CN211875105U

CN211875105U - 一种水轮机主轴密封装置

Info

Publication number: CN211875105U
Application number: CN202020193307.9U
Authority: CN
Inventors: 张振亚
Original assignee: SHANGHAI WINNER ENGINEERING Ltd
Current assignee: SHANGHAI WINNER ENGINEERING Ltd
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2030-02-21

Abstract

本实用新型提供了一种水轮机主轴密封装置，包括：密封衬套、第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座、第一唇形密封件以及第二唇形密封件，其中，第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座均位于密封衬套的外侧并与密封衬套的外壁之间形成间隙；第一密封基座的内壁沿周向开设有第一密封沟槽，第一唇形密封件安装在第一密封沟槽内；第一唇形密封件为环状，具有左右对称设置的二个上唇口以及二个下唇口，上唇口与下唇口之间形成U形槽；第三密封基座的内壁沿周向开设有第二密封沟槽，第二唇形密封件安装在第二密封沟槽内；第二唇形密封件为环状，具有一个上唇口和一个下唇口，上唇口与下唇口之间形成U形槽；第二密封基座沿径向开设有冲洗孔。

Description

一种水轮机主轴密封装置

技术领域

本实用新型涉及机械密封技术领域，特别涉及一种水轮机主轴密封装置。

背景技术

水轮机转轮止漏环会产生少量漏水，这些漏水会沿着主轴与壳体之间的间隙进入机坑，妨碍其他设备的正常运行，因此必须在主轴上设置止漏密封装置(简称主轴密封)。

现有技术中，水轮机的主轴密封通常采用盘根密封，压缩盘根依靠外力作用产生压缩变形，填充需要密封的间隙，从而达到密封目的。为了保证密封效果，压缩盘根通常需要多环组合。盘根环数量愈多，深处的盘根环愈难以充分压紧，达不到预期的效果；若深处盘根环充分压紧，则孔口处的盘根环被过度压缩，磨损严重。为使各环均匀压紧，通常采用两组盘根环串联的结构形式，上一级的盘根函同时充当下一级的压盖，从而提高密封的效果。为避免下一级盘根环的干摩擦，在两组中间有水环，以通入冲洗水。如图1所示，图中示意了一种典型盘根密封情况，图中1为主轴、2为压盖、3为盘根、4为水环、5 为螺栓安装孔。该盘根密封中共五道盘根环3，其中两道在内，三道在外，中间被水环4隔开。在外的三道盘根环3被压盖2通过螺栓压紧，在内的两道盘根环3被水环4压紧。

然而，盘根密封存在易损坏、使用寿命低、密封效果不佳、泄漏量较大的缺陷，特别是在较高转速或水质较差水电站，其缺陷更为明显。通常在水电站系统中，主轴密封装在水导轴承下面，一旦压力水从主轴和顶盖之间渗入基坑，将会破坏水导轴承，影响整个机组运行。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种密封可靠、维修更换方便、使用寿命长的水轮机主轴密封装置。

本实用新型提供的水轮机主轴密封装置，具有这样的特征，包括：安装于主轴外周，其特征在于，包括：密封衬套、第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座、第一唇形密封件以及第二唇形密封件，其中，密封衬套套装在主轴上；第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座依次设置且均位于密封衬套的外侧并与密封衬套的外壁之间形成间隙；第一密封基座通过第一螺栓固定在水轮机壳体上；第三密封基座、第二密封基座通过第二螺栓连接并通过第二螺栓与第一密封基座相固定；第一密封基座的内壁沿周向开设有第一密封沟槽，第一唇形密封件安装在第一密封沟槽内；第一唇形密封件为环状，具有与第一密封沟槽的槽壁相接触的外侧部分以及与密封衬套相接触的内侧部分，第一唇形密封件的外侧部分为左右对称设置的二个上唇口，第一唇形密封件的内侧部分为左右对称设置的二个下唇口，上唇口与下唇口之间形成U形槽；第三密封基座的内壁沿周向开设有第二密封沟槽，第二唇形密封件安装在第二密封沟槽内；第二唇形密封件为环状，具有与第二密封沟槽的槽壁相接触的外侧部分以及与密封衬套相接触的内侧部分，第二唇形密封件的外侧部分为一个上唇口，第二唇形密封件的内侧部分为一个下唇口，上唇口与下唇口之间形成 U形槽；第二密封基座沿径向开设有从外壁贯通至内壁的冲洗孔。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，上唇口的长度大于下唇口的长度。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，第二唇形密封件上沿周向开设有凹槽，该凹槽内安装有耐挤出环，耐挤出环卡合于凹槽内并套设在密封衬套上。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一唇形密封件、第二唇形密封件均为开口式环状结构。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座分别为由二个半环拼接而成的整环结构。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座均开设有止口并在止口内安装有橡胶垫片。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，橡胶垫片为开口式橡胶垫片。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座均开设有密封圈沟槽并在密封圈沟槽内安装有O形圈。

在本实用新型提供的水轮机主轴密封装置中，还可以具有这样的特征：其中，O形圈为开口式O形圈。

本实用新型的作用和效果：

本实用新型的水轮机主轴密封装置为集装式结构，第三密封基座、第二密封基座通过第二螺栓连接并通过第二螺栓与第一密封基座相固定，第一密封基座通过第一螺栓固定在水轮机壳体上。该水轮机主轴密封装置可整个替代传统压缩盘根的密封系统。

本实用新型的水轮机主轴密封装置各部件配合科学合理，不容易磨损，使用寿命延长。

本实用新型的水轮机主轴密封装置中通过第一唇形密封件和第二唇形密封件来实现密封，其密封效果可靠，可实现零泄漏。

本实用新型的水轮机主轴密封装置中第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座分别为由二个半环拼接而成的整环结构，第一唇形密封件、第二唇形密封件均为开口式环状结构。橡胶垫片和O形圈也为开口式，因此，方便其在线拆卸安装，可以减少停机，在后续检修维护时方便了零部件的更换操作。

附图说明

图1是现有技术中主轴密封装置的剖面结构示意图；

图2是本实用新型的实施例中水轮机主轴密封装置的剖面结构示意图(图中仅示意剖面上面半部分，省略了剖面下半部分，剖面下半部分与剖面上边部分结构对称)；

图3是本实用新型的实施例中第一唇形密封件的截面示意图；

图4是本实用新型的实施例中第一唇形密封件的工作原理示意图；

图5是本实用新型的实施例中第二唇形密封件的截面示意图；

图6是本实用新型的实施例中第二唇形密封件的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的水轮机主轴密封装置作具体阐述。

<实施例>

如图2所示，本实施例中的水轮机主轴密封装置100包括：密封衬套11、第一密封基座12、第二密封基座13、第三密封基座14、第一唇形密封件15、第二唇形密封件16、耐挤出环17、第一螺栓18、第二螺栓19、橡胶垫片21～22、O形圈23～25。

密封衬套11套装在主轴1上，密封衬套11采用高硬度不锈钢 (1Cr17Ni2)材质。

第一密封基座12、第二密封基座13、第三密封基座14依次设置且均位于密封衬套11的外侧，并均与密封衬套11的外壁之间形成间隙。第一密封基座12、第二密封基座13、第三密封基座14均为不锈钢材质。第一密封基座12、第二密封基座13、第三密封基座14分别是由二个半环拼接而成的整环结构，这样方便安装和拆卸。第一密封基座12在如图2所示的左侧端面开设有嵌合槽122，第二密封基座 13相匹配嵌合安装在嵌合槽122内。第二密封基座13在如图2所示的左侧端面开设有嵌合槽141，第三密封基座14相匹配嵌合安装在嵌合槽122内。第三密封基座14、第二密封基座13通过若干第二螺栓19相连接，并且第三密封基座14、第二密封基座13通过这些第二螺栓19实现与第一密封基座12相固定连接成一体。第一密封基座 12通过若干第一螺栓18固定在水轮机壳体(图中未示)上。在安装时，可以将水轮机主轴密封装置100各部件套在主轴上进行组装完成后，再通过第一螺栓18将整个水轮机主轴密封装置100固定在水轮机壳体上。

第一密封基座12在如图2所示的右侧端面为与水轮机壳体相连接的端面，在该右侧端面开设有止口121，止口121内安装有橡胶垫片(图中未示)。第二密封基座13在如图2所示的右侧端面开设有止口，止口内安装有橡胶垫片21。第二密封基座14在如图2所示的右侧端面开设有止口，止口内安装有橡胶垫片22。这些止口分别用于第一密封基座12、第二密封基座13、第三密封基座14的定位安装，橡胶垫片用于填充安装间隙并防止外界杂质进入。橡胶垫片为圆环形状，为开口式，在安装时通过胶粘剂粘接为整圈，方便安装和拆卸。

第一密封基座12在如图2所示的右侧端面设置有密封圈沟槽并在密封圈沟槽内安装有O形圈23。第二密封基座13在如图2所示的右侧端面设置有密封圈沟槽并在密封圈沟槽内安装有O形圈24。第三密封基座13在如图2所示的右侧端面设置有密封圈沟槽并在密封圈沟槽内安装有O形圈25。O形圈23～25均为开口式，在安装时通过胶粘剂粘接为整圈，方便安装和拆卸。

第一密封基座12的内壁沿周向开设有第一密封沟槽123，第一唇形密封件15安装在第一密封沟槽123内。第三密封基座14的内壁沿周向开设有第二密封沟槽142，第二唇形密封件16安装在第二密封沟槽142内。第二密封基座13沿径向开设有从外壁贯通至内壁的冲洗孔131，方便冲洗循环水进入和排出。

第一唇形密封件15、第二唇形密封件16材质均为耐水解型聚氨酯，聚氨酯材料具有耐磨性能好、弹性高等特点，可以保证密封效果和使用寿命。

第一唇形密封件15为开口式环状结构，在安装时通过胶粘剂粘接为整圈，方便安装和拆卸。如图3～4所示，第一唇形密封件15的截面呈左右对称形状，第一唇形密封件15具有外侧部分和内侧部分，外侧部分与第一密封沟槽123的槽壁相接触，内侧部分与密封衬套11相接触。如图3所示，从其截面图看，第一唇形密封件15的外侧部分为左右对称设置的二个上唇口151，第一唇形密封件15的内侧部分为左右对称设置的二个下唇口152，上唇口151与下唇口152之间形成U形槽153。上唇口151的长度大于下唇口152的长度。

如图4所示，工作时，冲洗水流(图4左侧箭头所示)经由第一唇形密封件15的下唇口152与第一密封沟槽123之间的间隙进入U 形槽153，水压将唇口撑开。水压越大，唇口张开的越大，过盈量和密封力就越大。同时，需要密封的河水(图4右侧箭头所示)也进入右侧的U形槽153。由于水轮机在工作时冲洗水流的水压会一直保持比河水压力高2bar，第一唇形密封件15将一直位于第一密封沟槽123 的右侧(呈如图4所示)。冲洗水流为清洁水，虽然和第一唇形密封件15接触面积更大，但不会损坏唇形密封。河水杂质多，但和第一唇形密封件15接触面积小，降低了对唇形密封的摩擦损坏。即使少量河水通过第一唇形密封件15泄漏，也会进入冲洗水循坏系统，经过滤器后除掉杂质，避免进一步的损坏。

第二唇形密封件16为开口式环状结构，在安装时通过胶粘剂粘接为整圈，方便安装和拆卸。如图5～6所示，第二唇形密封件16外侧部分和内侧部分，外侧部分与第二密封沟槽142的槽壁相接触，内侧部分与密封衬套11相接触。如图5所示，从其截面图看，外侧部分为一个上唇口161，内侧部分为一个下唇口162，上唇口161与下唇口162之间形成U形槽163。上唇口161的长度大于下唇口162的长度。第二唇形密封件16上沿周向开设有凹槽，该凹槽内安装有耐挤出环17，耐挤出环卡17合于凹槽内并套设在密封衬套11上，且耐挤出环卡17的宽度大于密封衬套11与第三密封基座14之间的挤出间隙的宽度。耐挤出环卡17为聚醚醚酮材质，聚醚醚酮的强度和硬度高，可以适用100bar以上的挤出压力。

如图6所示，第二唇形密封件16为单向密封，只密封冲洗水流 (图6中右侧箭头所示)，其密封工作原理与第一唇形密封件15的原理相似，此处不再赘述。由于第二唇形密封件16是单向密封，冲洗水流的压力较高，增加了耐挤出环卡17可以防止第二唇形密封件16从挤出间隙处挤出，保证了第二唇形密封件16的工作可靠性。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种水轮机主轴密封装置，安装于主轴外周，其特征在于，包括：密封衬套、第一密封基座、第二密封基座、第三密封基座、第一唇形密封件以及第二唇形密封件，

其中，所述密封衬套套装在所述主轴上；

所述第一密封基座、所述第二密封基座、所述第三密封基座依次设置且均位于所述密封衬套的外侧并与所述密封衬套的外壁之间形成间隙；

所述第一密封基座通过第一螺栓固定在水轮机壳体上；

所述第三密封基座、所述第二密封基座通过第二螺栓连接并通过第二螺栓与所述第一密封基座相固定；

所述第一密封基座的内壁沿周向开设有第一密封沟槽，所述第一唇形密封件安装在所述第一密封沟槽内；

所述第一唇形密封件为环状，具有与第一密封沟槽的槽壁相接触的外侧部分以及与所述密封衬套相接触的内侧部分，所述第一唇形密封件的外侧部分为左右对称设置的二个上唇口，所述第一唇形密封件的内侧部分为左右对称设置的二个下唇口，上唇口与下唇口之间形成U形槽；

所述第三密封基座的内壁沿周向开设有第二密封沟槽，所述第二唇形密封件安装在所述第二密封沟槽内；

所述第二唇形密封件为环状，具有与第二密封沟槽的槽壁相接触的外侧部分以及与所述密封衬套相接触的内侧部分，所述第二唇形密封件的外侧部分为一个上唇口，所述第二唇形密封件的内侧部分为一个下唇口，上唇口与下唇口之间形成U形槽；

所述第二密封基座沿径向开设有从外壁贯通至内壁的冲洗孔。

2.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述上唇口的长度大于所述下唇口的长度。

3.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述第二唇形密封件上沿周向开设有凹槽，该凹槽内安装有耐挤出环，

所述耐挤出环卡合于所述凹槽内并套设在所述密封衬套上。

4.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述第一唇形密封件、所述第二唇形密封件均为开口式环状结构。

5.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述第一密封基座、所述第二密封基座、所述第三密封基座分别为由二个半环拼接而成的整环结构。

6.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述第一密封基座、所述第二密封基座、所述第三密封基座均开设有止口并在所述止口内安装有橡胶垫片。

7.如权利要求6所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述橡胶垫片为开口式橡胶垫片。

8.如权利要求1所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述第一密封基座、所述第二密封基座、所述第三密封基座均开设有密封圈沟槽并在所述密封圈沟槽内安装有O形圈。

9.如权利要求8所述的水轮机主轴密封装置，其特征在于：

其中，所述O形圈为开口式O形圈。