专利名称：水轮机永久性主轴密封装置的制作方法
技术领域：
水轮机永久性主轴密封装置，属于立式及卧式装置的各式水轮机的主轴密封装 置，尤其涉及一种水轮机主轴的永久性密封装置。
背景技术：
主轴密封装置是水轮机的重要部件之一，但由于主轴在运转中存在相对机壳的径 向摆动，使主轴密封装置至今未能彻底解决压力水的漏水问题。到目前为止，其结构仍主要 采用金属与橡胶等非金属构成的密封面间施加一定程度外力的密封结构。由于外力的施加 使橡胶等非金属密封件极易磨损，因此主轴密封装置到目前为止仍是大、中、小型水轮机中 唯一无法列入完好率和可靠度为100%的部件，并对水轮发电机组的发电生产造成了严重 影响。在立式水轮机中采用的端面密封装置，由主轴上固装的转动抗磨环和在托架上装 置的橡胶或其它材料的密封环组成，并在橡胶或其它材料密封环的底部施加了一定程度的 水压或弹簧的压力。其不足之处为由于外力的施加使密封面间存在很大的摩擦力，从而使 橡胶或其它材料的密封环极易磨损，并会出现偏卡、热烧粘连及压力水自身的大量泄漏等 故障，并很难承受满负荷状态下的漏水压力，因此时刻威胁着水轮机安全可靠的运行。若检 修维护不及时，则会导致大量漏水淹及水导及厂房的事故。在卧式水轮机中使用的橡胶平板密封装置，由主轴上固装的转动抗磨环和在机壳 上固装的平板橡胶板组成，其不足之处为由于压力水直接作用在平板橡胶的表面，使平板 橡胶与转动抗磨环之间产生了很大的摩擦力，因此平板密封橡胶在水轮机运转很短的时间 内便会损毁，从而使大量的压力水流朝水轮机轴承方向喷出，并在主轴表面旋转力的带动 下逐渐进入推力轴承，或者在主轴表面离心力的作用下不断飞溅至主轴上设置的挡水部件 的后方后逐渐进入推力轴承。当轴承内的水含量达到一定程度时便会导致烧瓦事故。为使 机组安全稳定运行，则需要频繁地停机后更换平板橡胶及抗磨环。在卧式水轮机中使用的盘根密封装置，由主轴与机壳间的空腔内通过压盖和螺栓 等施加一定程度的外力后压入的石棉等盘根密封材料组成，其不足之处为由于对盘根密 封材料施加了一定程度的外力，因此其密封面同样在水轮机运转很短的时段内便会损毁。 因此，该装置同样需要频繁地停机后添加盘根材料。此外，由于主轴密封的漏水是由未作功前从转轮与其外壳间的间隙进入的压力水 造成，因此当水轮机在满负荷状态运行时，进入主轴密封的压力水的水压最大，从而造成的 漏水也最大。为防止漏水过大并进入轴承，必须要减去水轮机30%左右的负荷。因此，主轴 密封的漏水导致了水轮发电机组不能长期连续及满负荷运行的状况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有密封装置存在的需频繁地停机后更换密封件，并使机 组无法长期连续可靠及满负荷运行等严重不足，而提供一种能将漏水长期控制在最小状态或无漏水的状态，并将漏出的水流变向并彻底推出后使其始终无法进入轴承，从而能够彻 底解决主轴密封漏水问题的永久性主轴密封装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。水轮机永久性主轴密封装置，包括机壳、穿过机壳的主轴，在机壳与主轴之间设置 由变形环和密封环相连接后构成的跟踪式密封环，并在密封环上设置径向主密封面以及端 面辅助密封面。本发明所述的机壳上可以设置固装变形环的静环，或者设置与跟踪式密封环相配 套的静密封环及其静环。本发明所述的主轴上可以设置固装变形环的转动环，或者设置与跟踪式密封环相 配套的转动密封环及其转动环。本发明所述的变形环表面可以设置支撑环，以防止变形环在压力水的作用下膨胀 变形。本发明所述的密封环或与其相配套的密封环上可以设置密封圈和/或积污槽，从 而使密封面保持无漏水的状态，并将有损密封面的杂物进行沉积。本发明所述的静环或与其相连接的变形环在卧式装置时，其底部可以开设补气排 污孔，从而能将泥沙等有损密封面的杂物及时排出，并能及时补气后消除真空。本发明所述的跟踪式密封环在卧式装置并处于静止状态时，其密封环与其它静止 部件之间可以设置弹性支撑件，从而能够减小因密封环自身重量而在密封面间形成的摩擦 力。本发明所述的转动环或转动密封环上可以设置出水端朝向机壳并具有锥形甩水 面的变向环。在该装置中，变形环可由橡胶等材料制成。由于橡胶随主轴的摆动产生的适应性 变形，使动静密封环间的径向主密封面能够始终保持很严密的动配合密封状态，因此动静 密封环均可由具有优越配合性能的金属等材料制成，并在密封面间按严密的动配合要求装 配，从而实现了金属与金属之间的配合密封；由于橡胶随水压的增大而产生的拉伸变形，使 动静密封环间的端面辅助密封面能够进入密封工作状态。当机壳内的压力水经过径向主密封面时，由于其密封间隙配合很严密，因此漏出 的水量很小。当设置有密封圈时，该装置则可保持无漏水的状态。并且泥沙在密封面的入 口处由于转动密封环存在的离心力使其无法进入密封而。当漏水经过变向环时能将漏水的 方向改变至完全与轴承相反的方向，并将漏水完全甩向变向环出水端的前方，使漏水始终 无法落在转动部件的表面后带入轴承。根据以上所述的的构成情况和工作过程，该发明具有如下有益的效果和显著的进步1.由于该装置的径向主密封面配合很严密，并且随水压的增大使端面辅助密封面 能够进入密封工作状态，因此能将主轴密封的漏水控制在最小状态或无漏水状态。2.由于在动静密封环的密封面间未施加任何外力，使径向主密封面间不存在很大 的摩擦力，并且动静密封环均可由具有优越耐磨性能的金属等材料制成，因此该密封面在 长期连续的使用过程中不会严重损毁，从而使该装置能够长期连续可靠地运行。3.由于变向环能将漏水变向并彻底推出，使漏水始终无法落进入轴承。因此，该装置消除了卧式水轮机因轴承进水而无法在满负荷状态下长期连续可靠运行的因素。4.该装置在运行中，主轴出现正常范围的轴向窜动时，其各部位性能均能保持完 好状态。因此，该装置不仅结构简单合理，而且性能安全可靠。5.该装置的运用能够彻底解决水轮机主轴密封装置的漏水问题，从而使大、中、小 型水轮机均能实现所有部件的完好率和可靠度达100%的目标。6.由于该装置不会因使用时间过长而丧失其封水和处理漏水的功能，因此不需要 频繁地停机后进行检修或维护。从而使该装置在长期使用过程中将给水轮发电机组的发电 生产带来不可估量的效益，并为实现全自动运行的水力发电站奠定了可靠的基础条件。
图1是在立式水轮机中装置永久性主轴密封装置的剖面图。图2是在立式水轮机中装置另一型式永久性主轴密封装置的剖面图。图3是将灯泡贯流式水轮机的盘根密封改为永久性主轴密封装置的剖面图。图4是将卧式水轮机的橡胶平板密封改为永久性主轴密封装置的剖面图。图5是在新制造的卧式水轮机中装置永久性主轴密封装置的剖面图。图6是在灯泡贯流式水轮机中装置另一型式永久性主轴密封装置的剖面图。图7、8、9、10是在已运行生产的卧式水轮机中设置的各式永久性主轴密封装置的 剖面图。以上各图中的标号分别代表1.主轴；2.机壳(顶盖或前盖)；3.静环；4.转动 环；5.密封环；6.变形环；7.变向环；8.锥形甩水面；9.径向推力轴承；10.润滑稀油； 11.密封环；12.补气排污孔；13.排水管；14.支撑环；15.压环；16.径向主密封面；17.包 箍；18.集水盒；19.真空破坏阀；20.充气围带；21.积污槽；22.密封圈；23.辅助密封面； 24.弹性支撑件；25.辅助密封环。
具体实施例方式图1示出了本发明的第一个实施例。该实施例是在大型立式混流式水轮机中装置 永久性主轴密封装置的结构事例。如图所示在主轴1外围的顶盖2顶部固装有静环3，在主轴1上固装有转动密封 环11，在转动密封环11与静环3之间装置有由静密封环5和变形环6相连接后构成的跟踪 式密封环。转动密封环11由不锈钢材质制成，变形环6由橡胶材料制成，静密封环5由铜 材料制成。在静密封环5的密封面设置有硅胶板密封圈22和积污槽21。密封环5和密封 环11的径向主密封面16之间按严密的动配合要求装配。在变形环6的外表面设置有数个 支撑环14，变形环6与静环3和密封环5之间分别用包箍17固定。在顶盖2和静环3之间 设置有检修用充气围带20。由于立式水轮机主轴的两端均设置有法兰，因此将该装置的各部件都分半制作和 装配，其中圆筒形橡胶变形环6是由三层开口的橡胶筒粘接而成。当主轴在运转中出现正常范围的径向摆动时，由于变形环的跟踪变形性能使密封 间隙不受主轴径向摆动的影响，从而使径向主密封面能够保持灵活转动的同时始终能够保 持很严密的密封间隙；当主轴在运转中出现正常范围的轴向窜动时，转动密封环11则可随5主轴在静密封环5内自由上下滑动。由于密封环5的下端将会受到压力水向上的压力，因此制成变形环6的橡胶材料 中加入了强度线，以防止变形环6在压力水的作用下产生拉伸变形。图2示出了本发明的第一个实施例。该实施例是在立式轴流式水轮机中装置另一 型式永久性主轴密封装置的结构事例。如图所示在机壳2顶部固装有静环3，静环3的顶部固装有静环3'，静环3'内 装配有静密封环11，并在静密封环11的密封面设置有密封圈22和积污槽21。在主轴1上 固装有转动环4，在转动环4与静密封环11之间装置有由转动密封环5和变形环6相连接 后构成的跟踪式密封环。密封环5由不锈钢材质制成，变形环6由橡胶材料制成，并且静密 封环11也由不锈钢材质制成。由于密封环5上下两端所受压力水的压力相同，因此密封环5自身不存在上下窜 动现象。图3示出了本发明的第三个实施例。该实施例是将灯泡贯流式水轮机的盘根密封 改为永久性主轴密封装置的的结构事例。如图所示在主轴1上固装有转动密封环11，并在转动密封环11上设置有具有锥 形甩水面8的变向环7，在机壳2上设置有静环3'及静环3，静环3'和静环3之间设置有 检修用充气围带20。在转动密封环11与静环3之间装置有由静密封环5和变形环6相连 接后构成的跟踪式密封环。在静密封环5及转动密封环11上设置有径向主密封面16和端 面辅助密封面23以及密封圈22。在变形环6的底部开设有排污孔12。在静环3'上装置 有集水盒18，其底部设置有排水孔。在密封环5与集水盒18之间设置有弹性支撑件M。由于径向主密封面16后的漏水压力很小，因此密封圈22不会严重磨损，并且随水 压的增大使端面辅助密封面能够进入密封工作状态。弹性支撑件M使径向主密封面间达 到无摩擦力的状态。排污孔12能将泥沙等污物及时排出。由于漏出的水量很小，而且变向 环能将漏水的方向改变至完全与轴承相反的方向，并将漏水完全甩向变向环7出水端的前 方，使漏水始终无法落在转动部件的表面后带入轴承9，因此使轴承具有可靠的工作条件。 漏水甩入集水盒18并集中在其底部后通过排水孔排出。图4示出了本发明的第四个实施例。该实施例是将卧式混流式水轮机的橡胶平板 密封改为永久性主轴密封装置的结构事例。如图所示在密封环5上设置有辅助密封环25。因主轴1及密封环5的直径很小， 因此未设置弹性支撑件。该装置的其它结构与第三个实施列相同。图5示出了本发明的第五个实施例。该实施例是在全新制造的卧式混流式水轮机 中装设永久性主轴密封装置的结构事例。如图所示在主轴1上固装有转动密封环11，在转动密封环11与前盖2之间装置 有由转动密封环5和变形环6相连接后构成的跟踪式密封环，并且变形环6为锥形形状。在 转动密封环11上固装有具有锥形甩水面8的变向环7。在前盖2上设置有集水盒18，集水 盒18的底部设置有排水孔及其排水管13。主轴1由转动密封环11外侧的由润滑稀油10 润滑的径向推力轴承9支撑，并在前盖2上设置有真空破坏阀19。锥形形状的变形环6使泥沙不能在密封面16的入口处聚集。当前盖2内出现负 压即真空时，真空破坏阀19则可及时补入空气后消除真空。
由于在该实施例中主轴1与转轮之间为键连接，因此该装置的所有部件均为整圆 制作和装配。图6示出了本发明的第六个实施例。该实施例是在灯泡贯流式水轮机中装置另一 型式永久性主轴密封装置的结构事例。如图所示在主轴1上固装有转动密封环11，并在转动密封环11上固装有变向环 7，在机壳2和静环3之间设置有检修用充气围带20。在转动密封环11与静环3之间装置 有由静密封环5和变形环6相连接后构成的跟踪式密封环。在静环3的外侧设置有集水盒 18。在该装置中，虽然变形环6受压力水作用的面积较大，但灯泡贯流式水轮机的水 头很低，因此变形环6所受压力不大，并且该结构可缩小该装置的整体长度尺寸。图7、8、9、10是在已运行生产的卧式水轮机中设置的各式永久性主轴密封装置的 结构事例。如图7所示在静环3的底部开设有补气排污孔12，补气排污孔12连接有排水管 13及其调节阀。如图8所示将密封环5的外圆表面与设置在变向环7内的转动密封环11的内圆 表面之间严密装配。如图9所示在静环3与转动密封环11之间装置有由变形环6和密封环5构成的 跟踪式密封环，在密封环5转动环4之间装置有由变形环6'和密封环5'构成的另一组跟 踪式密封环。如图10所示在转动环4位于机壳2 —侧的外圆部位通过具有锥形甩水面8的压 环15装置有由橡胶密封环构成的变向环7，并使变向环7的内圆表面与密封环5的外圆表 面严密结合，从而使变向环7在改变漏水方向的同时使其具有密封性能。以上各装置的各部件都分半制作和装配，其中圆筒形变形环是由两层材料粘接或 多层材料缠绕而成。补气排污孔不仅能将泥沙等污物及时排出，还可通过静环与主轴间的间隙及时向 机壳内补气后消除真空。从该孔排出的水流可通过其排水管直接排出机房或与尾水管相连 接。权利要求
1.水轮机永久性主轴密封装置，包括机壳O)、穿过机壳的主轴(1)，其特征在于在机 壳⑵与主轴⑴之间设置由变形环(6)和密封环(5)相连接后构成的跟踪式密封环，并 在密封环( 上设置径向主密封面(16)以及端面辅助密封面03)。
2.根据权利要求1所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在机壳(2)上 设置静环( 和/或静密封环(11)。
3.根据权利要求1所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在主轴上设置 转动环(4)和/或转动密封环(11)。
4.根据权利要求1所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在变形环(6) 的表面设置支撑环(14)。
5.根据权利要求1、2或3所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在密封 环( 或与其相配套的密封环(11)上设置密封圈0 和/或积污槽01)。
6.根据权利要求1或2所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在卧式装 置的静环C3)或与其相连接的变形环(6)的底部开设补气排污孔(12)。
7.根据权利要求1所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在卧式装置的 并处于静止状态的密封环(5)与其它静止部件之间设置弹性支撑04)。
8.根据权利要求3所述的水轮机永久性主轴密封装置，其特征还在于在卧式装置的 转动环(4)或转动密封环(11)上设置出水端朝向机壳并具有锥形甩水面的变向环(7)。
全文摘要
水轮机永久性主轴密封装置，属于立式及卧式装置的各式水轮机的主轴密封装置，尤其涉及一种水轮机主轴的永久性密封装置。该装置主要由在机壳与主轴之间设置的由变形环和密封环相连接后构成的跟踪式密封环，在密封环上设置的径向主密封面以及端面辅助密封面构成。该装置使径向主密封面能够随主轴的摆动而进行跟踪式密封，并随水压的增大使端面辅助密封面能够进入密封状态，因此能将漏水长期控制在最小状态或无漏水状态，并能将漏水变向并推出后使其始终无法进入轴承，从而能够彻底解决水轮机主轴密封装置的漏水问题。
文档编号F03B11/00GK102042152SQ20101059385
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年8月14日
发明者黄国宏 申请人:黄国宏