专利名称：一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置及方法
技术领域：
本发明属于机械工程领域，涉及一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置及方法。
背景技术：
汽轮机技术向高参数(高速、高压、高温)方向的发展及微电子学、计算机技术、先进加工技术、测量技术等相关技术的发展，促进了非接触式机械密封监控技术的研究与应用，并使密封系统对环境的自适应控制成为必要和可能。从测试系统发展史来看，测量仪器经历了由模拟式仪器、分立元件式仪器、数字式仪器到虚拟仪器的发展过程。目前，只有通过将先进的虚拟仪器技术引入非接触式机械密封监控中，在虚拟仪器测控技术的基础上， 实现机电的有机结合，完成相关传感器的选型与安装，建立一套完整的非接触式机械密封的测试监控系统，才能做到密封的实时监控，保证汽轮机组的安全稳定运行。在实际应用中，螺旋槽密封作为非接触式机械密封中的一种，其测量参数多为端面温度、端面膜厚等。温度测量中又以使用热电偶为多，当端面温度达到极限值时，控制系统通过调节限流阀增大冲洗量使温度值恢复到正常值范围之内。对于端面膜厚的测量常常使用电涡流传感器，调节端面膜厚的具体操作是通过改变开启力和闭合力等两种方式实现。其他一些参数的测量及控制还有待进一步研究。螺旋槽密封的端面膜压变化对其密封的稳定性具有重要影响，对于端面膜压的测量最初采用开测压孔的方法，但是由于测压孔的存在会使开孔部位的液膜流场发生变化， 从而在测量结果中引人误差，所以逐渐采用压力传感器来进行膜压的测量。在非接触式机械密封中，螺旋槽密封通过表面造型技术在动环的密封端面上开设有各种螺旋槽，利用螺旋槽在密封端面上形成一个“端面泵”，将低压侧的密封介质泵送到高压侧的密封腔，从而实现被密封介质的零泄漏，消除对环境的污染；同时，由于密封端面之间无直接的固体摩擦磨损，从而使得其使用寿命大大延长、密封可靠性显著提高、运行维护费用下降、经济效益明显提高，这些优势使其在国内外各种旋转流体机械上得到推广使用。同时螺旋槽密封同样存在着很多问题，被密封介质与密封介质的压力变化对液膜的刚度及上游泵送量有很大的影响，为了使非接触式机械密封系统能够及时地根据被密封介质压力的变化做出最快的反应，最大程度地避免被密封介质的泄漏，需要一种实时监控系统， 能够及时做出反应，保证密封系统的稳定运行。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置及方法，其使密封系统能够及时地根据被密封介质压力的变化做出最快的反应，最大程度上避免密封的泄漏，填补了螺旋槽密封监控技术的空白。为实现上述目的，本发明提供了一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置，包括旋转轴、压盖，以及动环和静环，螺旋槽密封安装在旋转轴上，所述压盖和旋转轴之间形成筒状密封腔，筒状密封腔内设置有与旋转轴固定连接的弹簧座，该弹簧座固定连接有弹簧，该弹簧的另一端连接前述动环，所述动环通过动环密封圈与旋转轴连接，所述静环通过静环辅助密封圈安装在压盖上，旋转轴贯穿其中，所述动环和静环在弹簧加载时相互贴合形成密封端面，在该密封端面和筒状密封腔内分别设置有压力传感器，该压力传感器的输出端连接有控制器，该控制器连接有介质供应泵。作为本发明的优选实施例，所述弹簧依靠过盈配合带动动环旋转；本发明还提供了一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置的调节方法，当密封安装好后，依靠弹簧的弹力，以克服动环密封圈与旋转轴之间的摩擦阻力，使动环端面与静环端面贴合在一起，此时有初始闭合力存在；当旋转轴开始旋转时，动环端面与静环端面之间的槽在黏性剪切作用下将密封介质泵入密封端面之间，端面膜压的增加使两密封端面分开，实现非接触运转，这时，通过实时安装在密封端面间及密封腔内的传感器实时测量各自的压力，将两个压力信号传输给控制器，通过控制器调节介质供应泵的压力来改变密封端面处的介质进口压力，最终使得密封端面内的最大压力等于被密封介质的压力，实现密封的零泄漏；本发明汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置及方法至少具有以下优点本发明在静环上正对于螺旋槽槽根处的位置安装压力传感器，实时测量螺旋槽槽根处密封介质的压力(即密封端面处的最大压力)，并在密封腔顶部安装传感器实时测量被密封介质的压力，将两个压力值及时反馈到控制器中，通过控制器来调节密封介质供应泵的压力，使得密封端面处的介质进口压力升高或降低，最终实现密封端面处的最大压力与被密封介质的压力相等，密封泄漏量为零的目标，本发明不仅能实时地控制密封的泄漏，而且可以避免密封端面的磨损，延长密封副的使用寿命。
图1是本发明汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置的结构示意图；图2是本发明汽轮机轴端螺旋槽端面形状图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置作具体介绍请参阅图1所示，本发明汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置，包括旋转轴10、 压盖6，以及动环4和静环8，螺旋槽密封安装在旋转轴10上，所述压盖6和旋转轴10之间形成筒状密封腔7，筒状密封腔7内有弹簧座1、弹簧3、动环4、动环密封圈5，它们都随轴 10 一起旋转，而静环8、静环辅助密封圈9安装在压盖上，旋转轴10贯穿其中，相互不接触。 弹簧座1用紧定螺钉2固定在轴10上，弹簧3装在弹簧座1和动环4上，靠过盈配合带动动环4旋转。弹簧3加载使静环8和动环4相互贴合，够成密封端面。动环4不与轴10接触，而是通过动环密封圈5支撑于轴10上。静环8不与压盖6接触，而是通过静环密封圈 9支撑于压盖6上。当密封腔7内充满压力流体时，压力流体主要有三个泄漏点，第一个泄漏点是在静环8与动环4接触的螺旋槽密封端面间，此处密封的主要原理就是利用螺旋槽的泵送作用，将密封介质泵入密封间隙中，使密封间隙处的最大压力保持与被密封介质的压力实时相等，实现密封。第二个泄漏点和第三个泄漏点分别处于动环4和旋转轴10之间、静环8 与压盖6之间，这个部位在工作时，无明显的相对运动，基本都属于静密封。当密封安装好后，依靠弹簧3的弹力，以克服动环密封圈5与轴10之间的摩擦阻力，使动环端面与静环端面贴合在一起，此时有初始闭合力存在。当轴10开始旋转时，动环端面与静环端面之间的槽在黏性剪切作用下将密封介质泵入密封端面之间，端面膜压的增加使两密封端面分开， 实现非接触运转。这时，通过实时安装在密封端面间及密封腔7内的传感器实时测量各自的压力，将两个压力信号传输给控制器，通过控制器调节介质供应泵的压力来改变密封端面处的介质进口压力，最终使得密封端面内的最大压力等于被密封介质的压力，实现密封的零泄漏。端面螺旋槽不仅可以把低压侧的密封介质泵送到高压侧，还可以把由高压侧泄漏到低压侧的被密封介质再反输至高压侧，彻底消除被密封介质的泄漏。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置，其特征在于包括旋转轴(10)、压盖 (6)，以及动环⑷和静环(8)，螺旋槽密封安装在旋转轴(10)上，所述压盖(6)和旋转轴 (10)之间形成筒状密封腔(7)，筒状密封腔(7)内设置有与旋转轴固定连接的弹簧座(1)， 该弹簧座(1)固定连接有弹簧(3)，该弹簧( 的另一端连接前述动环，所述动环(4)通过动环密封圈( 与旋转轴(10)连接，所述静环(8)通过静环辅助密封圈(9)安装在压盖上，旋转轴(10)贯穿其中，所述动环(4)和静环(8)在弹簧加载时相互贴合形成密封端面， 在该密封端面和筒状密封腔内分别设置有压力传感器，该压力传感器的输出端连接有控制器，该控制器连接有介质供应泵。
2.如权利要求1所述的汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置，其特征在于所述弹簧(3)依靠过盈配合带动动环(4)旋转。
3.如权利要求1所述的汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置的调节方法，其特征在于当密封安装好后，依靠弹簧(3)的弹力，以克服动环密封圈(5)与旋转轴(10)之间的摩擦阻力，使动环端面与静环端面贴合在一起，此时有初始闭合力存在；当旋转轴(10)开始旋转时，动环端面与静环端面之间的槽在黏性剪切作用下将密封介质泵入密封端面之间， 端面膜压的增加使两密封端面分开，实现非接触运转，这时，通过实时安装在密封端面间及密封腔(7)内的传感器实时测量各自的压力，将两个压力信号传输给控制器，通过控制器调节介质供应泵的压力来改变密封端面处的介质进口压力，最终使得密封端面内的最大压力等于被密封介质的压力，实现密封的零泄漏。
全文摘要
本发明公开了一种汽轮机轴端螺旋槽密封的自动调节装置及方法，该装置是在静环上正对于螺旋槽槽根处的位置和密封腔的顶部分别安装压力传感器，实时感应密封端面处最大压力及被密封介质压力的变化，由控制器根据螺旋槽底部压力随密封介质供应泵压力变化的趋势输出命令信号，根据这个信号来调节密封介质泵的压力，通过密封介质泵压力的变化来影响密封端面最大压力处(即螺旋槽槽根处)的密封介质压力，使其与密封腔内的压力相等，实现密封的零泄漏。
文档编号F01D11/06GK102220886SQ20111012562
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者戴义平, 王江峰, 王颖, 赵攀, 高林 申请人:西安交通大学