專(zhuān)利名稱(chēng)：多級(jí)串聯(lián)泵式水力機(jī)主軸密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止葉片式水力機(jī)如水輪機(jī)、水泵、可逆式水泵水輪機(jī)主軸處漏水的封水裝置；本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)件與靜止件間有間隙，故無(wú)摩擦磨損，而且能做到點(diǎn)滴不漏。
目前，公知的主軸密封有石棉盤(pán)根作填料的密封；橡膠與金屬板貼合的摩擦密封；炭精或陶瓷與金屬板貼合的摩擦密封等。所有這些通稱(chēng)為接觸密封，運(yùn)轉(zhuǎn)后會(huì)磨損主軸；或者會(huì)自身相互磨損。磨損后漏水增大到一定程度就必須停機(jī)檢修，更換或修復(fù)磨損部件。由于密封裝置的位置及空間狹小，檢修更換相當(dāng)困難；停機(jī)又造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。所以現(xiàn)代水力機(jī)主軸密封磨損，特別是在多泥沙水中運(yùn)轉(zhuǎn)的這些密封會(huì)快速磨損，成為水電站、水泵站運(yùn)行中一件極不愉快的問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外也有采用與本發(fā)明原理部分類(lèi)似的不接觸密封，如(1)水泵密封，但它只是一級(jí)，由于揚(yáng)程不足，應(yīng)用中只把它作為輔助密封，最后封水仍然依靠與它聯(lián)合工作的接觸密封，請(qǐng)參看哈爾濱大電機(jī)研究所著《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》。(2)螺旋泵密封，它也只是一級(jí)，由于揚(yáng)程很低，只能應(yīng)用于壓差很小而轉(zhuǎn)速又很高的條件下，請(qǐng)參看機(jī)械部主編的《機(jī)械工程手冊(cè)》第5卷。(3)本發(fā)明人申請(qǐng)的編號(hào)為91107267.5的“無(wú)磨損，不漏水的水輪機(jī)主軸密封”的專(zhuān)利，它屬于多級(jí)軸向串聯(lián)離心泵型，雖已在多個(gè)電站成功地使用，但它適用的范圍有限。本發(fā)明的目的是提供一種水力機(jī)主軸密封，它不僅在清水中、甚至在多泥水中也不會(huì)產(chǎn)生磨損；而且能做到點(diǎn)滴不漏；并能滿(mǎn)足不同型式，不同大小，不同轉(zhuǎn)速的全部水力機(jī)的需要。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的總體構(gòu)思是(1)為了使密封不遭摩擦磨損，采用不接觸的泵封。(1)為了獲得高的揚(yáng)程，使能將漏水送回到機(jī)殼中去，采用多級(jí)串聯(lián)水泵的結(jié)構(gòu)；其具體級(jí)數(shù)按機(jī)器的具體條件計(jì)算決定。(3)要在有限的空間內(nèi)裝下這種多級(jí)泵封，而且結(jié)構(gòu)不能復(fù)雜。(4)為了使整個(gè)流道不遭水中泥沙的沖刷磨損，采用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連續(xù)注入少量清水，使整個(gè)流道保持無(wú)泥沙狀態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，應(yīng)用上述總體構(gòu)思，針對(duì)不同大小、不同型式、不同轉(zhuǎn)速水力機(jī)的特點(diǎn)，得出了本發(fā)明的四個(gè)方案，其實(shí)施例如附

圖1、圖3、圖5、圖6所示。
圖1是本發(fā)明的第一方案的實(shí)施例--多級(jí)串聯(lián)輻流泵式水力機(jī)主軸密封的縱剖面構(gòu)造圖(本圖僅為三級(jí))。
圖2是圖1的N-N剖視圖。
圖3是本發(fā)明的第二方案的實(shí)施例--多級(jí)串聯(lián)軸流泵式水力機(jī)主軸密封的縱剖面構(gòu)造圖(本圖僅為三級(jí))。
圖4是圖3的M-M剖視展開(kāi)圖。
圖5是本發(fā)明的第三方案的實(shí)施例--多級(jí)串聯(lián)輻流泵與多級(jí)串聯(lián)軸流泵串聯(lián)在一起的水力機(jī)主軸密封的縱剖面構(gòu)造圖(本圖僅為五級(jí))。
圖6是本發(fā)明的第四方案的實(shí)施例--多級(jí)串聯(lián)螺旋泵式水力機(jī)主軸密封的縱剖面構(gòu)造圖(本圖僅為五級(jí))。
圖7是圖6的D部螺紋放大圖。
七個(gè)圖中零部件的統(tǒng)一編號(hào)如下圖1及圖21.主軸2.機(jī)殼(也稱(chēng)頂蓋)3.一級(jí)離心葉輪4.二級(jí)離心葉輪5.三級(jí)離心葉輪6.葉輪支持板7.一級(jí)離心導(dǎo)輪8.二級(jí)離心導(dǎo)輪9.導(dǎo)輪支持板圖3及圖4中1.主軸2.機(jī)殼10.一級(jí)軸流葉輪11.二級(jí)軸流葉輪12.三級(jí)軸流葉輪13.葉輪支承環(huán)14.一級(jí)軸流導(dǎo)輪15.二級(jí)軸流導(dǎo)輪16.導(dǎo)輪支承環(huán).
圖5中1.主軸2.機(jī)殼3.一級(jí)離心葉輪4.二級(jí)離心葉輪6.葉輪支持板10.一級(jí)軸流葉輪11.二級(jí)軸流葉輪12.三級(jí)軸流葉輪13.葉輪支承環(huán)14.一級(jí)軸流導(dǎo)輪15.二級(jí)軸流導(dǎo)輪16.導(dǎo)輪支承環(huán)。
圖6中1.主軸2.機(jī)殼18.一級(jí)泵螺紋19.二級(jí)泵螺紋20.三級(jí)泵螺紋11.四級(jí)泵螺紋22.五級(jí)泵螺紋23.轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒24.一級(jí)導(dǎo)向螺紋15.二級(jí)導(dǎo)向螺紋26.三級(jí)導(dǎo)向螺紋27.四級(jí)導(dǎo)向螺紋28.五級(jí)導(dǎo)向螺紋29.靜梳齒圖7中α＝0～30°圖1.3.5.6中A.壓力水空腔，壓頭為HB.與大氣相通的無(wú)壓空腔C.清水引入孔。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的每一方案的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明如下第一方案實(shí)施例，其構(gòu)造如圖1及圖2所示，圖1中一級(jí)離心葉輪(3)、二級(jí)離心葉輪(4)、三級(jí)離心葉輪(5)都同軸地固定在葉輪支持板(6)上面。此葉輪支持板(6)通過(guò)鍵的作用裝在主軸上。在每?jī)杉?jí)葉輪間裝有一級(jí)離心導(dǎo)輪(7)和二級(jí)離心導(dǎo)輪(8)，它們和葉輪間保持較小的間隙。此兩導(dǎo)輪同軸地固定在導(dǎo)輪支持板(9)的下面。此導(dǎo)輪支持板(9)固定在機(jī)殼(2)上。圖2中示出了這些葉輪和導(dǎo)輪的葉片的彎曲方向及葉輪旋轉(zhuǎn)方向。
其工作原理是葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，按離心泵原理對(duì)水流產(chǎn)生壓頭及速度頭并送向?qū)л啞?dǎo)輪將水流的方向扭轉(zhuǎn)，按離心泵導(dǎo)輪的原理將水流的速度頭轉(zhuǎn)化為壓頭并送向次一級(jí)葉輪。假定此多級(jí)串聯(lián)泵的設(shè)計(jì)總揚(yáng)程為H，通過(guò)各級(jí)葉輪和導(dǎo)輪的流量為Q；空腔(A)中水的壓頭為△H，通過(guò)各級(jí)葉輪和導(dǎo)輪間的間隙漏向空腔(B)的流量為△Q。只要H＝△H，Q＝△Q就不會(huì)有一滴水自空腔(B)經(jīng)由主軸(1)與導(dǎo)葉支持板(9)間的間隙漏向機(jī)外。實(shí)際上設(shè)計(jì)時(shí)令H＞＞△H及Q＞＞△Q，在這種情況下一級(jí)泵輪(3)處于低負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至無(wú)水空轉(zhuǎn)。此時(shí)空腔(B)將具有一定的吸力。因此如從孔(C)連續(xù)地注入少量清水，就能使從空腔(B)到空腔(A)的整個(gè)流道中充滿(mǎn)清水，從而避免泥沙對(duì)全部過(guò)流部件的磨損。當(dāng)水輪機(jī)作調(diào)相機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空腔(A)中充滿(mǎn)有壓空氣，只要從孔(C)連續(xù)地加入流量為Q的水流就可以封住空氣，不使外泄。本發(fā)明下述三個(gè)實(shí)施方案的工作原理與此基本相同，下面就不再陳述。
第二方案的實(shí)施例，其構(gòu)造如圖3及圖4所示圖3中一級(jí)軸流葉輪(11)、三級(jí)軸流葉輪(12)、都固定在葉輪支承環(huán)(13)的外柱面上。此葉輪支承環(huán)(13)通過(guò)鍵的作用裝在主軸上。在每?jī)杉?jí)葉輪間裝有一級(jí)軸流導(dǎo)輪(14)和二級(jí)軸流導(dǎo)輪(15)，它們和葉輪間有一個(gè)大于主軸上下竄動(dòng)量的軸向間隙和較小的徑向間隙。此兩導(dǎo)輪固定在導(dǎo)輪支承環(huán)(16)的內(nèi)柱面上。此導(dǎo)輪支承環(huán)(16)固定在機(jī)殼(2)上。圖4中示出了這些葉輪和導(dǎo)輪的葉片的彎曲方向和葉輪旋轉(zhuǎn)方向。
第三方案的實(shí)施例，其構(gòu)造如圖5所示為了充分利用有限的空間，裝置更多級(jí)數(shù)的葉輪，以獲得足夠的揚(yáng)程，此方案是將上述第一個(gè)實(shí)施例方案和第二個(gè)實(shí)施例方案串聯(lián)在一起，如圖5所示。
第四方案的實(shí)施例，其構(gòu)造如圖6及圖7所示圖6中轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒(23)裝在主軸(1)上，隨主軸旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒間鑲有靜梳齒(29)，這與水力機(jī)轉(zhuǎn)輪、頂蓋間裝的梳齒止漏裝置的結(jié)構(gòu)相似，但本梳齒的內(nèi)外齒面上都車(chē)有螺紋。依靠轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒內(nèi)外表面螺紋的傾斜面的作用，將水流從低壓端推向高壓端；為此每個(gè)梳齒的內(nèi)螺紋和外螺紋的方向是相反的。由于間隙中的水流是沿主軸轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)的，它作用于靜梳齒表面螺紋的傾斜面上，水流會(huì)沿斜面從低壓端流向高壓端；為此每個(gè)靜梳齒的內(nèi)螺紋和外螺紋的方向是相反的。同樣理由每對(duì)梳齒間隙兩側(cè)的螺紋方向也是相反的。這種轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒的螺紋起了螺旋泵葉輪的作用；靜梳齒的螺紋起了螺旋泵導(dǎo)輪的作用。圖6中當(dāng)主軸按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)一級(jí)泵螺紋(18)、三級(jí)泵螺紋(20)、五級(jí)泵螺紋(22)均為左旋；二級(jí)泵螺紋(19)、四級(jí)泵螺紋(21)均為右旋。一級(jí)導(dǎo)向螺紋(24)、三級(jí)導(dǎo)向螺紋(26)、五級(jí)導(dǎo)向螺紋(28)均為右旋；二級(jí)導(dǎo)向螺紋(25)、四級(jí)導(dǎo)向螺紋(21)均為左旋。圖7放大地示出了螺紋的最佳形狀，α＝0～30°之間。本方案可串聯(lián)在前述第一方案、第二方案、第三方案的構(gòu)造上，以增加它們的揚(yáng)程。
實(shí)現(xiàn)以上所有方案在機(jī)器制造上都無(wú)任何困難。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)串聯(lián)泵式水力機(jī)主軸密封，是在水力機(jī)轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)軸承之間的空腔內(nèi)的主軸上裝置著多級(jí)水泵(不包括中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1107267.5的結(jié)構(gòu)型式)，用以將沿主軸與機(jī)殼間的間隙向外泄漏的壓力水、在泄漏出間隙之前，將此壓力水送回到機(jī)殼中去的密封裝置，其特征是多個(gè)葉片式水泵的葉輪和導(dǎo)輪相間地串聯(lián)在一起進(jìn)行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主軸密封的第一方案，其特征是多個(gè)離心式環(huán)狀葉輪與多個(gè)離心式環(huán)狀導(dǎo)輪在輻向相間布置組成的多級(jí)串聯(lián)輻流泵式水力機(jī)主軸密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主軸密封的多個(gè)離心式環(huán)狀葉輪，其特征是各葉輪為大小不同的圓環(huán)，一個(gè)套一個(gè)地，同軸地固定在一個(gè)葉輪支持板的上面，此支持板裝在主軸上并隨主軸旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主軸密封的多個(gè)離心式環(huán)狀導(dǎo)輪，其特征是各導(dǎo)輪為大小不同的圓環(huán)，一個(gè)套一個(gè)地同軸地固定在一個(gè)導(dǎo)輪支持板的下面，此支持板固定在水力機(jī)的機(jī)殼上靜止不動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主軸密封的第二方案，其特征是多個(gè)軸流式葉輪與多個(gè)軸流式導(dǎo)輪在軸向相間布置組成的多級(jí)串聯(lián)軸流泵式水力機(jī)主軸密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主軸密封的多個(gè)軸流式葉輪，其特征是各葉輪都固定在一個(gè)葉輪支承環(huán)的外表面上，此支承環(huán)裝在主軸上并隨主軸旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主軸密封的多個(gè)軸流式導(dǎo)輪，其特征是各導(dǎo)輪都固定在一個(gè)導(dǎo)輪支承環(huán)的內(nèi)表面上，此支承環(huán)固定在水力機(jī)的機(jī)殼上靜止不動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主軸密封的第三方案，其特征是將權(quán)利要求2的多級(jí)串聯(lián)輻流泵與權(quán)利要求5的多級(jí)串聯(lián)軸流泵再串聯(lián)在一起的水力機(jī)主軸密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主軸密封的葉輪，其特征是將權(quán)利要求3所述的固定有多個(gè)離心式葉輪的葉輪支持板的外緣固定在權(quán)利要求6所述的固定有多個(gè)軸流式葉輪的葉輪支承環(huán)上，組成一個(gè)聯(lián)合工作的多級(jí)葉輪，此支持板和支承環(huán)的內(nèi)緣都裝在主軸上并隨主軸旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主軸密封的導(dǎo)輪，其特征是將權(quán)利要求4所述的固定有多個(gè)離心式導(dǎo)輪的導(dǎo)輪支持板的外緣固定在權(quán)利要求7所述的固定有多個(gè)軸流式導(dǎo)輪的導(dǎo)輪支承環(huán)上，組成一個(gè)聯(lián)合工作的多級(jí)導(dǎo)輪并固定在水力機(jī)的機(jī)殼上靜止不動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主軸密封的第四方案，與現(xiàn)代水力機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠與頂蓋間的梳齒密封相似，但不同點(diǎn)即其特征是轉(zhuǎn)動(dòng)梳齒(即葉輪)與靜梳齒(即導(dǎo)輪)的內(nèi)外表面都有螺紋，它們組成了多級(jí)串聯(lián)螺旋泵式水力機(jī)主軸密封。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的主軸密封的葉輪，其特征是每個(gè)梳齒外柱面上的螺紋傾斜方向與內(nèi)柱面上的螺紋傾斜方向是相反的(即一個(gè)為右螺紋，另一個(gè)為左螺紋)，螺紋的具體方向是推動(dòng)漏水向高壓方向流動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的主軸密封的導(dǎo)輪，其特征是每個(gè)梳齒外柱面上的螺紋傾斜方向與內(nèi)柱面上的螺紋傾斜方向是相反的(即一個(gè)為右螺紋，另一個(gè)為左螺紋)；螺紋的具體方向是引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的漏水向高壓方向流動(dòng)。
全文摘要
一種適用于水輪機(jī)、水泵、可逆式水泵水輪機(jī)的、用多級(jí)水泵串聯(lián)工作，在壓力水經(jīng)旋轉(zhuǎn)的主軸與靜止件間的間隙泄漏到機(jī)殼外之前、就將漏水送回到機(jī)殼中去的密封裝置。其具體構(gòu)造有多級(jí)串聯(lián)輻流泵、多級(jí)串聯(lián)軸流泵、多級(jí)串聯(lián)輻流泵與多級(jí)串聯(lián)軸流泵再串聯(lián)(如附圖)及多級(jí)串聯(lián)螺旋泵四個(gè)方案。由于旋轉(zhuǎn)件與靜止件不接觸因而無(wú)磨損；而且點(diǎn)滴不漏。
文檔編號(hào)F16J15/16GK1127335SQ9511123
公開(kāi)日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1995年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月6日
發(fā)明者杜西陵 申請(qǐng)人:成都杜同水輪機(jī)研究所