一种带便捷加工双向回油槽的双流环密封瓦结构

1.本发明涉及一种浮动环密封瓦领域，适用于汽轮发电机、高速电机的电机腔与油润滑轴承腔之间的轴端密封。


背景技术：

2.为解决发电机内部的冷却问题，通常需要在发电机内部通入冷却气体。因氢气具有通风损耗小、导热系数低等优点，目前常被作为发电机内冷却介质。但氢气具有易燃易爆的缺点，所以为防止氢气泄漏引发经济性和安全性危害，通常在发电机汽端和励端各放有一套浮动环密封瓦，实现对发电机内氢气的密封。
3.双流环密封瓦是一种广泛应用于氢冷汽轮发电机的浮动环密封结构，其通过与外界密封油系统相配合使用，从而在密封瓦与转轴的微小密封间隙内(通常是0.1-0.3mm)形成具有一定刚度的油膜以实现密封。防止氢气泄漏、避免发电机内进油和控制氢气纯度下降是氢冷汽轮发电机中三项极为重要的指标。氢气纯度下降的主要原因是空氢侧润滑油窜流，含有空气的空侧润滑油窜流至氢侧并析出进入氢冷电机腔，导致发电机内氢气纯度下降；而含有氢气的氢侧润滑油窜流至空侧后析出，直接排入大气环境，导致不可逆耗氢，可见严格的空氢侧窜流控制是减少耗氢量的关键所在。另一方面，如果空侧润滑油与氢侧润滑油之间完全没有流动，则在空氢侧窜流区的密封间隙内会形成流动死区，导致由于转子高速旋转所产生的粘性剪切热无法及时散出而积聚升温，引起密封瓦热力变形或转子热弯曲，进而导致密封瓦与转子之间发生接触磨损而过早失效。如何实现双流环密封瓦空氢侧窜流区内润滑油在形成循环流动的同时又能避免空氢侧润滑油窜流，也即同时实现低温升和低窜流的问题亟待解决。
4.为解决上述问题，一种方案是采用三流环密封瓦，也即在含有空气的空侧润滑油与含有氢气的氢侧润滑油之间再增加一路经过真空处理的润滑油回路，该路润滑油的空气和氢气含量都极低，且分别向空侧润滑油路和氢侧润滑油路方向流动，从而最大程度地避免了空氢侧润滑油的窜流，同时也避免了空氢侧窜流区形成流动死区，不过该方案需要引入一套复杂的润滑油真空处理系统，使得密封油系统和密封瓦结构变得更加复杂，增加了操作调控难度。另一种方案是在密封瓦内表面开设阻流槽以抑制空氢侧窜流，不过其未能解决空氢侧窜流区温升过高的问题。有必要提供一种易于加工的新型双流环密封瓦结构，在实现防窜控温的同时又易于加工成型。


技术实现要素：

5.为解决油润滑双流环密封瓦空氢侧窜流区低温升和低窜流的问题，本发明提供一种带便捷加工双向回油槽的双流环密封瓦结构。
6.本发明的技术方案是：
7.一种带便捷加工双向回油槽的双流环密封瓦结构，轴向一侧为滑动轴承润滑油腔，轴向另一侧为氢冷发电机氢气腔，所述双流环密封瓦与转子构成一对密封副，所述双流
环密封瓦内柱面与转子外柱面之间具有一定的密封间隙，所述双流环密封瓦沿轴向分别设有空侧环形进油槽和氢侧环形进油槽，所述空侧环形进油槽与氢侧环形进油槽轴向间为密封瓦空氢侧窜流区，所述转子外柱面与密封瓦空氢侧窜流区相对应的区域为转子空氢侧窜流区，所述密封瓦空氢侧窜流区表面加工有两列周向均布的轴向引油槽，其中一列为氢侧轴向引油槽，与氢侧环形进油槽相连通，另一列为空侧轴向引油槽，与空侧环形进油槽相连通，所述转子空氢侧窜流区表面加工有两列周向均布的双向回油槽，其中一列为氢侧双向回油槽，靠近氢侧环形进油槽但不与氢侧环形进油槽相连通，另一列为空侧双向回油槽，靠近空侧环形进油槽但不与空侧环形进油槽相连通。
8.进一步，所述双流环密封瓦内径侧设有耐磨合金层，所述轴向引油槽采用铣削加工于耐磨合金层内柱面上，所述轴向引油槽的周向两侧型线为直线以利于铣削加工，所述氢侧轴向引油槽与空侧轴向引油槽位于相同的周向位置处。
9.进一步，所述转子包括转轴和轴套，所述轴套通过紧定螺钉固定于转轴外柱面，所述轴套与转轴之间设有辅助密封圈，防止转轴与轴套之间发生泄漏，所述双向回油槽采用激光加工或铣削加工于轴套外柱面上。
10.进一步，所述轴向引油槽为毫米级或亚毫米级深度型槽，深度优选值为0.1mm～1.0mm，所述双向回油槽为亚毫米级或微米级深度型槽，深度优选值为0.01mm～0.2mm。
11.进一步，所述双向回油槽为中间宽、两边窄的月牙形结构，所述双向回油槽在靠近环形进油槽侧的型线为直线或内凹曲线，所述双向回油槽在远离环形进油槽侧的型线为外凸曲线。
12.或者，所述双向回油槽为v型槽结构，所述v型槽大端朝向环形进油槽侧，所述v型槽小端远离环形进油槽侧；
13.进一步，所述双向回油槽为深度处处相等的等深结构；
14.或者，所述双向回油槽为中间深、两侧浅的变深结构。
15.本发明的工作原理是：
16.双流环密封瓦用于氢冷发电机的氢冷电机腔与滑动轴承润滑油腔之间，以压力高于氢冷电机腔内氢压的润滑油实现对氢气的密封。双流环密封瓦润滑油系统包括靠近氢冷电机腔的氢侧润滑油路和靠近滑动轴承的空侧润滑油路，其中氢侧润滑油中因氢气扩散所致的氢气含量较高，而空侧润滑油中空气含量较高。双流环密封瓦内表面开设有沿轴向分布的两列环形进油槽，分别为空侧进油槽和氢侧进油槽，两者轴向之间为空氢侧窜流区。操作要求中一般规定空侧润滑油与氢侧润滑油的压力差不能超过
±
500pa，并尽量减小压差以避免空氢两侧润滑油的窜流，但由于空氢侧窜流区的润滑油流动性差，导致流动死区的形成，进而使得因转轴高速旋转所产生的搅拌热和粘性剪切热无法及时散出，润滑油温度升高，并进一步引起密封瓦热力变形和转子热弯曲。如何平衡好空氢侧窜流区的低窜流和低温升特性是双流环密封瓦使用过程中亟待解决的难题之一。
17.当本发明用于氢冷发电机氢气密封时，在双流环密封瓦内表面加工有两列轴向引流槽，其中空侧轴向引油槽、氢侧轴向引油槽分别与空侧进油槽、氢侧进油槽相连通，轴向引油槽将进油槽中的润滑油引入空氢侧窜流区；轴向引油槽为沿周向对称的毫米级深度型槽，这种较大深度的对称直线槽结构一方面方便了进油槽中的润滑油进入空氢侧窜流区，另一方面也方便采用铣削加工，加工工艺简单。在转子外柱面的空氢侧窜流区加工有两列
双向回油槽，其中空侧双向回油槽、氢侧双向回油槽分别靠近空侧进油槽、氢侧进油槽，但都不与其相连通；在高速转子的旋转剪切作用下，双向回油槽能将空氢侧窜流区间隙内的较高温度的润滑油反泵回进油槽中，从而避免润滑油向另一侧进油槽的泄漏和润滑油的过高温升。双向回油槽反向泵送作用的实现原理为：当转子旋转时，空氢侧窜流区的润滑油先被泵入双向回油槽，沿着双向回油槽逆着转速方向流动，并在槽根处形成压力峰值，从槽根处朝向相邻进油槽流出。双向回油槽为沿周向对称的微米级深度型槽，因为只有当槽深很小时才能有更强的动压泵送作用。对于槽深很小的双向回油槽可采用激光打标加工，而槽深较大时可采用精细铣削加工。
18.本发明的优点和有益效果是：
19.(1)通过在双流环密封瓦空氢侧窜流区增设轴向引油槽和双向回流槽，实现润滑油在进油槽与空氢侧窜流区之间的循环流动，将进油槽中温度较低的润滑油引入空氢侧窜流区密封间隙，同时也将温度较高的润滑油泵回至进油槽中，从而可显著降低空氢侧窜流区的润滑油温度，改善密封瓦热力变形和转轴热弯曲。
20.(2)在高速转轴表面的空侧和氢侧加工有两列回流槽，可将从一侧进油槽进入空氢侧窜流区密封间隙的润滑油反泵回同侧的进油槽中，避免其向另一侧进油槽的泄漏，从而可避免空侧和氢侧润滑油的相互窜流，降低发电机运行过程中的耗氢量。
21.(3)双流环密封瓦内表面上的轴向引油槽的槽深为毫米级或亚毫米级，且为周向对称结构，可采用铣削便捷加工；高速转轴外表面上双向回流槽的槽深为微米级或亚毫米级，可采用激光打标加工。
附图说明
22.图1是本发明实施案例中含有空侧进油孔和等深双向回油槽的双流环密封瓦径向剖面结构图；
23.图2是本发明实施案例中含有氢侧进油孔和轴向引油槽的双流环密封瓦径向剖面结构图；
24.图3是本发明实施案例的带轴向引油槽的双流环密封瓦三维结构示意图；
25.图4是本发明实施案例1的带双向回油槽的转子三维结构示意图；
26.图5是本发明实施案例1的带轴向引油槽和双向等深月牙形回油槽的空氢侧窜流区三维结构示意图；
27.图6是本发明实施案例的带轴向引油槽的双流环密封瓦空氢侧窜流区三维结构及其铣削加工示意图；
28.图7是本发明实施案例1的带双向等深月牙形回油槽的转子空氢侧窜流区三维结构及其激光打标加工示意图；
29.图8是本发明实施案例2的带轴向引油槽和双向等深v型回油槽的空氢侧窜流区三维结构示意图；
30.图9是本发明实施案例2的带双向等深v型回油槽的转子空氢侧窜流区三维结构示意图；
31.图10是本发明实施案例3的带轴向引油槽和双向变深月牙形回油槽的空氢侧窜流区三维结构示意图；
32.图11是本发明实施案例3的带双向变深月牙形回油槽的转子空氢侧窜流区三维结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚地解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，而不是全部实施例。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
34.实施例1
35.参照图1、2、3、4，一种带便捷加工双向回油槽的双流环密封瓦结构，包括双流环密封瓦1、转子2、轴向引油槽3和双向回油槽4。该结构轴向一侧为滑动轴承润滑油腔51，轴向另一侧为氢侧发电机氢气腔52。双流环密封瓦1与转子2构成一对密封副，为避免双流环密封瓦1与转子2接触时表面磨损严重或出现伤轴问题，双流环密封瓦1内表面上设有耐磨合金层15，为了避免直接在转轴表面加工回油槽，转子2包括转轴21和轴套22，轴套22通过紧定螺钉固定于转轴外柱面221，轴套22与转轴21之间设有辅助密封圈23，防止转轴21与轴套22之间发生泄漏。
36.双流环密封瓦耐磨合金层15内柱面11与转子轴套外柱面222之间具有一定的密封间隙，双流环密封瓦1沿轴向分别设有空侧环形进油槽13和氢侧环形进油槽12。氢侧润滑油从氢侧进油孔进入到氢侧环形进油槽12中，后沿着密封间隙流向氢冷发电机氢气腔52；空侧润滑油从空侧进油孔进入到空侧环形进油槽12中，后沿着密封间隙流向滑动轴承润滑油腔51。空侧环形进油槽13与氢侧环形进油槽12轴向间为密封瓦空氢侧窜流区14，转子外柱面222与密封瓦空氢侧窜流区14相对应的区域为转子空氢侧窜流区223。
37.密封瓦空氢侧窜流区14表面加工有两列周向均布的轴向引油槽3，其中一列为氢侧轴向引油槽31与氢侧环形进油槽12相连通，另一列为空侧轴向引油槽32与空侧环形进油槽13相连通，且氢侧轴向引油槽31与空侧轴向引油槽32位于相同的周向位置处，深度为毫米级或亚毫米级，优选0.1mm～1.0mm。转子空氢侧窜流区223表面加工有两列周向均布的双向回油槽4，其中一列为氢侧双向回油槽41靠近氢侧环形进油槽12但不与氢侧环形进油槽12相连通，另一列为空侧双向回油槽42靠近空侧环形进油槽13但不与空侧环形进油槽13相连通。
38.参照图5、6、7，在双流环密封瓦1的耐磨合金层内柱面11上开有采用铣削加工的轴向引油槽3，在轴套外柱面222上开有采用激光加工或铣削加工的双向回油槽4。双向回油槽4为月牙形结构，在靠近环形进油槽12和13侧的型线431为直线，在远离环形进油槽12、13侧的型线432为外凸曲线；双向回油槽4为深度处处相等的等深结构，双向回油槽4的深度优选值为0.01mm～0.2mm。
39.实施例2
40.参考图8、9，本实施例与实施例一的不同之处在于：在轴套外柱面222上开有采用激光加工或铣削加工的双向等深回油槽4，双向回油槽4为v型槽结构44，v型槽大端441朝向环形进油槽12、13侧，v型槽小端442远离环形进油槽12、13侧。
41.实施例3
42.参考图10、11，本实施例与实施例一的不同之处在于：在轴套外柱面222上开有采用激光加工或铣削加工的双向变深回油槽4，双向回油槽4在靠近环形进油槽12、13侧的型线431为直线，在远离环形进油槽12、13侧的型线432为外凸曲线，双向回油槽4为中间深、两侧浅的变深结构，从而可强化回油槽对润滑油的反向泵送作用。
43.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的同等技术手段。