水轮机叶片泵式主轴密封的制作方法

本实用新型涉及主轴密封技术领域，特别是涉及一种水轮机叶片泵式主轴密封。

背景技术：

水轮机主轴与其配合的顶盖（或前盖）在径向上总是有间隙的，水轮机运行时有一部分水流通过该间隙流向上冠与顶盖（或前盖）的腔中，水轮机主轴密封的作用便是用来减小或阻止上述水流。

现有技术中，有两种密封形式被广泛运用于水轮发电机组中的主轴密封中，其中一种密封形式时多针对立式机组，密封的原理是橡胶密封圈在工作水的水压作用下与抗磨环接触，而橡胶密封圈置于密封座的U型槽内，机组运行中，橡胶密封圈端面与抗磨环摩擦，漏水无法越过这一摩擦副沿主轴流出，从而达到密封止水的作用。另外一种密封形式多针对卧式机组：通过压环压紧柔性盘根，盘根与主轴紧密接触，在运行中盘根与主轴形成摩擦副，从而阻止漏水沿主轴流出达到密封止水作用，其中，第二种密封形式也被广泛运用于其他密封环境，如作为阀门的阀杆密封件。

两种密封形式发挥密封止水都是通过摩擦副的接触阻断漏水通道而实现的。但是，两种主轴密封都存在类似的缺陷：经历较短的运行时间密封失效、漏水增大，需停机检修、更换。密封失效原因是：摩擦副的磨损退让。在立式机组中，在工作水的压力作用下橡胶密封圈可沿U型槽向前移动，使其端面始终与抗磨环接触，我们称之为磨损补偿。但实际存在的问题是主轴密封的摩擦副磨损退让严重，橡胶密封圈在补偿的过程中很快出现失效，而后仅能采用停机检修或更换摩擦副的办法来解决漏水问题。对于卧式机组，若盘根与主轴密封套磨损严重，也必须停止更换。当然，也有立式机组采用与橡胶密封圈这一主轴密封结构，在电站的库容较大，泥沙沉淀充分，水质较好的情况下，主轴密封结构磨损较小、补偿作用短时间内不会失效，使用周期较长，密封效果良好。而对于数量占绝大多数的中小电站而言，特别是夏季，河水的泥沙含量很重，密封失效造成主轴漏水成了电站一个突出问题，甚至严重影响到电站的发电量。

技术实现要素：

针对上述提出的主轴密封失效漏水问题突出，影响到电站发电量的问题，本实用新型提供了一种水轮机叶片泵式主轴密封，本主轴密封能够在主轴的特定轴向长度上，得到更长长度的密封流道，以得到更好的主轴密封效果。

本实用新型提供的水轮机叶片泵式主轴密封通过以下技术要点来解决问题：水轮机叶片泵式主轴密封，包括动环座及静环座，所述动环座上安装有动齿环，所述静环座上安装有静齿环，所述动齿环及静齿环均为侧面上设置有多个环形齿的筒状结构，所述环形齿均为位于动齿环或静齿环周向上的环形结构，所述动齿环及静齿环两者的数量均为N个，所述N为大于1的整数，动齿环与静齿环组成N组迷宫密封面，每组迷宫密封面中均包括一个动齿环和一个静齿环，在动环座安装于主轴上后及静环座安装于机壳上后，N组迷宫密封面沿着主轴的径向方向分布；

且N组迷宫密封面依次串联在静环座与动环座之间的泄漏流道中；

每组迷宫密封面中，动齿环上的环形齿与静齿环上的环形齿呈交叉关系。

具体的，本主轴密封在使用时，以上动环座安装于主轴上，静环座安装于叶片泵的机壳上，这样，安装在动环座上动齿环随主轴同速转动，静齿环为静止状态，这样，转动的动齿环与静止的静齿环组成一组迷宫密封面，动齿环上的环形齿与静齿环上的环形齿呈交叉关系，可使得以上的迷宫密封面为一组疏齿密封面。作为本领域技术人员，在一组迷宫密封面中，若动齿环位于静齿环的外侧，则动齿环上的环形齿需设置在动齿环的内侧，静齿环上的环形齿需设置在静齿环的外侧，反之，动齿环上的环形齿位于动齿环的外侧，静齿环上的环形齿位于静齿环的内侧。

进一步的，本方案中，进一步限定为：N组迷宫密封面沿着主轴的径向方向分布、组迷宫密封面依次串联在静环座与动环座之间的泄漏流道中，这样，便于实现在现有技术中主轴上已有的密封件安装长度上，得到多组迷宫密封面，即所述多组迷宫密封面沿着主轴的径向方向上排列，这样，在主轴上用于安装密封件的特定轴向长度的基础上，可通过多组迷宫密封面层叠，得到更长的密封流道，以上更长的密封流道将使得介质流出泄漏流道具有更大的阻力，从而，可使得疏齿密封这样的无接触密封形式能够运用于水轮机叶片泵的周向密封上，通过限定为多组迷宫密封面为层叠关系，可使得在较短的安装长度上，即在现有叶片泵主轴的密封件安装位置上，完成本主轴密封的安装后，亦能够实现叶片泵主轴的良好密封。

综上，本案提供的主轴密封形式可在不改变现有叶轮机叶片泵尺寸和结构的基础上，将无接触式密封件安装在叶片泵上，本主轴密封不仅能够长时间工作，且在工作期间能够发挥良好的密封效果。

更进一步的技术方案为：

作为动环座及静环座的具体实现方式，所述动环座及静环座均包括呈筒状的座体，动环座及静环座上均连接有呈圆环状的轴向凸环，在动环座安装于主轴上后及静环座安装于机壳上后，两个轴向凸环的轴线均与主轴的轴线共线；

动环座上的轴向凸环与静环座的座体之间具有间隙，静环座的轴向凸环与动环座的座体之间具有间隙，以上间隙均为泄漏流道的一部分，且所述间隙上均安装有一组迷宫密封面。本方案中，优选将轴向凸环与与之相连的座体设置为整体，动环座及静环座均呈环槽状，且动环座和静环座分别安装于主轴和机壳上后，呈环槽状的动环座及静环座相互扣合，这样，环槽状结构的底部可用于限定流体的流动方向，以规范流体沿着以下方向流动：靠近主轴的间隙、环槽状相互扣合形成的空间、远离主轴间隙的方向；或沿着以下方向流动：远离主轴间隙、环槽状相互扣合形成的空间、靠近主轴的间隙的方向，这样，可保证泄漏的流体需要流经两个均设置有迷宫密封面的两个间隙。

有利于本密封结构的密封能力，作为一种在本密封结构上设置三组迷宫密封面的具体方式，所述动环座上的轴向凸环与静环座上的轴向凸环之间亦设置有一组迷宫密封面。

所述动环座上还连接有叶轮，所述叶轮位于所述泄漏流道中。以上叶轮在主轴转动过程中随主轴转动，用于增大流体通过泄漏流道的阻力。优选的，设置为本采用叶轮的方案中，动环座及静环座采用以上呈环槽状的方案，这样，可将叶轮设置于环槽状相互扣合形成的空间内，这样，动环座及静环座本身可作为容纳叶轮的腔体，可达到减小本密封结构的体积的效果。

为增大流体通过泄漏流道的阻力，还包括设置于所述泄漏流道出口端上的挡水环，所述挡水环呈圆环状，挡水环的外侧固定于静环座上或内侧固定于动环座上；

在挡水环的外侧固定于静环座上时，所述挡水环的内侧搭接在动环座上，所述动环座与挡水环的搭接点用于阻碍挡水环的内侧向泄漏流道出口处流体的流动方向运动；

在挡水环的内侧固定于动环座上时，所述挡水环的外侧搭接在静环座上，所述静环座与挡水环的搭接点用于阻碍挡水环的外侧向泄漏流道出口处流体的流动方向运动。以上将挡水环设置在泄漏流道的出口上，便于在泄漏流道的流道内形成液柱，以上液柱利于强化疏齿密封的密封效果。优选设置为以上挡水环采用具有柔性的材料，如橡胶圈。

为避免挡水环随主轴转动因为变形而造成其密封性能降低或丧失，所述挡水环固定于静环座上。

为方便改变疏齿密封面中，动齿环与静齿环之间的间距，还包括箍设于静环座周向方向上的抱箍，所述抱箍的大小可调。本方案特别适用于水轮机所处的水域泥沙含量不稳定的情况，这样，可根据具体的水体泥沙含量，通过改变泄漏流道泄漏量的方式，来改善泥沙对密封结构的磨损或改善泄漏流体损失。

本实用新型具有以下有益效果：

本案提供的主轴密封形式可在不改变现有叶轮机叶片泵尺寸和结构的基础上，将无接触式密封件安装在叶片泵上，本主轴密封不仅能够长时间工作，且在工作期间能够发挥良好的密封效果。

附图说明

图1是本实用新型所述的水轮机叶片泵式主轴密封一个具体实施例的结构示意图；

图2是本实用新型所述的水轮机叶片泵式主轴密封一个具体实施例中，反映动齿环及静齿环结构、反映动齿环与静齿环配合关系的示意图。

图中的附图标记依次为：1、主轴，2、动环座，3、静环座，4、动齿环，5、静齿环，6、叶轮，7、挡水环，8、泄漏流道，9、机壳，10、轴向凸环，11、环形齿。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，水轮机叶片泵式主轴密封，包括动环座2及静环座3，所述动环座2上安装有动齿环4，所述静环座3上安装有静齿环5，所述动齿环4及静齿环5均为侧面上设置有多个环形齿11的筒状结构，所述环形齿11均为位于动齿环4或静齿环5周向上的环形结构，所述动齿环4及静齿环5两者的数量均为N个，所述N为大于1的整数，动齿环4与静齿环5组成N组迷宫密封面，每组迷宫密封面中均包括一个动齿环4和一个静齿环5，在动环座2安装于主轴1上后及静环座3安装于机壳9上后，N组迷宫密封面沿着主轴1的径向方向分布；

且N组迷宫密封面依次串联在静环座3与动环座2之间的泄漏流道8中；

每组迷宫密封面中，动齿环4上的环形齿11与静齿环5上的环形齿11呈交叉关系。

具体的，本主轴密封在使用时，以上动环座2安装于主轴1上，静环座3安装于叶片泵的机壳9上，这样，安装在动环座2上动齿环4随主轴1同速转动，静齿环5为静止状态，这样，转动的动齿环4与静止的静齿环5组成一组迷宫密封面，动齿环4上的环形齿11与静齿环5上的环形齿11呈交叉关系，可使得以上的迷宫密封面为一组疏齿密封面。作为本领域技术人员，在一组迷宫密封面中，若动齿环4位于静齿环5的外侧，则动齿环4上的环形齿11需设置在动齿环4的内侧，静齿环5上的环形齿11需设置在静齿环5的外侧，反之，动齿环4上的环形齿11位于动齿环4的外侧，静齿环5上的环形齿11位于静齿环5的内侧。

进一步的，本方案中，进一步限定为：N组迷宫密封面沿着主轴1的径向方向分布、组迷宫密封面依次串联在静环座3与动环座2之间的泄漏流道8中，这样，便于实现在现有技术中主轴1上已有的密封件安装长度上，得到多组迷宫密封面，即所述多组迷宫密封面沿着主轴1的径向方向上排列，这样，在主轴1上用于安装密封件的特定轴向长度的基础上，可通过多组迷宫密封面层叠，得到更长的密封流道，以上更长的密封流道将使得介质流出泄漏流道具有更大的阻力，从而，可使得疏齿密封这样的无接触密封形式能够运用于水轮机叶片泵的周向密封上，通过限定为多组迷宫密封面为层叠关系，可使得在较短的安装长度上，即在现有叶片泵主轴1的密封件安装位置上，完成本主轴密封的安装后，亦能够实现叶片泵主轴1的良好密封。

综上，本案提供的主轴密封形式可在不改变现有叶轮6机叶片泵尺寸和结构的基础上，将无接触式密封件安装在叶片泵上，本主轴密封不仅能够长时间工作，且在工作期间能够发挥良好的密封效果。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为动环座2及静环座3的具体实现方式，所述动环座2及静环座3均包括呈筒状的座体，动环座2及静环座3上均连接有呈圆环状的轴向凸环10，在动环座2安装于主轴1上后及静环座3安装于机壳9上后，两个轴向凸环10的轴线均与主轴1的轴线共线；

动环座2上的轴向凸环10与静环座3的座体之间具有间隙，静环座3的轴向凸环10与动环座2的座体之间具有间隙，以上间隙均为泄漏流道的一部分，且所述间隙上均安装有一组迷宫密封面。本方案中，优选将轴向凸环10与与之相连的座体设置为整体，动环座2及静环座3均呈环槽状，且动环座2和静环座3分别安装于主轴1和机壳9上后，呈环槽状的动环座2及静环座3相互扣合，这样，环槽状结构的底部可用于限定流体的流动方向，以规范流体沿着以下方向流动：靠近主轴1的间隙、环槽状相互扣合形成的空间、远离主轴1间隙的方向；或沿着以下方向流动：远离主轴1间隙、环槽状相互扣合形成的空间、靠近主轴1的间隙的方向，这样，可保证泄漏的流体需要流经两个均设置有迷宫密封面的两个间隙。

有利于本密封结构的密封能力，作为一种在本密封结构上设置三组迷宫密封面的具体方式，所述动环座2上的轴向凸环10与静环座3上的轴向凸环10之间亦设置有一组迷宫密封面。

所述动环座2上还连接有叶轮6，所述叶轮6位于所述泄漏流道中。以上叶轮6在主轴1转动过程中随主轴1转动，用于增大流体通过泄漏流道8的阻力。优选的，设置为本采用叶轮6的方案中，动环座2及静环座3采用以上呈环槽状的方案，这样，可将叶轮6设置于环槽状相互扣合形成的空间内，这样，动环座2及静环座3本身可作为容纳叶轮6的腔体，可达到减小本密封结构的体积的效果。

为增大流体通过泄漏流道8的阻力，还包括设置于所述泄漏流道出口端上的挡水环7，所述挡水环7呈圆环状，挡水环7的外侧固定于静环座3上或内侧固定于动环座2上；

在挡水环7的外侧固定于静环座3上时，所述挡水环7的内侧搭接在动环座2上，所述动环座2与挡水环7的搭接点用于阻碍挡水环7的内侧向泄漏流道8出口处流体的流动方向运动；

在挡水环7的内侧固定于动环座2上时，所述挡水环7的外侧搭接在静环座3上，所述静环座3与挡水环7的搭接点用于阻碍挡水环7的外侧向泄漏流道8出口处流体的流动方向运动。以上将挡水环7设置在泄漏流道8的出口上，便于在泄漏流道8的流道内形成液柱，以上液柱利于强化疏齿密封的密封效果。优选设置为以上挡水环7采用具有柔性的材料，如橡胶圈。

为避免挡水环7随主轴1转动因为变形而造成其密封性能降低或丧失，所述挡水环7固定于静环座3上。

实施例3：

本实施例在以上任意一个实施例所提供的任意一个技术方案的基础上作进一步限定：为方便改变疏齿密封面中，动齿环4与静齿环5之间的间距，还包括箍设于静环座3周向方向上的抱箍，所述抱箍的大小可调。本方案特别适用于水轮机所处的水域泥沙含量不稳定的情况，这样，可根据具体的水体泥沙含量，通过改变泄漏流道泄漏量的方式，来改善泥沙对密封结构的磨损或改善泄漏流体损失。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。