CN114198237A - 一种混流式水轮机的主轴密封装置 - Google Patents

一种混流式水轮机的主轴密封装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混流式水轮机的主轴密封装置，包括主轴、转轮和支持盖，主轴的下端通过法兰、螺柱和第一螺母与转轮的上端连接，主轴上套装有护管，支持盖的内壁上设置安装环板，安装环板的内环上固定有密封套，密封套的内壁与护管的外壁之间设置有O形密封圈，支持盖和转轮之间设置有升降环板，升降环板与转轮的上端面之间设置有弹性元件，升降环板上设置有截面形状为三角形的密封环，且三角形的一个角朝上布置，法兰的侧壁上设置有定位环，支持盖下部的内壁和定位环的外壁分别与密封环的两个斜面贴合。本发明可靠性高，密封效果好，还能对主轴起到保护作用，具有显著的经济价值和社会价值。

Description

一种混流式水轮机的主轴密封装置
技术领域
本发明涉及水轮机密封技术领域，具体涉及一种混流式水轮机的主轴密封装置。
背景技术
水电站是将水能转换为电能的综合工程设施，一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库、引水系统、发电厂房、机电设备等，水库的高水位水经引水系统流入发电厂房，推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，是水电站的主要动力设备，而混流式水轮机是水轮机中的一种，这种水轮机结构紧凑，效率较高，能够适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机形式之一，当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辅向进入、轴向流出，所以也成为辅向轴流式水轮机，它适用于水头自20米直到700米的范围内，机构简单，运行稳定，并且效率较高，是运用最广泛的一种水轮机。
在混流式水轮机的运行过程中，发现以下问题：水轮机的主轴密封在使用的过程中会与主轴之间产生较大的摩擦，进而产生大量热量，主轴及其密封机构温度都会升高，这样就会使得主轴密封的寿命下降的非常快，极易导致密封失效，出现漏水的问题，同时还会对主轴也产生一定的影响，不利于水轮机的稳定工作，也不利于水电站的长期正常运行；其次，在对主轴进行密封时，往往需要针对密封的结构对主轴进行二次加工，不仅会对主轴的完整性造成一定的破坏，还会增加设备制造的成本。因此，研制开发一种可靠性高，密封效果好，还能对主轴起到保护作用的混流式水轮机的主轴密封装置是客观需要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高，密封效果好，还能对主轴起到保护作用的混流式水轮机的主轴密封装置。
本发明的目的是这样实现的，包括主轴、转轮和支持盖，主轴的下端通过法兰、螺柱和第一螺母与转轮的上端连接，主轴上套装有护管，支持盖的内壁上设置安装环板，安装环板的内环上固定有密封套，密封套的内壁与护管的外壁之间设置有O形密封圈，护管的下端依次设置有盖板和筒节，筒节的下端与法兰表面之间设置有密封垫，螺柱的上端穿过盖板后通过第二螺母连接，支持盖和转轮之间设置有升降环板，升降环板与转轮的上端面之间设置有弹性元件，升降环板上设置有截面形状为三角形的密封环，且三角形的一个角朝上布置，法兰的侧壁上设置有定位环，支持盖下部的内壁和定位环的外壁分别与密封环的两个斜面贴合。
进一步的，第二螺母与盖板之间的螺柱上设置有弹簧垫圈。
进一步的，O形密封圈的数量的2个，分别位于密封套的上部和下部。
进一步的，密封套的内壁上加工有螺旋槽，密封套的侧壁上加工有进气孔和出气孔，进气孔与螺旋槽的上部连通，出气孔与螺旋槽的下部连通。
进一步的，密封环的截面形状为顶角朝上的等腰三角形。
进一步的，定位环上设置有泄水管，泄水管上设置有泄水阀。
进一步的，密封套下方的护管上水平设置有抗磨环板，安装环板的下表面上设置有环台，环台的下端面上加工有环形活塞孔，环形活塞孔内配合设置有橡胶活塞环，安装环板和环台上贯穿加工有与环形活塞孔顶部连通的充水孔。
进一步的，密封环的两个斜面上分别加工有若干条环槽。
进一步的，支持盖的内壁上设置有支撑环，支撑环上通过螺栓与安装环板连接。
进一步的，弹性元件包括圆周均布的若干伸缩杆，伸缩杆上设置有弹簧。
本发明的有益效果如下：
一是在本发明中设置了密封环，在弹性元件的作用下，升降环板和密封环被向上顶起，而密封环在向上移动时，其两个斜面就会分别与支持盖和定位环之间紧密贴合，形成本发明中的第一道密封，阻止水从支持盖和定位环之间的间隙渗入支持盖的内部，且在使用过程中，密封环受到了磨损时，由于弹性元件会将密封环顶起，密封环的两个斜面仍然能够与支持盖和定位环之间紧密贴合，保持较好的密封效果，相对于现有密封结构来说，密封可靠性更高。
二是本发明中设置了护管，护管套装在主轴上，使用时，随着主轴一同转动，其余动密封结构设置在护管上，避免了主轴受到的磨损，起到了保护主轴的作用，同时，还可以避免针对密封结构对主轴进行的二次加工，能够保证主轴的完整性，既可以保证主轴较好的工作性能，延长其使用寿命，又能免除二次加工所需的加工费用，降低主轴的加工成本。
三是在护管和密封套之间设置了O形密封圈，形成第二道密封，即使第一道密封失效，O形密封圈也能起到密封作用，提高了整个密封装置的密封效果。
综上所述，本发明可靠性高，密封效果好，还能对主轴起到保护作用，具有显著的经济价值和社会价值。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中节点A 的放大结构示意图；
图中：1-主轴，2-转轮，3-支持盖，4-法兰，5-螺柱，6-第一螺母，7-护管，8-支撑环，9-安装环板，10-密封套，11-O形密封圈，12-盖板，13-筒节，14-密封垫，15-第二螺母，16-升降环板，17-伸缩杆，18-弹簧，19-密封环，20-定位环，21-弹簧垫圈，22-螺旋槽，23-进气孔，24-出气孔，25-泄水管，26-抗磨环板，27-环台，28-橡胶活塞环，29-充水孔，30-环槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1～2所示，本发明包括主轴1、转轮2和支持盖3，主轴1的下端通过法兰4、螺柱5和第一螺母6与转轮2的上端连接，主轴1、转轮2和支持盖3均为现有结构，支持盖3的上端与水轮机的顶盖连接，主轴1位于支持盖3的内部，支持盖3的内部为一个封闭空间，本发明的目的就在于防止进入水轮机的水流进入该封闭空间，进而防止水流淹没到轴承等其余部件，保障水轮机的长期正常运行，主轴1上套装有护管7，支持盖3的内壁上设置安装环板9，安装环板9的内环上固定有密封套10，密封套10的内壁与护管7的外壁之间设置有O形密封圈11，护管7的下端依次设置有盖板12和筒节13，筒节13的下端与法兰4表面之间设置有密封垫14，为了便于密封垫14和筒节13的安装及定位，并提高密封效果，可在法兰4外壁的上部加工一个环形槽，安装时，密封垫14安装在环形槽内，筒节13的下端插入该环形槽，螺柱5的上端穿过盖板12后通过第二螺母15连接，支持盖3和转轮2之间设置有升降环板16，升降环板16与转轮2的上端面之间设置有弹性元件，弹性元件为现有结构，能够伸缩，能够将升降环板16顶起，并保持升降环板16长期处于顶起状态即可，升降环板16上设置有截面形状为三角形的密封环19，且三角形的一个角朝上布置，法兰4的侧壁上设置有定位环20，支持盖3下部的内壁和定位环20的外壁分别与密封环19的两个斜面贴合，两个贴合面即为两个密封面，防止水流从支持盖3与定位环20之间的间隙流入支持盖3的内部。
本发明中设置了密封环19，在弹性元件的作用下，升降环板16和密封环19被向上顶起，而密封环19在向上移动时，其两个斜面就会分别与支持盖3和定位环20之间紧密贴合，形成本发明中的第一道密封，阻止水从支持盖3和定位环20之间的间隙渗入支持盖3的内部，且在使用过程中，密封环19受到了磨损时，由于弹性元件会将密封环19顶起，密封环19的两个斜面仍然能够与支持盖3和定位环20之间紧密贴合，保持较好的密封效果，相对于现有密封结构来说，密封可靠性更高；本发明中设置了护管7，护管7套装在主轴1上，使用时，随着主轴1一同转动，其余动密封结构设置在护管7上，避免了主轴1受到的磨损，起到了保护主轴1的作用，同时，还可以避免针对密封结构对主轴1进行的二次加工，能够保证主轴1的完整性，既可以保证主轴1较好的工作性能，延长其使用寿命，又能免除二次加工所需的加工费用，降低主轴1的加工成本；在护管7和密封套10之间设置了O形密封圈11，形成第二道密封，即使第一道密封失效，O形密封圈11也能起到密封作用，提高了整个密封装置的密封效果。
第二螺母15与盖板12之间的螺柱5上设置有弹簧垫圈21，弹簧垫圈21可对第二螺母15形成预紧力，防止第二螺母15在运行过程中出现松动。
优选地，O形密封圈11的数量的2个，分别位于密封套10的上部和下部，具体的数量和位置可根据实际情况确定。
密封套10的内壁上加工有螺旋槽22，密封套10的侧壁上加工有进气孔23和出气孔24，进气孔23与螺旋槽22的上部连通，出气孔24与螺旋槽22的下部连通，当O形密封圈11损坏时，可通过进气孔23向螺旋槽22内通入带压气体，气体的压力大于密封套10内壁和护管7外壁之间水流的水压，气体的流动能够阻挡水流的流动，起到防止漏水的作用。
密封环19的截面形状为顶角朝上的等腰三角形，等腰三角形的结构，可使得密封环19两个斜面上的受力较为平衡，有利于维持密封环19较好的密封性能。
定位环20上设置有泄水管25，泄水管25上设置有泄水阀，当本发明中第一道密封的密封性能降低，会少量漏水或是直接失效时，水进入定位环20上方的空间内，这时，可开启泄水阀，通过泄水管25将这些水排走，实际使用时，为了便于控制，泄水阀选用电磁阀。
密封套10下方的护管7上水平设置有抗磨环板26，安装环板9的下表面上设置有环台27，环台27的下端面上加工有环形活塞孔，环形活塞孔内配合设置有橡胶活塞环28，橡胶活塞环28与环形活塞孔的连接结构为现有技术，橡胶活塞环28能够在环形活塞孔内上下移动，安装环板9和环台27上贯穿加工有与环形活塞孔顶部连通的充水孔29，使用时，通过充水孔29向环形活塞孔的顶部充入清洁水，随着水压的增加，橡胶活塞环28向下移动，其下端面紧压在抗磨环板26上，实际使用时，清洁水的压力根据实际需要确定，既能使橡胶活塞环28的下端紧压在抗磨环板26上，起到密封作用，又能保证抗磨环板26能够顺利的随着护管7转动，通过该结构的设置，在本发明的两道密封之间再次增加一道密封，可大幅提高本发明的密封性能。
密封环19的两个斜面上分别加工有若干条环槽30，环槽30的尺寸和数量根据需要确定，当水从缝隙内进入环槽30内后，能够形成多道水膜密封，用以提高密封环19的密封性能。
为了便于安装环板9的安装，支持盖3的内壁上设置有支撑环8，支撑环8上通过螺栓与安装环板9连接，支撑环8固定在支持盖3上，支撑环8与支持盖3之间通过螺栓连接，方便快捷，在实际使用过程中，为了提高密封性能，可在支撑环8与安装环板9之间设置密封环垫。
弹性元件包括圆周均布的若干伸缩杆17，伸缩杆17上设置有弹簧18，使用时，伸缩杆17的上端与升降环板16连接，下端与转轮2的上端面连接，伸缩杆17能够在竖直方向上自由伸缩，弹簧18设置与伸缩杆17上，在弹簧18的作用下，升缩杆17伸长，将升降环板16举起，从而将密封环19举起，使得密封环19的一个斜面与支持盖3下部的内壁贴合，另一个斜面与定位环20的外壁贴合，保证两个贴合面始终具有较好的密封效果。

Claims (10)

1.一种混流式水轮机的主轴密封装置，包括主轴（1）、转轮（2）和支持盖（3），所述主轴（1）的下端通过法兰（4）、螺柱（5）和第一螺母（6）与转轮（2）的上端连接，其特征在于:所述主轴（1）上套装有护管（7），所述支持盖（3）的内壁上设置安装环板（9），安装环板（9）的内环上固定有密封套（10），密封套（10）的内壁与护管（7）的外壁之间设置有O形密封圈（11），所述护管（7）的下端依次设置有盖板（12）和筒节（13），筒节（13）的下端与法兰（4）表面之间设置有密封垫（14），所述螺柱（5）的上端穿过盖板（12）后通过第二螺母（15）连接，所述支持盖（3）和转轮（2）之间设置有升降环板（16），升降环板（16）与转轮（2）的上端面之间设置有弹性元件，所述升降环板（16）上设置有截面形状为三角形的密封环（19），且三角形的一个角朝上布置，所述法兰（4）的侧壁上设置有定位环（20），所述支持盖（3）下部的内壁和定位环（20）的外壁分别与密封环（19）的两个斜面贴合。
2.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述第二螺母（15）与盖板（12）之间的螺柱（5）上设置有弹簧垫圈（21）。
3.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述O形密封圈（11）的数量的2个，分别位于密封套（10）的上部和下部。
4.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述密封套（10）的内壁上加工有螺旋槽（22），所述密封套（10）的侧壁上加工有进气孔（23）和出气孔（24），进气孔（23）与螺旋槽（22）的上部连通，出气孔（24）与螺旋槽（22）的下部连通。
5.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述密封环（19）的截面形状为顶角朝上的等腰三角形。
6.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述定位环（20）上设置有泄水管（25），泄水管（25）上设置有泄水阀。
7.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述密封套（10）下方的护管（7）上水平设置有抗磨环板（26），所述安装环板（9）的下表面上设置有环台（27），环台（27）的下端面上加工有环形活塞孔，所述环形活塞孔内配合设置有橡胶活塞环（28），所述安装环板（9）和环台（27）上贯穿加工有与环形活塞孔顶部连通的充水孔（29）。
8.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述密封环（19）的两个斜面上分别加工有若干条环槽（30）。
9.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于: 所述支持盖（3）的内壁上设置有支撑环（8），支撑环（8）上通过螺栓与安装环板（9）连接。
10.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机的主轴密封装置，其特征在于:所述弹性元件包括圆周均布的若干伸缩杆（17），伸缩杆（17）上设置有弹簧（18）。
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