一种水轮机及其转轮的制作方法

本发明涉及水轮机组技术领域，更具体地说，涉及一种水轮机及其转轮。

背景技术：

水轮机是将水能转换成轴的旋转机械能的水力机械，能量转换借助转轮叶片与水流的相互作用来实现。

转桨式水轮机的叶片能随工况的变化而转动，进而实现双重调节(导叶开度、叶片角度)，水轮机包括与主轴连接的轮毂，设置在轮毂上的叶片，该叶片围绕叶片转轴的轴线能够相对轮毂发生转动，以实现叶片角度的调节。为了避免转轮漏水漏油，叶片转轴与轮毂之间通过密封组件密封。目前，密封组件采用普通的橡胶密封圈。

但是，上述密封组件耐磨性较差，而转轮的调节系统通过操作压力油驱动叶片调节，压力较大、在运行中叶片随着导叶的变化而随动，而且随着水位的波动、负荷的调整，叶片一直不断地在变化，另外转轮叶片是能量转化的部件，受力大而复杂；导致密封组件较易磨损，且易老化变硬，影响了密封性能，较易造成漏水漏油，同时加剧转轮振动，影响了水轮机的寿命。

综上所述，如何提高叶片转轴与轮毂之间的密封性能，以减少漏油漏水的情况，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水轮机的转轮，以提高叶片转轴与轮毂之间的密封性能，从而减少漏油漏水的情况。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述转轮的水轮机，以提高叶片转轴与轮毂之间的密封性能，从而减少漏油漏水的情况。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水轮机的转轮，包括轮毂和可转动地设置在所述轮毂上的叶片，所述叶片与所述轮毂之间通过密封组件密封配合，所述密封组件包括：

套设在所述轮毂与所述叶片之间的第一磁性密封圈；

用于对所述第一磁性密封圈施加相斥的第一磁力的第一磁环，所述第一磁环套设在所述轮毂与所述叶片之间；

用于对所述第一磁性密封圈施加相斥的第二磁力的第二磁环，所述第二磁环套设在所述轮毂与所述叶片之间，所述第一磁环和所述第二磁环分别位于所述第一磁性密封圈的两侧。

优选的，上述转轮中，所述轮毂上设置有第一安装凹槽，所述密封组件设置于所述第一安装凹槽内。

优选的，上述转轮中，所述密封组件还包括第二磁性密封圈，所述第二磁性密封圈设置在所述第一磁环远离所述第一磁性密封圈的端面与所述第一安装凹槽靠近所述第一磁环的侧面之间，所述第一磁环对所述第二磁性密封圈施加相斥的第三磁力。

优选的，上述转轮中，所述第一磁环远离所述第一磁性密封圈的端面上开设有第二安装凹槽，所述第二磁性密封圈设置于所述第二安装凹槽内。

优选的，上述转轮中，所述密封组件还包括第三磁性密封圈，所述第三磁性密封圈设置在所述第二磁环远离所述第一磁性密封圈的端面与所述第一安装凹槽远离所述第一磁环的侧面之间，所述第二磁环对所述第三磁性密封圈施加相斥的第四磁力。

优选的，上述转轮中，所述第二磁环远离所述第一磁性密封圈的端面上开设有第三安装凹槽，所述第三磁性密封圈设置于所述第三安装凹槽内。

优选的，上述转轮中，所述第一磁性密封圈为X型密封圈，所述第二磁性密封圈和所述第三磁性密封圈均为O型密封圈。

优选的，上述转轮中，所述第一磁性密封圈、所述第二磁性密封圈和所述第三磁性密封圈均为Fe₃O₄复合磁性丁腈橡胶密封圈，所述Fe₃O₄复合磁性丁腈橡胶密封圈中Fe₃O₄所占的质量分数为20％-30％。

优选的，上述转轮中，所述叶片包括可转动地设置在所述轮毂上的叶片转轴和设置在所述叶片转轴上的叶片本体，所述密封组件设置在所述叶片转轴与所述轮毂之间。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的水轮机的转轮包括轮毂和可转动地设置在轮毂上的叶片，叶片与轮毂之间通过密封组件密封配合；其中，密封组件包括套设在轮毂与叶片之间的第一磁性密封圈，用于对第一磁性密封圈施加相斥的第一磁力的第一磁环，第一磁环套设在轮毂与叶片之间；用于对第一磁性密封圈施加相斥的第二磁力的第二磁环，第二磁环套设在轮毂与叶片之间，第一磁环和第二磁环分别位于第一磁性密封圈的两侧。

本发明的密封组件中，第一磁环从第一磁性密封圈一侧对其施加驱使第一磁性密封圈向远离第一磁环的方向移动的第一磁力，第二磁环从第一磁性密封圈另一侧对其施加驱使第一磁性密封圈向远离第二磁环的方向移动的第二磁力；第一磁力和第二磁力分别从第一磁性密封圈的两侧施加排斥力，能够配合挤压第一磁性密封圈，使第一磁性密封圈沿着径向拉伸，从而保证第一磁性密封圈的两个圆周面分别与轮毂和叶片紧密贴合，保证密封效果。

综上可知，本发明的第一磁性密封圈始终受到磁力作用，变被动密封为主动密封，在第一磁性密封圈磨损后，磁力的作用能够使第一磁性密封圈适时地产生径向拉伸，进而保证第一磁性密封圈始终与轮毂和叶片接触，不会因为密封组件磨损而导致与被密封件的接触力减小或失效，所以提高了叶片转轴与轮毂之间的密封性能，从而减少了漏油漏水的情况，提高了可靠性。

而且，本发明的第一磁性密封圈耐磨性、自补偿性较好，耐用，延长了水轮机的寿命。

本发明还提供了一种水轮机，包括主轴和与主轴连接的转轮，所述转轮为上述任一种转轮，由于上述转轮具有上述效果，具有上述转轮的水轮机具有同样的效果，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的水轮机的转轮的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种水轮机的转轮，提高了叶片转轴与轮毂之间的密封性能，从而减少了漏油漏水的情况。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考附图1-2，本发明实施例提供的水轮机的转轮包括轮毂1和可转动地设置在轮毂1上的叶片，叶片与轮毂1之间通过密封组件密封配合；其中，密封组件包括套设在轮毂1与叶片之间的第一磁性密封圈8；用于对第一磁性密封圈8施加相斥的第一磁力的第一磁环6，第一磁环6套设在轮毂1与叶片之间；用于对第一磁性密封圈8施加相斥的第二磁力的第二磁环5，第二磁环5套设在轮毂1与叶片之间，第一磁环6和第二磁环5分别位于第一磁性密封圈8的两侧。

需要说明的是，由于第一磁环6和第二磁环5分别位于第一磁性密封圈8的两侧，所以第一磁环6和第二磁环5对第一磁性密封圈8施加的磁力方向均沿第一磁性密封圈8的轴向。

本发明的密封组件中，第一磁环6从第一磁性密封圈8一侧对其施加驱使第一磁性密封圈8向远离第一磁环6的方向移动的第一磁力，第二磁环5从第一磁性密封圈8另一侧对其施加驱使第一磁性密封圈8向远离第二磁环5的方向移动的第二磁力；第一磁力和第二磁力分别从第一磁性密封圈8的两侧施加排斥力，能够配合挤压第一磁性密封圈8，使第一磁性密封圈8沿着径向拉伸，从而保证第一磁性密封圈8的两个圆周面分别与轮毂1和叶片紧密贴合，保证密封效果。

综上可知，本发明的第一磁性密封圈8始终受到磁力作用，变被动密封为主动密封，在第一磁性密封圈8磨损后，磁力的作用能够使第一磁性密封圈8适时地产生径向拉伸，进而保证第一磁性密封圈8始终与轮毂1和叶片接触，不会因为密封组件磨损而导致与被密封件的接触力减小或失效，所以提高了叶片转轴2与轮毂1之间的密封性能，从而减少了漏油漏水的情况，提高了可靠性。

而且，本发明的第一磁性密封圈8耐磨性、自补偿性较好，耐用，延长了水轮机的寿命。

本发明具体的实施例中，轮毂1上设置有第一安装凹槽，密封组件设置于第一安装凹槽内。本发明通过第一安装凹槽限位密封组件，避免密封组件发生轴向位移，提高了安全可靠性。可替换的，本发明还可以通过两个限位凸起，或者在叶片上设置装配槽，来实现同样的轴向限位密封组件的效果，本发明在此不再一一赘述。

为了进一步提高密封性能，密封组件还包括第二磁性密封圈7，第二磁性密封圈7设置在第一磁环6远离第一磁性密封圈8的端面与第一安装凹槽靠近第一磁环6的侧面之间，第一磁环6对第二磁性密封圈7施加相斥的第三磁力。本发明通过第一磁环6对第二磁性密封圈7施加朝向远离第一磁环6方向的第三磁力，使第二磁性密封圈7始终与第一安装凹槽的侧面紧密贴合，进一步避免了漏水漏油。

上述实施例中，第一磁环6远离第一磁性密封圈8的端面上开设有第二安装凹槽，第二磁性密封圈7设置于第二安装凹槽内。本发明通过第二安装凹槽限位第二磁性密封圈7，防止第二磁性密封圈7发生径向位移，进一步提高了密封可靠性。可替换，本发明还可以在第一安装凹槽的侧面上设置限位槽，以实现同样的限位第二磁性密封圈7的效果。

优选的，密封组件还包括第三磁性密封圈4，第三磁性密封圈4设置在第二磁环5远离第一磁性密封圈8的端面与第一安装凹槽远离第一磁环6的侧面之间，第二磁环5对第三磁性密封圈4施加相斥的第四磁力。本发明通过第二磁环5对第三磁性密封圈4施加朝向远离第二磁环5方向的第三磁力，使第三磁性密封圈4始终与第一安装凹槽的侧面紧密贴合，进一步避免了漏水漏油。

本实施例中，利用第一磁性密封圈8实现叶片与轮毂1之间的径向密封，同时利用第二磁性密封圈7和第三磁性密封圈4共同对叶片与轮毂1之间进行轴向密封，进一步提高了密封性能，密封组件既能防止轮毂1内部的油向外泄露，又能避免流道中水流入轮毂1内。可以理解的是，本发明可以仅设置上述第二磁性密封圈7和第三磁性密封圈4中的一个，或者均不设置，仅依靠第一磁性密封圈8达到密封效果。

上述实施例提供的转轮中，第二磁环5远离第一磁性密封圈8的端面上开设有第三安装凹槽，第三磁性密封圈4设置于第三安装凹槽内。本发明通过第三安装凹槽限位第三磁性密封圈4，防止第三磁性密封圈4发生径向位移，进一步提高了密封可靠性。可替换，本发明还可以在第一安装凹槽的侧面上设置限位槽，以实现同样的限位第三磁性密封圈4的效果。

优选的技术方案中，第一磁性密封圈8为X型密封圈，第二磁性密封圈7和第三磁性密封圈4均为O型密封圈。X型密封圈具有较好的径向拉伸性，同时密封面较大，密封效果较好。O型密封圈结构简单，便于装配。当然，上述第一磁性密封圈8还可以为O型、Y型或者其他形状，上述第二磁性密封圈7和第三磁性密封圈4也可以为X型、V型或者其他形状，本发明对此不做具体限定。

为了进一步优化上述技术方案，第一磁性密封圈8、第二磁性密封圈7和第三磁性密封圈4均为Fe₃O₄(四氧化三铁)复合磁性丁腈橡胶密封圈，该密封圈具有较好的耐磨性能、磁性和自修复性特性，延长了使用寿命。当然，上述密封圈还可以为硅胶密封圈、双氟橡胶密封圈等。

优选的，Fe₃O₄复合磁性丁腈橡胶密封圈中Fe₃O₄所占的质量分数为20％-30％。具体的，Fe₃O₄所占的质量分数为25％，采用该质量分数的铁磁粉，耐磨性较佳。当然，Fe₃O₄所占的质量分数还可以为20％、30％或20％-30％范围内的任一数值，也可以根据磁性密封圈的实际尺寸和形状，选择其他数值的质量分数。本发明还可以采用石墨、三氧化二铁或者其他磁粉替代上述Fe₃O₄。

本发明优选的实施例中，叶片包括可转动地设置在轮毂1上的叶片转轴2和设置在叶片转轴2上的叶片本体3，密封组件设置在叶片转轴2与轮毂1之间。本发明的叶片由叶片转轴2和叶片本体3构成，便于装配密封组件，具体的叶片本体3通过螺栓与叶片转轴2相连。本发明的叶片也可以包括一个整体的部分，即将叶片转轴2与叶片本体3设置为一体式结构，使叶片直接与轮毂1转动连接。

本发明实施例还提供了一种水轮机，包括主轴和与主轴连接的转轮，该转轮为上述任一项实施例提供的转轮，提高了叶片转轴2与轮毂1之间的密封性能，从而减少了漏油漏水的情况，其优点是由转轮带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。