CN219795435U - 一种水轮机活动导叶端面密封系统 - Google Patents

Abstract

一种水轮机活动导叶端面密封系统，包括导叶端面密封结构，导叶端面密封结构分别安装在水轮机的顶盖和底环上，导叶端面密封结构用于在活动导叶关闭时与活动导叶的端面形成水密封，导叶端面密封结构包括密封块，顶盖和底环上分别设有密封槽，密封块滑动密封的安装在密封槽内，密封槽的底部设有压力孔，压力孔通过供压管道与供压系统连接，活动导叶的外侧还设有测压孔，测压孔通过测压管道与供压系统连接，供压系统通过测压管道内的压力控制供压管道的通断。通过活动导叶外部的水压控制供压系统，从而控制供压管道的通断，使供压管道能够自适应的启动，解决了供压管道的控制以及密封泄漏的问题。

Description

一种水轮机活动导叶端面密封系统

技术领域

本实用新型涉及水电站水轮发电机组技术领域，尤其涉及一种水轮机活动导叶端面密封系统。

背景技术

水轮机导水机构中活动导叶密封包括导叶上下端面的密封，密封种类有金属密封和非金属密封两种密封结构。金属密封是指导叶与底环、导叶与顶盖之间紧密接触型密封，导叶全关时导叶与底环、导叶与顶盖之间金属刚性接触实现密封作用。这种密封形式一方面对活动导叶翼型结构要求较高,制造加工难度大,现场安装时还需要研配再处理；另一方面长期使用后，遭受水压力及空蚀的作用，导叶发生变形，其理论密封点与实际密封点出现偏差 ,降低导叶密封的可靠性。非金属性结构密封则是在导叶与底环、导叶与顶盖处设置非金属密封件产生较大的压紧量实现密封效果,例如CN214499290U公开的一种提高导叶端面密封性能的密封装置，这种密封结构虽然密封效果可佳,但活动导叶密封处采用非金属密封结构的水轮机组，导叶密封件由于反复挤压摩擦，密封件经常出现损坏、压溃的现象,导致泄漏。

另外，中国专利文献CN110685844A，公开/公告日：2020年1月14日，公开了一种水轮机活动导叶端面密封结构，通过管路向本端面密封部A中通入压力可调的介质，以使端面密封条变形，从而推动端面密封块使其具有向活动导叶运动的趋势以完成对活动导叶的密封，但并未解决如何对管道进行自适应控制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种水轮机活动导叶端面密封系统，解决了供压管道的控制以及密封泄漏的问题。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种水轮机活动导叶端面密封系统，包括导叶端面密封结构，导叶端面密封结构分别安装在水轮机的顶盖和底环上，导叶端面密封结构用于在活动导叶关闭时与活动导叶的端面形成水密封，所述导叶端面密封结构包括密封块，所述顶盖和底环上分别设有密封槽，密封块密封的安装在密封槽内，密封槽的底部设有压力孔，压力孔通过供压管道与供压系统连接，所述活动导叶的外侧还设有测压孔，与测压孔连接的测压管道上安装有压力传感器，供压系统通过压力传感器控制供压管道的通断和卸压。

所述密封块下侧设有压力腔。

所述压力腔内安装有气囊，气囊的充压嘴与压力孔连接。

所述压力孔的上端设有安装孔，气囊的充压嘴插入在安装孔内，充压嘴的外圆周壁与安装孔密封连接固定。

所述密封块的两侧还分别安装有压块，压块靠密封块一侧的下端设有限位滑槽，密封块靠压块一侧的下端设有突出部，所述压块的限位滑槽与密封块的突出部配合，将密封块限位在密封槽内，所述压块通过螺栓与顶盖或底环连接。

所述压块的限位滑槽顶部与密封块的突出部顶部间隔一段距离，密封块的突出部能够在限位滑槽内上下滑动一段距离。

所述供压系统包括第一电磁阀，第一电磁阀与压力传感器电性连接，第一电磁阀的入口端与气源管道连接，第一电磁阀的出口端通过供气管道与供压管道连接；所述供压管道上还安装有卸压电磁阀，卸压电磁阀与压力传感器电性连接，或者与控制活动导叶开闭的控制器电性连接。

所述供压系统上还安装有液压系统，所述液压系统包括插装阀，插装阀的压力控制端通过控制管道与供气管道连接，插装阀的入口端与高压水管道连接，插装阀的出口端通过液压管道与供压管道连接，所述供气管道上安装有第一单向阀，液压管道上安装有第二单向阀。

所述液压系统还包括第二电磁阀，第二电磁阀与压力传感器电性连接，第二电磁阀的入口端与高压水管道连接，第二电磁阀的出口端与插装阀的入口端管道连接。

本实用新型有如下有益效果：

1、通过在底环上位于活动导叶的外侧设有测压孔，与测压孔连接的测压管道上安装有压力传感器，供压系统通过压力传感器控制供压管道的通断和卸压。当活动导叶开启时，测压管道内的压力小，不开启供压系统，此时供压管道内无压力，密封块下侧无压力；当活动导叶开启关闭时，测压管道内的压力大，压力传感器启动供压系统，此时供压管道输出压力，密封块下侧有压力，从而将密封块膨胀或者推动，使密封块与活动导叶的端面紧密接触，从而形成水密封。通过活动导叶外部的水压控制供压系统，从而控制供压管道的通断和卸压，使供压管道能够自适应的启动，解决了供压管道的控制问题以及密封块过渡磨损泄漏的问题。

2、通过设置气囊，密封性更好，使供压管道输出的压力不易泄漏，并且在气囊充压膨胀时，密封块膨胀或者上移形成密封，当气囊未充压时，密封块回缩，不与活动导叶的端部接触，减少摩擦损耗，延长密封块的使用寿命。

3、供压系统上还安装有液压系统，为密封块提供备用工作压力，系统更加稳定。

附图说明

图1为水轮机导叶结构横剖结构示意图。

图2为图1中A-A剖面结构原理图。

图3为图2中B处放大结构示意图。

图4为本实用新型供压系统结构原理图。

图中：顶盖1，密封槽11，压力孔12，安装孔13，底环2，导叶端面密封结构3，密封块31，压力腔32，突出部33，压块34，限位滑槽35，螺栓36，测压孔4，气囊5，测压管道6，压力传感器61，供压管道7，供压系统8， 气源管道81，第一电磁阀82，供气管道83，第一单向阀84，液压系统9，高压水管道91、第二电磁阀92、插装阀93，控制管道94，液压管道95，第二单向阀96。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的说明。

参见图1-4，一种水轮机活动导叶端面密封系统，包括导叶端面密封结构3，导叶端面密封结构3分别安装在水轮机的顶盖1和底环2上，导叶端面密封结构3用于在活动导叶10关闭时与活动导叶10的端面形成水密封，所述导叶端面密封结构3包括密封块31，所述顶盖1和底环2上分别设有密封槽11，密封块31密封的安装在密封槽11内，密封槽11的底部设有压力孔12，压力孔12通过供压管道7与供压系统8连接，所述活动导叶10的外侧还设有测压孔4，与测压孔4连接的测压管道6上安装有压力传感器61，供压系统8通过压力传感器61控制供压管道7的通断和卸压。

通过在底环2上位于活动导叶10的外侧设有测压孔4，与测压孔4连接的测压管道6上安装有压力传感器61，供压系统8通过压力传感器61控制供压管道7的通断和卸压。当活动导叶10开启时，测压管道6内的压力小，不开启供压系统8，此时供压管道7内无压力，密封块31下侧无压力；当活动导叶开启10关闭时，测压管道6内的压力大，压力传感器61启动供压系统8，此时供压管道7输出压力，密封块31下侧有压力，从而将密封块31膨胀或者推动，使密封块31与活动导叶10的端面紧密接触，从而形成水密封。通过活动导叶10外部的水压控制供压系统8，从而控制供压管道7的通断和卸压，使供压管道7能够自适应的启动，解决了供压管道7的控制问题以及密封块31过渡磨损泄漏的问题。

参见图3，密封块31下侧设有压力腔32。设置压力腔32更便于密封块31膨胀或者推动。

进一步的，压力腔32内安装有气囊5，气囊5的充压嘴与压力孔12连接。通过设置气囊5，密封性更好，使供压管道7输出的压力不易泄漏，并且在气囊5充压膨胀时，密封块31膨胀或者上移形成密封，当气囊5卸压时，密封块31回缩，不与活动导叶的端部接触，减少摩擦损耗，延长密封块31的使用寿命。当不使用气囊5时，通过密封块31与密封槽11形成密封。

更进一步的，压力孔12的上端设有安装孔13，气囊5的充压嘴插入在安装孔13内，充压嘴的外圆周壁与安装孔13密封连接固定，安装简单方便。

参见图3，密封块31的两侧还分别安装有压块34，压块34靠密封块31一侧的下端设有限位滑槽35，密封块31靠压块34一侧的下端设有突出部33，所述压块34的限位滑槽35与密封块31的突出部33配合，将密封块31限位在密封槽11内，所述压块34通过螺栓36与顶盖1或底环2连接。通过压块34对密封块31进行限位，防止密封块31在水流的作用下脱出。

在优选的方案中，压块34的限位滑槽35顶部与密封块31的突出部33顶部间隔一段距离，密封块31的突出部33能够在限位滑槽35内上下滑动一段距离。在密封块31上端磨损后，密封块31依然能够移动抵靠活动导叶的端部，延长密封块31的使用寿命，密封块31的密封性更好。

参见图4，供压系统8包括第一电磁阀82，第一电磁阀82与压力传感器61电性连接，第一电磁阀82的入口端与气源管道81连接，第一电磁阀82的出口端通过供气管道83与供压管道7连接；所述供压管道7上还安装有卸压电磁阀71，卸压电磁阀71与压力传感器61电性连接，或者与控制活动导叶10开闭的控制器电性连接。

根据流速与压力的关系，流速越大压力越小，流速越小压力越大的原理，当活动导叶10全关时，导叶间的水流流速为零，此时底环2上测压孔4的压力最大，从而测压管道6中的压力最大，压力传感器61通过控制器控制第一电磁阀82和第二电磁阀92打开，气源管道81内的压缩空气通过第一电磁阀82进入到供气管道83，从而通过供压管道7将压力输送至压力孔12，密封块31膨胀或者伸缩移动抵靠活动导叶10的端面形成水密封。当活动导叶10打开时，底环2上测压孔4的压力变小，压力传感器61通过控制器控制第一电磁阀82和第二电磁阀92关闭，密封块31未加压。活动导叶10从关闭状态打开时，通过卸压电磁阀71卸掉供压管道7内的压力，能够有效防止密封块31磨损。

进一步的，供压系统8上还安装有液压系统9，所述液压系统9包括插装阀93，插装阀93的压力控制端通过控制管道94与供气管道83连接，插装阀93的入口端与高压水管道91连接，插装阀93的出口端通过液压管道95与供压管道7连接，所述供气管道83上安装有第一单向阀84，液压管道95上安装有第二单向阀96。当供气管道83上压力降低时到阈值时，控制管道94内压力降低，插装阀93控制高压水管道91与液压管道95连接，为密封块31提供备用工作压力，使密封系统更加稳定。

具体的，当气源压力不足或者气源压力消失导致供气管道83中压力减低，供气管道83上压力表将发出报警信号。此时，插装阀93上端压力消失，插装阀93被打开，高压水管道91与液压管道95连通，高压水进入到供压管道7为密封块31或者气囊5提供压力。液压系统9能够自动投入，同时供气管道83上装有第一单向阀84，防止液压管道95中的高压水沿着供气管道83返回。

所述液压系统9还包括第二电磁阀92，第二电磁阀92的压力控制端通过连接管道62与测压管道6连接，第二电磁阀92的入口端与高压水管道91连接，第二电磁阀92的出口端与插装阀93的入口端管道连接。设置第二电磁阀92控制高压水管道91的通断，系统稳定性更好。

具体的，当活动导叶10全关时，测压管道6中的压力最大，压力传感器61控制第一电磁阀82导通，第二电磁阀92也打开导通，当供气管道83内气压充足时，插装阀93受压关闭，仅气源管道81与供气管道83导通，从而为供压管道7提供压缩空气；当供气管道83内气压低于阈值时，插装阀93上端压力消失，插装阀93被打开，高压水管道91与液压管道95连通，高压水进入到供压管道7为密封块31或者气囊5提供压力。

当活动导叶10全开时，测压管道6中的压力下降，压力传感器61控制第一电磁阀82关闭、第二电磁阀92关闭。

本申请一种水轮机活动导叶端面密封系统的工作原理是：

将密封块31分别安装到顶盖1或底环2上的各密封槽11内。

将顶盖1和底环2上各密封槽11底部的压力孔12分别与供压管道7连接；将测压孔4与测压管道6连接。

活动导叶10为开启状态时，测压管道6内水压低，压力传感器61通过控制器控制第一电磁阀82和第二电磁阀92关闭，气源管道81内的压缩空气无法进入到供气管道83，高压水管道91内的高压水无法进入到液压管道95。

活动导叶10为关闭状态时，测压管道6内水压高，压力传感器61通过控制器控制第一电磁阀82和第二电磁阀92打开，气源管道81内的压缩空气通过第一电磁阀82进入到供气管道83，从而通过供压管道7将压力输送至压力孔12，密封块31向上滑动抵靠活动导叶10的端面形成水密封；其中，控制管道94内的气压控制插装阀93关闭，高压水无法进入到液压管道95内。

当活动导叶10为关闭状态，且供气管道83内压缩空气压力降低至阈值时，控制管道94内气压同时降低，插装阀93打开，高压水经过第二电磁阀92和插装阀93后进入液压管道95，从而进入到供压管道7，将高压水输送至压力孔12。

活动导叶10从关闭状态打开时，其中，当卸压电磁阀71与压力传感器61电性连接时，测压管道6内水压降低，压力传感器61通过控制器控制卸压电磁阀71打开，对供压管道7进行卸压；当卸压电磁阀71与控制活动导叶10开闭的控制器电性连接时，控制卸压电磁阀71打开对供压管道7进行卸压，同时开启活动导叶10，能够有效防止密封块31磨损。

Claims (9)

1.一种水轮机活动导叶端面密封系统，包括导叶端面密封结构（3），导叶端面密封结构（3）分别安装在水轮机的顶盖（1）和底环（2）上，导叶端面密封结构（3）用于在活动导叶（10）关闭时与活动导叶（10）的端面形成水密封，其特征在于：所述导叶端面密封结构（3）包括密封块（31），所述顶盖（1）和底环（2）上分别设有密封槽（11），密封块（31）密封的安装在密封槽（11）内，密封槽（11）的底部设有压力孔（12），压力孔（12）通过供压管道（7）与供压系统（8）连接，所述活动导叶（10）的外侧还设有测压孔（4），与测压孔（4）连接的测压管道（6）上安装有压力传感器（61），供压系统（8）通过压力传感器（61）控制供压管道（7）的通断和卸压。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述密封块（31）下侧设有压力腔（32）。

3.根据权利要求2所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述压力腔（32）内安装有气囊（5），气囊（5）的充压嘴与压力孔（12）连接。

4.根据权利要求3所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述压力孔（12）的上端设有安装孔（13），气囊（5）的充压嘴插入在安装孔（13）内，充压嘴的外圆周壁与安装孔（13）密封连接固定。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述密封块（31）的两侧还分别安装有压块（34），压块（34）靠密封块（31）一侧的下端设有限位滑槽（35），密封块（31）靠压块（34）一侧的下端设有突出部（33），所述压块（34）的限位滑槽（35）与密封块（31）的突出部（33）配合，将密封块（31）限位在密封槽（11）内，所述压块（34）通过螺栓（36）与顶盖（1）或底环（2）连接。

6.根据权利要求5所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述压块（34）的限位滑槽（35）顶部与密封块（31）的突出部（33）顶部间隔一段距离，密封块（31）的突出部（33）能够在限位滑槽（35）内上下滑动一段距离。

7.根据权利要求1所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述供压系统（8）包括第一电磁阀（82），第一电磁阀（82）与压力传感器（61）电性连接，第一电磁阀（82）的入口端与气源管道（81）连接，第一电磁阀（82）的出口端通过供气管道（83）与供压管道（7）连接；所述供压管道（7）上还安装有卸压电磁阀（71），卸压电磁阀（71）与压力传感器（61）电性连接，或者与控制活动导叶（10）开闭的控制器电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述供压系统（8）上还安装有液压系统（9），所述液压系统（9）包括插装阀（93），插装阀（93）的压力控制端通过控制管道（94）与供气管道（83）连接，插装阀（93）的入口端与高压水管道（91）连接，插装阀（93）的出口端通过液压管道（95）与供压管道（7）连接，所述供气管道（83）上安装有第一单向阀（84），液压管道（95）上安装有第二单向阀（96）。

9.根据权利要求8所述的一种水轮机活动导叶端面密封系统，其特征在于：所述液压系统（9）还包括第二电磁阀（92），第二电磁阀（92）与压力传感器（61）电性连接，第二电磁阀（92）的入口端与高压水管道（91）连接，第二电磁阀（92）的出口端与插装阀（93）的入口端管道连接。