CN218094244U - 水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，包括具有充气腔的橡胶管以及与橡胶管构成一体的向橡胶管的充气腔内输送压缩气体的供气管接头；其还包括橡胶管上的一组或多组多个防止气体泄漏的封闭式端头及由封闭式端头组成的剖分式接头，橡胶管在端头连接后形成圆环状的空气围带密封；橡胶管的剖分式接头由橡胶封闭层厚度控制在2mm至5mm之内的封闭式端头组成。本实用新型的封闭式端头之间的接触部分厚度更薄，使封闭式端头在受到压缩空气进行膨胀时容易变形，从而使本实用新型的接头膨胀变形更容易，其有利于充气膨胀空气围带密封实现无缺陷无泄漏密封，其具有端头厚度适中且易于变形、可靠性更高、密封性能好的技术优点。

Description

水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封

技术领域

本实用新型属于水轮机密封技术领域，具体涉及水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封。

背景技术

水轮发电机组广泛采用的充气膨胀橡胶管型式空气围带密封是水轮机检修密封装置的关键结构件，设置在检修密封装置检修密封座 1的环槽之中，由压缩空气7的充、排操作动作工作。当机组停机或需要停机检修时，检修密封装置的充气膨胀橡胶空气围带迅速在压缩空气7的压力作用下产生弹性变形和膨胀。由于受检修密封座1三面封闭只有面对水轮机转轮上冠法兰圆柱面的内环方向开敞，因此充气膨胀橡胶空气围带产生的轴截面尺寸变大膨胀效应能够使设计的空气围带紧紧贴在转轮或主轴的相关旋转柱面阻止从转轮工作室泄漏出的水流沿着转轮和水轮机主轴5轴身流向发电设备。停机结束时，因为撤出压缩空气7的操作，充气膨胀橡胶空气围带的形状尺寸回归设计的原状，水轮发电机组正常运转工作。

现有技术的水轮机充气膨胀橡胶管空气围带密封主要采用硅橡胶、三元乙丙橡胶、NBR普通丁腈橡胶和氯丁橡胶材料。

如图1—图2所示，现有技术的b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2，装配在检修密封座1环槽中组成的装配态水轮机检修密封装置；其包括检修密封座1、b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2、空气围带密封压环(盖)3、紧固螺栓4、水轮机主轴5、水轮机转轮工作室泄漏水流6、压缩空气7以及供气管接头8。b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2的橡胶管采用了形态上有利于膨胀变形的截面形状为“b” (英文字母B的小写)的橡胶管结构。b字形橡胶管的充气腔9为易于实现橡胶管在充入压力在0.7Mpa左右的压缩空气7时能充分膨胀并严密封闭间隙值3mm左右环状泄露空间工作的椭圆形结构。

如图2—图6所示，现有技术的b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2存在着多个问题：

其一是，现有技术的b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2的接头为直剖分20mm厚硬端头组合接头23，其包括b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2的剖分式接头的一个10mm厚左封闭端头21和剖分式接头的另一个10mm厚右封闭端头22；10mm厚左封闭端头21和10mm厚右封闭端头22组合形成的直剖分20mm厚硬端头组合接头23，直剖分20mm厚硬端头组合接头23是因为端头的橡胶闭口部位为防止出现因缺陷引起的压缩空气泄露而采用了厚度在10mm左右的高强度橡胶层而影响了端头变形的膨胀受限双端头组合接头；b型橡胶管空气围带密封的剖分式接头2还包括用于固定连接左封闭端头21和右封闭端头22的非金属定位销24。如图2所示，现有技术空气围带采用的直剖分20mm厚硬端头组合接头23在装配状态时，直剖分20mm厚硬端头组合接头23由于厚度太厚，同时左封闭端头21和右封闭端头 22的接头封闭处既没有受到高压压缩空气7的径向膨胀作用力，又受限于检修密封座1与密封压环(盖)3形成的半封闭限位，产生不了有效的与水轮机主轴5轴身配合实现密封功能的机械型态变化；使得现有技术充气膨胀橡胶管空气围带密封在接头部位不能膨胀的情况下带缺陷工作，从而存在可靠性低、密封性能差等问题。

其二是，现有技术的b型充气膨胀橡胶管空气围带密封2的密封功能设计是静态密封，其对密封可能遭遇动态密封工况和摩擦接触工况是不予考虑的，也因此现有技术相关空气围带密封的密封材料只主要考虑材料的伸缩可靠性、弹性特征和一定的机械强度以及主要采用的橡胶制品模压成型工艺的易于实现，这使现有技术空气围带密封的具备一定条件下可以承受出现动密封工况的能力有所缺失；即b型充气膨胀橡胶管空气围带密封与水轮机组的主轴或转轮组合系统接触的密封工作面存在着耐磨性低、耐热性低、抗撕裂性低等问题。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术的不足，提出一种利用空气流体在同一贯通空腔的橡胶管处于刚性封闭结构中时，其接头的封闭端头的橡胶隔离层厚度即使无限薄也因压力平衡而保持结构稳定的原理设计薄壁橡胶管端头的水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封。

本实用新型的目的是这样实现的：

水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，包括具有充气腔的橡胶管以及与橡胶管构成一体的向橡胶管的充气腔内输送压缩气体的供气管接头；其还包括橡胶管上的一组或多组多个防止气体泄漏的封闭式端头及由封闭式端头组成的剖分式接头，所述橡胶管在端头连接后形成圆环状的空气围带密封；所述橡胶管的剖分式接头由橡胶封闭层厚度控制在2mm至5mm之内的封闭式端头组成。

所述橡胶管的剖分式接头为斜面剖分式接头，所述斜面剖分式接头是由两个具有三角形形状的端头通过交错搭接配合组成的，对应地，橡胶管的三角形端头处的充气腔是用厚度不大于5mm的橡胶封闭层封闭通气口形成的三角形充气腔。

所述橡胶管用于与水轮机主轴接触一侧设有一层弹性耐磨耐热抗撕裂高强度的密封橡胶层。

所述密封橡胶层采用氢化丁腈橡胶、天然橡胶制成。

所述密封橡胶层的厚度小于2mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的橡胶管的剖分式接头由橡胶封闭层厚度控制在 2mm至5mm之内的封闭式端头组成。采用该技术措施，封闭式端头之间的接触部分厚度更薄，使封闭式端头在受到压缩空气进行膨胀时容易变形，从而使本实用新型的接头膨胀变形更容易。本实用新型的橡胶管接头采用了能保证橡胶管每一部分都充分变形膨胀的薄层橡胶封闭式端头开口的端头结构形式，有利于充气膨胀空气围带密封实现无缺陷无泄漏密封。

2.本实用新型的橡胶管接头薄层橡胶封口端头既可以是轴截面直剖分平面端头，也可以是斜面搭接配合的三角形端头，即三角形端头组合而成的斜面剖分式接头。斜面剖分式接头是由两个具有三角形形状的端头通过交错搭接配合组成的，对应的，橡胶管的三角形端头处的充气腔是三角形结构的三角形充气腔。而三角形端头组合的接头在使用胶粘剂辅助连接并定位装配后更有利于高压空气使橡胶管端头部位如橡胶管主体一样同步变形膨胀，保证密封功能充分实现；采用该技术措施，实现了在压缩空气压力作用下橡胶管膨胀时三角形端头与水轮机主轴接触无盲区，有利于空气围带密封实现无缺陷密封；采用该技术措施，具有结构简单、可靠性更高、密封性能好的技术优点。

3.本实用新型的橡胶管用于与水轮机主轴接触一侧的密封工作面上设有一层弹性耐磨耐热抗撕裂高强度的密封橡胶层。密封橡胶层一般采用氢化丁腈橡胶或天然橡胶制成。采用该技术措施，有利于改善在水轮机组刚进入停机工况但停机未稳及水轮机组刚进入启动工况的两种情况下，水轮机组的主轴或转轮组合系统与本实用新型的空气围带密封处于密封配合尚未完全解除接触状态的空气围带密封易于被损伤的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明

图1为现有技术一种b型充气膨胀橡胶管空气围带密封，装配在检修密封座环槽中组成的装配态水轮机检修密封装置；

图2是现有技术b型充气膨胀橡胶管空气围带密封的直剖分组合接头的装配状态；

图3为图2的b型充气膨胀橡胶管空气围带密封的结构示意图；

图4为图3的A-A剖示图；

图5为图3的Q处剖示图；

图6为图5的C-C剖示图；

图7为本实用新型的结构示意图；

图8为图7的B-B剖示图；

图9为图7的P处剖示图；

图10为图9的F-F剖示图；

图11为图7的P处连接剖示图；

附图标记：1—检修密封座；2—b型充气膨胀橡胶管空气围带密封；21—10mm厚左封闭端头；22—10mm厚右封闭端头；23—直剖分 20mm厚硬端头组合接头；24—非金属定位销；3—空气围带密封压环 (盖)；4—紧固螺栓；5—水轮机主轴；6—水轮机转轮工作室泄漏水流；7—压缩空气；8—供气管接头；9—充气腔；10—水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封；101—左三角形端头；102—右三角形端头；103—斜剖分式接头；104—三角形充气腔；105—橡胶封闭层； 11—密封橡胶层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施方式的描述中，需要说明的是，多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用型所述的剖分式接头方案适用于任意剖分式接头形成的充气膨胀橡胶管充气围带密封，也适用于其它轴截剖面结构形状的充气膨胀橡胶管空气围带密封。

如图7—图11所示，水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，包括具有充气腔的橡胶管以及与橡胶管构成一体的向橡胶管的充气腔内输送压缩气体的供气管接头8；其还包括橡胶管上的一组或多组多个防止气体泄漏的封闭式端头及由封闭式端头组成的剖分式接头，在此实施例中只采用了一组封闭式端头。橡胶管在端头连接后形成圆环状的空气围带密封；橡胶管的剖分式接头由橡胶封闭层105厚度控制在2mm至5mm之内的封闭式端头组成。根据实验，将橡胶管的剖分式接头的橡胶封闭层105厚度控制在2mm至5mm内；采用该技术，减少了两个端头的接合部的厚度，使其更容易变形，形成薄层易变形结构。即由于封闭式端头的充气腔采用了极薄的橡胶封闭层105结构，实际上即使在剖分型式的充气膨胀空气围带密封也有利于实现无缺陷密封。

具体地，如图9、图11所示，相对于现有的轴截面直剖分平面端头，此处橡胶管的剖分式接头为斜剖分式接头103，斜剖分式接头 103为两个剖分组合面是斜面的三角形形状的封闭式端头，即三角形端头；具体地，斜剖分式接头103采用了把b字型橡胶管空气围带密封的轴截剖面另以其椭圆型充气腔的椭圆长轴为基准进行夹角为 45°或者其它合适角度的剖切面剖；橡胶管通过相互配合的三角形端头密闭连接。三角形端头包括左三角形端头101和右三角形端头102，即形成两个相互配合的斜面封闭端头；左三角形端头101和右三角形端头102之间用定位销固定，形成完整的环状结构。同时充气腔在斜剖分结构部位分别形成了两个与三角形端头的形状相同的三角形充气腔104。两个三角形充气腔104的尖部部分彼此交汇，即左三角形端头101的C部与右三角形端头102的D部两个彼此交汇，且内部的三角形充气腔104的尖部也两个彼此交汇。这使得整个水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封10的接头部位在装配定位后因外侧的左三角形端头101的三角形充气腔104里的气压作用和膨胀作用结合内侧的密封工作面方向的右三角形端头102的三角形充气腔104里的气压作用和膨胀作用实现右三角形端头102径向膨胀且右三角形端头102的尖部也径向膨胀，密封工作面同步向水轮机转轮或主轴圆柱环面的膨胀并密封配合，从而提高密封效果。采用该技术措施，实现了在压缩空气7压力作用下橡胶管膨胀时三角形端头使与水轮机主轴5接触无盲区，有利于空气围带密封实现无缺陷密封；采用该技术措施，具有结构简单、可靠性更高、密封性能好的技术优点。本实用新型的斜剖分接头设计方案及工作原理是确定的、显而易见的。其既适用于b字形外形的和楕圆形橡胶管充气腔的充气膨胀橡胶管空气围带密封，也适用于橡胶管内腔形状和外形形状非楕圆形和非b字形的其他充气膨胀橡胶管空气围带密封。

在实际使用时，三角形端头的橡胶封闭层105厚度小于5mm，即橡胶管的三角形端头处的充气腔是用厚度不大于5mm的橡胶封闭层 105封闭通气口形成的三角形充气腔104。具体地，左三角形端头101 和右三角形端头102的橡胶封闭层105厚度即三角形充气腔104封口处橡胶层的厚度控制在5mm之内，即斜面剖分式接头103的两个三角形端头的三角形充气腔104的闭口橡胶层的总厚度不大于10mm；使左三角形端头101和右三角形端头102之间的接触部分的厚度更薄，使三角形端头在受到压缩空气7进行膨胀时容易变形，从而使右三角形端头102径向膨胀更容易。

在实际使用时，三角形端头的尖部角度为30°～60°。具体地，左三角形端头101和右三角形端头102的尖部角度可以任意设计，如 30°、40°、45°、50°、60°等。相应的，左三角形端头101和右三角形端头102内分别形成了与左三角形端头101和右三角形端头 102的端部角度相同的两个彼此交汇的三角形充气腔104。通常三角形端头的尖部角度控制在30～60°之间较为适宜，在充气腔的高度不变的情况下，使105长度即三角形充气腔104封口处橡胶层的长度更长，从而能实现具有更好的变形膨胀和密封。

如图7—图11所示，橡胶管用于与水轮机主轴5接触一侧设有一层弹性耐磨耐热抗撕裂高强度的密封橡胶层11。具体地，橡胶管主体一般为工艺性能更能保证质量的氯丁橡胶材质。其通过通过化学粘结剂粘合连接有一层密封工作层，密封工作层采用弹性好、耐磨、耐热、抗撕裂、高强度的密封橡胶层11。密封橡胶层11一般采用氢化丁腈橡胶、耐磨天然橡胶制成。

以下是橡胶管主体采用的通用型氯丁橡胶(CR)材料和通用丁腈橡胶材料(NBR)基本性能对照表及特别设计的特种氢化丁腈橡胶材料 (HNBR)耐磨材料性能表：

(注：资料来源：1、华南理工大学出版社梁耀能主编“机械工程材料“非金属材料橡胶部份，表10-4常用橡胶的种类、性能及用途；2、“特种橡胶制品”杂志2020年4月第41卷第二期论文“不同牌号氢化丁腈橡胶性能对比”逢见光著)

在实际使用时，密封橡胶层11厚度小于2mm。具体地，密封橡胶层11采用一层小于2mm厚的HNBR氢化丁腈橡胶材料制成，其无论在自然状态下还是安装在工作状态的检修密封座1环槽之中，橡胶管内充以单位压力为4kg/cm²-7kg/cm²的压缩空气7的膨胀量为大于6mm 充分保证对间隙为3-4mm的水轮机轴向环状泄漏间隙的完整、无缺陷密封；本实用新型的工作面复合上一层强度较橡胶管基体材料强度更高、耐磨耐撕裂性更优的氢化丁腈材料，或其他适当的橡胶材料，例如常见天然橡胶。采用该技术措施，有利于改善在水轮机组刚进入停机工况但停机未稳及水轮机组刚进入启动工况的两种情况下，水轮机组的主轴或转轮组合系统与本实用新型的空气围带密封处于密封配合尚未完全解除接触状态的空气围带密封易于被损伤的问题。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，包括具有充气腔的橡胶管以及与橡胶管构成一体的向橡胶管的充气腔内输送压缩气体的供气管接头；其还包括橡胶管上的一组或多组多个防止气体泄漏的封闭式端头及由封闭式端头组成的剖分式接头，所述橡胶管在端头连接后形成圆环状的空气围带密封；其特征在于：所述橡胶管的剖分式接头由橡胶封闭层厚度控制在2mm至5mm之内的封闭式端头组成。

2.根据权利要求1所述的水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，其特征在于：所述橡胶管的剖分式接头为斜面剖分式接头，所述斜面剖分式接头是由两个具有三角形形状的端头通过交错搭接配合组成的，对应地，橡胶管的三角形端头处的充气腔是用厚度不大于5mm的橡胶封闭层封闭通气口形成的三角形充气腔。

3.根据权利要求1所述的水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，其特征在于：所述橡胶管用于与水轮机主轴接触一侧设有一层弹性耐磨耐热抗撕裂高强度的密封橡胶层。

4.根据权利要求3所述的水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，其特征在于：所述密封橡胶层采用氢化丁腈橡胶、天然橡胶制成。

5.根据权利要求3或4所述的水轮机耐磨无泄漏充气膨胀空气围带密封，其特征在于：所述密封橡胶层的厚度小于2mm。

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