一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法与流程

本发明涉及水轮机轴向力的计算技术领域，具体为一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法。

背景技术：

冷却塔用水轮机是安装在冷却塔上的一种利用循环水富余能量的节能设备，一般情况下采用超低比转速水轮机，结构和外形如上图所示，水轮机的轴承座承载的轴向力，一方面来自于转轮和主轴的自重，另一方面来自于转轮的轴推力。

根据安徽昊星节能科技有限公司设计的冷却塔用超低比转速水轮机轴向力计算公式

此公式仅给出一种计算轴向力的方法，没有给出如何优化轴向力，由于冷却塔用水轮机轴承座使用的轴承一般为滚动轴承，所能承受的轴向力较小，有时候按照以上计算方法得到的轴向力往往很难选到轴承。本发明在冷却塔用超低比转速水轮机轴向力计算公式基础上设计了一种通过调整密封环位置来实现轴向力设计的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法，以解决上述背景技术中提出的轴承选择比较困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法,设水轮机进口直径为d1、出口直径为d2、进口压强为h1、出口压强为h2，上冠所受压强h3。密封位置如图，设泄水孔过流充分，则上冠所受压强h3近似为h2，下冠所受压强近似为h1。

则轴向力的计算公式为：

根据上式计算的结果，水轮机承受很大的向上的轴向力，对冷却塔用水轮机滚动轴承的选用造成很大的困扰。

本发明的思路是通过调整水轮机上冠密封位置来达到水轮机在额定工况下工作时，水轮机的轴向力为零的目的。把密封环位置的直径缩小，设为d3，从d1到d2的圆环区域由原压强为h2变成为h1，使得轴向力为零的时候的轴向力为d3，则：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过调整水轮机上冠密封位置实现水轮机在额定工况下轴向力为零的目的，从而使得轴承的使用寿命大大延长，根据以上的设计思路，设计制造出来的水轮机轴承性能很稳定，使用寿命较长。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的受力分析图；

图4为本发明的受力分析图；

图5为本发明上冠密封处放大图；

图6为本发明下冠密封处放大图。

图中：1、导叶；2、泄水孔；3、上冠；4、轴承座；5、盖板；6、主轴；7、转轮；8、下环；9、蜗壳；10、上冠密封处；11、下冠密封处。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-6，本实施例提供了一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法,所述设计方法为:

设水轮机进口直径为d1、出口直径为d2、进口压强为h1、出口压强为h2，上冠所受压强h3。密封位置如图，则轴向力可以通过以下公式计算。

设泄水孔过流充分，则上冠所受压强h3近似为h2，下冠所受压强近似为h1。

则轴向力的计算公式为：

上式的第一项为负值，第二项为负值，第三项为正值，一般情况下第一项与第二项的绝对值的和远远大于第三项，水轮机承受很大的向上的轴向力，对冷却塔用水轮机滚动轴承的选用造成很大的困扰。

冷却塔用水轮机工作点较固定，水轮机进水压强h1、出水压强h2、过流量q近似认为是定值，则以上的f计算出来也是定值。本发明的思路是通过调整水轮机上冠密封位置来达到水轮机在额定工况下工作时，水轮机的轴向力为零的目的。

把密封环位置的直径缩小，设为d3，从d1到d2的圆环区域由原压强为h2变成为h1，增加的向下的轴向力为：

令f＝f'，得：

从以上推演可以看出我们完全可以通过调整水轮机上冠密封位置实

现水轮机在额定工况下轴向力为零的目的，从而使得轴承的使用寿命大大延长，根据以上的设计思路，设计制造出来的水轮机轴承性能很稳定，使用寿命较长。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种通过调整上冠密封位置实现水轮机轴向力设计的方法。设水轮机进口直径为D1、出口直径为D2、密封环位置的直径为D3，进口压强为H1、出口压强为H2，过流量为Q，转轮与主轴自重为W。则按下式计算设计密封环位置的直径，可以实现水轮机在额定工况下工作时，水轮机的轴向力为零的目的。根据以上的设计思路，设计制造出来的水轮机轴承性能很稳定，使用寿命较长。

技术研发人员：李大应;潘坤
受保护的技术使用者：安徽昊星节能科技有限公司
技术研发日：2019.05.16
技术公布日：2019.08.20