CN2916175Y - 灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置 - Google Patents

Abstract

灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置由圆台形机壳、主轴、圆筒形支架、大空气围带、密封衬套、密封套筒、帽形支架、环形水箱、调整螺杆与螺母、水箱排水管、水滴报警器、硬密封环、软密封环、小空气围带、补气管及其电磁控制阀、总供气管、卸压排水管及其电磁控制阀、大空气围带充气管及其电磁控制阀、小空气围带充气管及其电磁控制阀和几处密封圈等连接构成。使用时将它与机组的发电机和水轮机相接，其有益效果是，采用硬密封环和软密封环对主轴进行双重密封，加大了安全保险系数；采用大小两个空气围带，未充气时不会与转动部分接触而避免磨损，进一步提高了密封可靠性；具有漏水自动报警及自动处理控制装置，安全性能大大提高。

Description

灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及水轮发电机组机壳内主轴的密封，具体地说，涉及一种灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置。

背景技术

水轮发电机组按其安装方式的不同，主要分为立式机组和卧式机组，现有的灯泡贯流水轮发电机组属于卧式机组，其圆台形机壳属于机架的一部分(其外侧为发电水流通道)，连接着发电机与水轮机的主轴，就水平安装在圆台形机壳的中心线上，使得固定不动的圆台形机壳与转动的主轴法兰之间，必然存在着一定的间隙，这也正是造成漏水的原因所在。而一旦有漏水流进机组前部(上游侧)的发电机内部，就会造成发电机损毁而中止发电机组运行的严重事故。因此，如何来防止这些漏水进入发电机内部，就成了该技术领域内十分重视的问题。目前普遍采用的解决方法是外排法，即是在主轴上固定安装有一与主轴同步转动的密封衬套，在该密封衬套的圆周上套有三角皮带等耐磨材料件，通过调整三角皮带的压缩量来控制其漏水的大小。在转动的主轴上还套有一个静止不动的环形水箱，密封衬套的一端伸进该环形水箱内，使通过三角皮带的漏水沿密封衬套外表流进该水箱内，再经该水箱下部的排水管自流排出至机组外，从而保证机组的安全。在密封衬套的圆周外还套有一个空心的可充气膨胀的环形橡胶带(空气围带)，正常时空气围带与密封衬套保持一定的间隙，防止磨擦损坏，只有在机组停机时，给其充气膨胀，使其与密封衬套间隙为零，方可达到完全密封的目的。上述外排法采用的主轴密封装置所存在的问题是：①如果上述三角皮带因调整不当或是磨损过度而使得漏水增至太大的话，上述水箱因进水大于排水，则有部分水流必定从水箱进水口溢出，最后沿主轴与环形水箱的间隙流出，进而流进发电机内部，以致带来严重后果。②上述空气围带由于其自重的影响，其圆周上的每一点与密封衬套的间隙是不相同的，而且是变化着的，有些地方间隙为零，则使静止的空气围带与转动的密封衬套之间产生摩擦，时间久了，空气围带就会磨坏。另外，由于设计时利用空心环形的空气围带内侧进行密封，也是不科学的。以致经常出现空气围带密封不可靠的情形。因此，当着三角皮带因调整不当或磨损过度使得漏水大大增加，此时又有赖于空气围带发挥替补作用来切断增大的漏水时，而空气围带却因自身密封不可靠，无法达到设计所预期的目的，任凭漏水的大大增加而无能为力。目前看来，很多水电厂发生的事故皆由此引起。③一旦因漏水太大引起事故，没有漏水自动报警和自动处理装置来进行补救。

实用新型内容

为了解决灯泡贯流水轮发电机组现有主轴密封装置存在着因密封性能不可靠造成漏水量太大而导致发电机组运行事故的问题，本实用新型的目的，乃是提供一种可大大提高主轴密封可靠性而将漏水量控制在正常范围内的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，并且该装置在万一发生事故时能积极地进行补救，从而确保发电机组的安全正常运行。

本实用新型的解决方案如下。它仍然包括现有主轴密封装置所具有的圆台形机壳和空心的主轴，主轴的后端具有主轴法兰，而其在结构上的特征之处是，在主轴法兰前方的圆台形机壳内固定有一圆筒形支架，在圆筒形支架上靠近主轴法兰前端面套装有一中空的大空气围带，在主轴上套装有紧靠主轴法兰前端面的密封衬套，密封衬套与主轴之间设有密封圈，在密封衬套外可拆卸地套接固定有一密封套筒，在密封套筒前部之外具有一固定在圆台形机壳内的帽形支架，帽形支架前方的圆台形机壳内设有一套装在主轴上且与主轴之间保持有间隙的环形水箱，环形水箱由形成一体的箱体、环形前裙边和筒状后密封架构成，其环形前裙边与帽形支架之间装设有将两者固连在一起且可调整两者水平轴向距离的调整螺杆和调整螺母，环形水箱的箱体后端面上开设有环形进水口，密封衬套的前端部保持间隙地穿过该环形进水口而伸入箱体内部，环形水箱的下侧方装有一根与其箱体内部相连通的水箱排水管，水箱排水管的另一端伸出在圆台形机壳之外，环形水箱下部前端面上固定装设有一水滴报警器；在环形水箱的箱体后方的密封衬套与密封套筒之间的环状空间内套装有一前端面紧贴箱体后端面且与环形水箱相固连的硬密封环，该硬密封环沿轴向截面的形状为两个相同的前部方形拼加后部梯形的形状，并以此形状与相接触的密封衬套外表面和密封套筒内表面相适配地套合在一起，同时在套合面之间保持有间隙，环形水箱的筒状后密封架套装在帽形支架内，且与帽形支架间装设有密封圈，密封套筒的前部伸入在环形水箱的筒状后密封架内，且从密封套筒的前端面到环形水箱的箱体后端面之间的环状空间内依次设有套装在硬密封环前部之外的软密封环和中空的小空气围带，环形水箱的箱体后端面与主轴和密封衬套之间围成的环形空间形成一补气区，一根位于圆台形机架内的补气管，其一端穿过环形水箱伸入到该补气区内，另一端则与一总供气管相连通，在补气区内还设有一套装在主轴上且紧贴环形水箱的箱体后端面的空气密封环；主轴法兰前端面与帽形支架和圆台形机壳之间的环状空间形成一蓄水区，一根位于圆台形机壳内的卸压排水管，其一端伸入到该蓄水区内下部，另一端则伸出在圆台形机壳之外，在圆台形机壳内装有大空气围带充气管和小空气围带充气管，它们的一端分别与大空气围带和小空气围带内部相连通，另一端则都与总供气管相连通，在大空气围带充气管、小空气围带充气管、补气管和卸压排水管上分别串接有大围带充气电磁控制阀、小围带充气电磁控制阀、补气电磁控制阀和排水电磁控制阀。

具有上述结构的本实用新型在安装到现有灯泡贯流水轮发电机组(以下简称机组)上使用时，将其圆台形机壳与机组的机架相连，将其空心主轴的前端连接发电机定子，后端则通过主轴法兰连接水轮机转轮体，并将总供气管的进气端与气源相连通，同时应将大围带充气电磁控制阀、小围带充气电磁控制阀、补气电磁控制阀和排水电磁控制阀的开线圈和关线圈与水滴报警器和所在机组现有的转速信号装置、开机信号继电器、报警灯及熔断器等作相关的连接。

工作时，圆台形机壳是机组流道的一部分，固定不动的圆台形机壳与转动的主轴法兰面之间的间隙是漏水的来源，漏水流进并集蓄在圆台形机壳的蓄水区内，然后依次沿着密封套筒与环形水箱的筒状后密封架和软密封环及硬密封环之间的间隙，再沿着密封衬套与硬密封环之间的间隙，最后从密封衬套外表面与环形水箱的箱体后端面上环形进水口之间的间隙，流进环形水箱的箱体内，再经水箱排水管向外排出，构成一条漏水通道。本装置由于其帽形支架是固定不动的，因此，通过调整将环形水箱与帽形支架相连的调整螺杆上的调整螺母，可水平移动环形水箱，从而水平移动硬密封环、小空气围带和软密封环。因此说，只可水平移动的软密封环和硬密封环与不能水平移动的但能转动的密封套筒和密封衬套便共同组成了间隙可调的动静密封结构，使得上述漏水通道成为一可调节漏水量大小(漏水量太大或太小都不符合正常运行要求)的漏水通道。又加之，小空气围带在充气膨胀时能压紧软密封环，故也能减少漏水而起到调节漏水量大小的作用。在漏水通道的最先流经处安装的大空气围带的作用是，当它充气膨胀时，能压紧在主轴法兰的前端面上，从而在机组停机时将漏水水源彻底止住。在补气区内，由于主轴转动而使该区变成低气压区，环形水箱内的水汽很容易溢出而进入该低气压区形成水滴，为了防止水汽的溢出，故在此区设置了补气管，机组开机时，会给补气区补入空气，使低气压区变为高气压区，有效防止水汽从水箱进水口溢出。调整好该补气管出口方向，还可将快要外流的水滴吹进水箱内。伸入到蓄水区下部的卸压排水管的作用是，当水滴报警器有水流进而报警时，或者是机组停机时，该卸压排水管排水，以减少蓄水区内的水压，达到减少流进环形水箱内的漏水的目的。

本实用新型用于大空气围带充气、小空气围带充气、补气管补气和卸压排水管排水的电磁控制阀，均为双线圈结构，即开线圈通电时，该阀打开，关线圈带电时，该阀关闭。安装在环形水箱下部前端面上的水滴报警器的作用是，当漏水量太大且进入环形水箱前端的水滴报警器内时，水滴报警器的一个电接点动作，控制机组现有的一个灯光(或音响设备)工作，起到报警的作用。通过水滴报警器的另一电接点、机组现有转速信号装置和开机信号继电器的电接点，可用来控制上述四个电磁控制阀的开和关，从而达到自动控制和自动处理故障的目的。

本实用新型的有益效果是：①采用硬密封环和软密封环进行双重密封，加大了安全保险系数；②采用大小两个空气围带，而且两个空气围带都是利用其侧面来进行密封，未充气时它不会因自重而与转动部分接触，因此不会磨损，从而大大提高了密封可靠性；③装设有漏水自动报警及自动紧急处理控制装置，一旦发生事故可及时补救，大大提高了安全性能。

附图说明

图1为本实用新型一种具体结构实施例的轴向剖视图；

图2为图1本实用新型中环形水箱的后视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本实用新型的部件与机组现有部件组连起来构成一种控制电路实施例的电原理图。

具体实施方式

参见图1至图3。本实用新型仍然包括机组现有主轴密封装置所具有的圆台形机壳1和空心的主轴2，主轴2的后端具有主轴法兰201，该装置在结构上的特征之处是，在主轴法兰201前方的圆台形机壳1内固定有一圆筒形支架3，在圆筒形支架3上靠近主轴法兰201前端面装有一中空的大空气围带4，在主轴2上套装有紧靠主轴法兰201前端面的密封衬套5，密封衬套5与主轴2之间设有密封圈6，在密封衬套5外可拆卸地套接固定有一密封套筒7，在密封套筒7前部之外具有一固定在圆台形机壳1内的帽形支架8，帽形支架8前方的圆台形机壳1内设有一套装在主轴2上且与主轴2之间保持有间隙的环形水箱9，环形水箱9由形成一体的箱体91，环形前裙边92和筒状后密封架93构成，其环形前裙边92与帽形支架8之间装设有将两者固连在一起且可调整两者水平轴向距离的调整螺杆10和两个调整螺母11，环形水箱9的箱体91后端面上开设有环形进水口911，密封衬套5的前端部保持间隙地穿过环形进水口911而伸入箱体91内部，环形水箱9的下方装有一根与其内部相连通的水箱排水管12，水箱排水管12的另一端伸出在圆台形机壳1之外，环形水箱9下部前端面上固定装设有一水滴报警器13；在环形水箱9的箱体91后方的密封衬套5与密封套筒7之间的环状空间内套装有一前端面紧贴箱体91后端面且与环形水箱9相固连的硬密封环14，该硬密封环14沿轴向截面的形状为两个相同的前部方形141拼加后部梯形142的形状，并以此形状与相接触的密封衬套5外表面和密封套筒7内表面相适配地套合在一起，同时在套合面之间保持有间隙，环形水箱9的筒状后密封架93套装在帽形支架8内，且与帽形支架8之间装有密封圈15，密封套筒7的前部伸入在环形水箱9的筒状后密封架93内，且从密封套筒7的前端面到环形水箱9的箱体91后端面之间的环状空间内依次设有套装在硬密封环14前部之外的软密封环16和中空的小空气围带17，环形水箱9的箱体91后端面与主轴2和密封衬套5之间围成的环状空间形成一补气区18，一根位于圆台形机架1内的补气管19，其一端穿过环形水箱9伸入到该补气区18内，另一端则与一总供气管20相连通，在补气区18内还设有一套装在主轴2上且紧贴环形水箱9的箱体91后端面的空气密封环21；主轴法兰201前端面与帽形支架8和圆台形机壳1之间的环状空间形成一蓄水区22，一根位于圆台形机壳1内的卸压排水管23，其一端伸入到该蓄水区22内下部，另一端则伸出在圆台形机壳1之外，在圆台形机壳1内装有大空气围带充气管24和小空气围带充气管25，它们的一端分别与大空气围带4和小空气围带17内部相连通，另一端则都与总供气管20相连通，在大空气围带充气管24、小空气围带充气管25、补气管19和卸压排水管23上分别串接有大围带充气电磁控制阀26、小围带充气电磁控制阀27、补气电磁控制阀28和排水电磁控制阀29。

参见图1。所述圆筒形支架3在圆台形机壳1内的固定，图中实施例是先在圆台形机架1内焊接一沿轴向截面呈L形的环状筋板30，然后用螺钉31将圆筒形支架3可折卸地固定在环状筋板30上。所述密封衬套5外可拆卸地套接固定密封套筒7，图中实施例是在套接后采用螺钉32将两者可拆卸地固定在一起。所述帽形支架8在圆台形机壳1内的固定，图中实施例是先在圆台形机壳1内焊接一环形筋板33，然后用螺栓螺母组件34将帽形支架8可拆卸地固定在环形筋板33上，且在帽形支架8与环形筋板33之间设有密封圈37。所述硬密封环14与环形水箱9的相固连，图中实施例是采用连接螺栓35穿过环形水箱9的箱体91而旋入硬密封环14内，从而将两者固连在一起。在图1中，卸压排水管23的一端是穿过环形筋板33而伸入到蓄水区22内下部的；大空气围带充气管24是依穿过环形筋板33和环状筋板30而与大空气围带24内部相连通的；小空气围带充气管25是穿过环形水箱9的箱体91而与小空气围带17内部相连通的。为了减少飞溅到密封衬套5内侧的水量，在环形水箱9的箱体91内下部的密封衬套5上方，装设有一与箱体91相固连的呈不完全环状的挡水环36。为了安装方便，密封衬套5、帽形支架8、环形水箱9等在制做时均为多等份分体拼装式结构，图1中的附图标记51为分半的密封衬套5的连接细孔(未装螺栓)。

参见图4与图1。小围带充气电磁控制阀27的开线圈271和排水电磁控制阀29的开线圈291的一端相连后又与水滴报警器13的常开接点131和机组现有转速信号装置的常闭接点ZSJ1相接；大围带充气电磁控制阀26的开线圈261和补气电磁控制阀28的关线圈282的一端相连后又与机组现有转速信号装置的常闭接点ZSJ2相接；大围带充气电磁控制阀26的关线圈262与小围带充气电磁控制阀27的关线圈272、排水电磁控制阀29的关线圈292及补气电磁控制阀28的开线圈281的一端相连后又与机组现有开机信号继电器的常开接点KJJ1和转速信号装置的常开接点ZSJ3相接；水滴报警器13的另一常开接点132与机组现有报警灯D2的一端相接。图4的电路工作原理如下：机组直流电源从熔断器RD1和RD2输入，机组现有指示灯D1亮，而当熔断器RD1、RD2中任何一个熔断时，D1熄灭，提醒值班人员更换RD1或RD2；当水滴报警器13有水流进时，其常开接点132闭合，使D2亮而报警，同时常开接点131也闭合，从而使开线圈271和291通电，于是小围带充气电磁控制阀27和排水电磁控制阀29打开，即使得小空气围带17充气膨胀而将软密封环16压紧些，以减少漏进环形水箱9的水量，同时卸压排水管23排水，也可减少漏进环形水箱9的水量；当机组停机而转速为0时，机组的转速信号装置的常闭接点ZSJ1闭合，也会打开小围带充气电磁控制阀27和排水电磁控制阀29；当机组停机，转速为0时，转速信号装置的常闭接点ZSJ2闭合，使开线圈261和关线圈282带电，从而打开大围带充气电磁控制阀26，使大空气围带4充气膨胀，将漏水水源彻底止住，同时关闭补气电磁控制阀28，停止补气；当机组需要开机时，开机继电器首先动作，其常开接点KJJ1闭合，使关线圈262、272、292和开线圈281带电，从而使大围带充气电磁控制阀26、小围带充气电磁控制阀27和排水电磁控制阀29都关闭，而补气电磁控制阀28打开补气；机组在运行中，转速信号装置的常开接点ZSJ3闭合，也可使电磁控制阀26、27和29关闭，而电磁控制阀28打开。

本实用新型的硬密封环14可采用铜、铝等硬质材料做成，软密封环16可采用麻绳之类软质材料做成；水滴报警器13可采用四川省宜宾市江北开发区中外合资鲍尔自控公司生产上市的LQK型水位传感器(内含接点)，或者采用西安江河电站技术开发有限公司生产上市的YHX型油混水信号器；大围带充气电磁控制阀26和小围带充气电磁控制阀27可采用西安江河电站技术开发有限公司生产上市的8021型二位三通双电控电磁阀，补气电磁控制阀28和排水电磁控制阀29可分别采用西安江河电站技术开发有限公司生产上市的5281型二位二通电磁阀和ZBF22QS型二位二通双动自保持球阀。

Claims (6)

1、一种灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，包括圆台形机壳和空心的主轴，主轴的后端具有主轴法兰，其特征在于：

(A)在主轴法兰前方的圆台形机壳内固定有一圆筒形支架，在圆筒形支架上靠近主轴法兰前端面套装有一中空的大空气围带，在主轴上套装有紧靠主轴法兰前端面的密封衬套，密封衬套与主轴之间设有密封圈，在密封衬套外可拆卸地套接固定有一密封套筒，在密封套筒前部之外具有一固定在圆台形机壳内的帽形支架，帽形支架前方的圆台形机壳内设有一套装在主轴上且与主轴之间保持有间隙的环形水箱，环形水箱由形成一体的箱体、环形前裙边和筒状后密封架构成，其环形前裙边与帽形支架之间装设有将两者固连在一起且可调整两者水平轴向距离的调整螺杆和调整螺母，环形水箱的箱体后端面上开设有环形进水口，密封衬套的前端部保持间隙地穿过该环形进水口而伸入箱体内部，环形水箱的下侧方装有一根与其箱体内部相连通的水箱排水管，水箱排水管的另一端伸出在圆台形机壳之外，环形水箱下部前端面上固定装设有一水滴报警器；

(B)在环形水箱的箱体后方的密封衬套与密封套筒之间的环状空间内套装有一前端面紧贴箱体后端面且与环形水箱相固连的硬密封环，该硬密封环沿轴向截面的形状为两个相同的前部方形拼加后部梯形的形状，并以此形状与相接触的密封衬套外表面和密封套筒内表面相适配地套合在一起，同时在套合面之间保持有间隙，环形水箱的筒状后密封架套装在帽形支架内，且与帽形支架间装设有密封圈，密封套筒的前部伸入在环形水箱的筒状后密封架内，且从密封套筒的前端面到环形水箱的箱体后端面之间的环状空间内依次设有套装在硬密封环前部之外的软密封环和中空的小空气围带，环形水箱的箱体后端面与主轴和密封衬套之间围成的环形空间形成一补气区，一根位于圆台形机架内的补气管，其一端穿过环形水箱伸入到该补气区内，另一端则与一总供气管相连通，在补气区内还设有一套装在主轴上且紧贴环形水箱的箱体后端面的空气密封环；

(C)主轴法兰前端面与帽形支架和圆台形机壳之间的环状空间形成一蓄水区，一根位于圆台形机壳内的卸压排水管，其一端伸入到该蓄水区内下部，另一端则伸出在圆台形机壳之外，在圆台形机壳内装有大空气围带充气管和小空气围带充气管，它们的一端分别与大空气围带和小空气围带内部相连通，另一端则都与总供气管相连通，在大空气围带充气管、小空气围带充气管、补气管和卸压排水管上分别串接有大围带充气电磁控制阀、小围带充气电磁控制阀、补气电磁控制阀和排水电磁控制阀。

2、根据权利要求1所述的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，其特征在于，在环形水箱的箱体内下部的密封衬套上方，装设有一与箱体相固连的呈不完全环状的挡水环。

3、根据权利要求1或2所述的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，其特征在于，所述圆筒形支架在圆台形机壳内的固定，是先在圆台形机壳内焊接一沿轴向截面呈L形的环状筋板，然后用螺钉将圆筒形支架可折卸地固定在环状筋板上。

4、根据权利要求1或2所述的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，其特征在于，所述在密封衬套外可拆卸地套接固定密封套筒，是在套接后采用螺钉将两者可拆卸地固定在一起。

5、根据权利要求1或2所述的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，其特征在于，所述帽形支架在圆台形机壳内的固定，是先在圆台形机壳内焊接一环形筋板，然后用螺栓螺母组件将帽形支架可拆卸地固定在环形筋板上，且在帽形支架与环形筋板之间设有密封圈。

6、根据权利要求1或2所述的灯泡贯流水轮发电机组主轴密封自动控制装置，其特征在于，所述硬密封环与环形水箱的相固连，是采用连接螺栓穿过环形水箱的箱体而旋入硬密封环内。

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