盘和压力环，法兰盘与设备壳体密封固定连接，法兰盘设有中心孔，中心孔滑动套住压力环，压力环环绕设备动力轴沿法兰盘中心孔可前后位移，压力环内侧端面保持所述静态密封环，一个在法兰盘上设置的驱动装置驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，在所述静态密封环上设置有压力传感器或温度传感器或震动传感器，驱动装置根据传感器信号驱动压力环前后位移控制静态密封环与转动部件垂直端面的接触压力，实现对转动部件垂直端面与静态密封环之间静、动密封的动态调节。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，压力环内侧端面上设置有环形槽口，所述静态密封环卧入环形槽口保持在压力环内侧端面上。
4.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于，所述环形槽口中设置有弹簧，静态密封环压住弹簧弹性卧入环形槽口中。
5.根据权利要求3或4所述的密封结构，其特征在于，所述环形槽口横断面呈“T”或“L”形，所述静态密封环横断面形状与环形槽口横断面形状相配。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的密封结构，其特征在于，所述密封壳体是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成。
7.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述压力环外侧端面向上凸起形成有面对法兰盘的圆盘，环绕圆盘均匀设置有多个导向孔，在法兰盘上与导向孔相对应设置有多个导向轴销，导向孔滑动套在导向轴销上稳定压力环前后位移，在圆盘与法兰盘之间设置有橡胶密封环。
8.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述驱动装置是机械式液压驱动装置或气压驱动装置，液压驱动装置或气压驱动装置的驱动臂连接带动压力环前后位移。
9.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述驱动装置是机械式电动驱动装置，包括在压力环外侧端面向上凸起形成的圆盘，法兰盘垂直于动力轴的外侧端面设有凸起，圆盘端面与法兰盘凸起端面相对，圆盘端面环绕均匀设置有多个平行于动力轴的位移螺栓，在法兰盘凸起端面与位移螺栓相对应设置有不穿透法兰盘的多个圆孔，法兰盘凸起外圆面设置有垂直于圆孔的环形凹槽，圆孔从环形凹槽穿过，在环形凹槽中圆孔位置设置有位移驱动螺母齿轮，位移螺栓插入圆孔旋入位移驱动螺母齿轮的內圆丝扣，在环形凹槽中围绕多个位移驱动螺母齿轮设置有位移驱动齿圈，位移驱动齿圈內圆齿与多个位移驱动螺母齿轮外圆齿相互啮合，位移驱动齿圈外圆斜齿与一个蜗杆相互啮合，一个伺服电机固定在法兰盘上与蜗杆连接，伺服电机驱动蜗杆转动，转动的蜗杆带动位移驱动齿圈转动，转动的位移驱动齿圈带动多个位移驱动螺母齿轮同步转动，多个位移驱动螺母齿轮同步转动带动位移螺栓沿圆孔位移进而带动压力环位移。
10.根据权利要求9所述的密封结构，其特征在于，所述密封壳体是由两个对称的半圆密封壳体密封对接组成，相应的所述静态密封环也是由两个对称的半圆密封环密封对接组成，相应的所述位移驱动齿圈也是由两个对称的半圆位移驱动齿圈对接组成，所述位移螺栓在半圆盘端面均匀设置至少是3个。
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