CN106979115B - 反击式水轮机及其主轴密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种反击式水轮机及其主轴密封系统，涉及反击式水轮机技术领域，主要目的在于提高水轮发电机组主轴密封组件在泥沙流域的使用寿命。反击式水轮机的主轴密封系统包括：顶盖，顶盖上开设有轴孔；主轴，其穿过轴孔，在主轴与轴孔之间形成有环形的漏水孔；转轮体，设置在主轴的端部，位于顶盖的一侧；甩水环，设置在主轴上，位于顶盖的另一侧，与转轮体的轮毂之间具有间隔距离，甩水环的挡水面面向漏水孔；甩水环与主轴同步转动，旋转的甩水环的挡水面将从漏水孔漏出的水反击，在漏水孔处形成挡水墙。甩水环与轮毂不会摩擦，在多泥沙流域磨损较小，维修成本较低，无需经常维修，可提高丰水期的发电量。

Description

反击式水轮机及其主轴密封系统

技术领域

本发明涉及反击式水轮机技术领域，特别是涉及一种反击式水轮机及其主轴密封系统。

背景技术

反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。

目前，现有反击式水轮机主轴密封系统都采用综合性接触式密封系统，如：活塞与盘根密封、止漏环与阶梯盘根密封、迷宫环与阶梯盘根密封、泵板清水润滑与盘根密封、巴氏合金瓦间隙与盘根密封等，以上主轴密封系统在多泥沙流域水轮发电机组主轴机械密封磨损较快，维修成本较高，影响丰水期的发电量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反击式水轮机及其主轴密封系统，主要目的在于提高水轮发电机组主轴密封组件在泥沙流域的使用寿命。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种反击式水轮机的主轴密封系统，包括：

顶盖，所述顶盖上开设有轴孔；

主轴，其穿过所述轴孔，在所述主轴与所述轴孔之间形成有环形的漏水孔；

转轮体，设置在所述主轴的端部，位于所述顶盖的一侧；

甩水环，设置在所述主轴上，位于所述顶盖的另一侧，与所述转轮体的轮毂之间具有间隔距离，所述甩水环的挡水面面向所述漏水孔；所述甩水环与所述主轴同步转动，旋转的所述甩水环的挡水面将从所述漏水孔漏出的水反击，在所述漏水孔处形成挡水墙。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述甩水环的挡水面与所述转轮体的轮毂之间的间隔距离在0.5-2mm之间。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述挡水面为远离所述漏水孔方向凹陷的环形弧形面。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述挡水面为中部远离所述漏水孔方向凹陷的环形倾斜面。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述甩水环通过稳钉与所述主轴定位。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述主轴的工作转速大于等于400r/min。

可选的，前述的反击式水轮机的主轴密封系统，其中所述主轴的工作转速在1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min或428.6r/min。

另一方面，本发明的实施例提供一种反击式水轮机，包括：

反击式水轮机的主轴密封系统；

反击式水轮机的主轴密封系统，包括：

顶盖，所述顶盖上开设有轴孔；

主轴，其穿过所述轴孔，在所述主轴与所述轴孔之间形成有环形的漏水孔；

转轮体，设置在所述主轴的端部，位于所述顶盖的一侧；

甩水环，设置在所述主轴上，位于所述顶盖的另一侧，与所述转轮体的轮毂之间具有间隔距离，所述甩水环的挡水面面向所述漏水孔；所述甩水环与所述主轴同步转动，旋转的所述甩水环的挡水面将从所述漏水孔漏出的水反击，在所述漏水孔处形成挡水墙。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选的，前述的反击式水轮机，其中所述甩水环安装在主轴密封集水室内，所述主轴密封集水室与负压的尾水锥管连通。

借由上述技术方案，本发明技术方案提供的反击式水轮机及其主轴密封系统至少具有下列优点：

本发明实施例提供的技术方案中，转轮体位于所述顶盖的一侧，甩水环位于所述顶盖的另一侧，反击式水轮机处于工作中，甩水环与主轴同步转动，旋转的甩水环的挡水面可将从漏水孔漏出的水反击，并在所述漏水孔处形成挡水墙，实现对漏水孔的密封。相对于现有技术，由于在甩水环和转轮体的轮毂之间具有间隔距离，实际上两者之间没有直接的接触，甩水环与轮毂不会摩擦，在多泥沙流域磨损较小，维修成本较低，无需经常维修，可提高丰水期的发电量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的实施例提供的一种反击式水轮机的主轴密封系统的局部结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的一种反击式水轮机的主轴密封系统的甩水环截面的结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的一种反击式水轮机的主轴密封系统的管线连接的结构示意图；

图4是本发明的实施例提供的一种反击式水轮机的主轴密封系统的甩水环的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的反击式水轮机及其主轴密封系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例一

如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种反击式水轮机的主轴密封系统，其包括：顶盖10、主轴20、转轮体30以及甩水环40。

顶盖10上开设有轴孔；主轴20穿过所述轴孔，在所述主轴20与所述轴孔之间形成有环形的漏水孔50；转轮体30设置在所述主轴20的端部，转轮体30位于所述顶盖10的一侧；甩水环40设置在所述主轴20上，甩水环40位于所述顶盖10的另一侧，甩水环40与所述转轮体30的轮毂31之间具有间隔距离，所述甩水环40的挡水面41面向所述漏水孔50；所述甩水环40与所述主轴20同步转动，旋转的所述甩水环40的挡水面41将从所述漏水孔50漏出的水反击，在所述漏水孔50处形成挡水墙。

本发明实施例提供的技术方案中，转轮体位于所述顶盖的一侧，甩水环位于所述顶盖的另一侧，反击式水轮机处于工作中，甩水环与主轴同步转动，旋转的甩水环的挡水面可将从漏水孔漏出的水反击，并在所述漏水孔处形成挡水墙，实现对漏水孔的密封。相对于现有技术，由于在甩水环和转轮体的轮毂之间具有间隔距离，实际上两者之间没有直接的接触，甩水环与轮毂不会摩擦，在多泥沙流域磨损较小，维修成本较低，无需经常维修，可提高丰水期的发电量。

实际的应用中，还可以通过对现有技术的反击式水轮机进行改造，现有技术中，高转速水轮机采用主轴活塞式密封加外盘根密封，开机时采用清水润滑，后来经过多次改造改换为机械阶梯静动环间隙密封，因奎屯河水质含泥沙量较大，丰水期每立方平均十公斤左右。机械阶梯密封磨损较快，活塞式密封加外盘根式密封磨损较快并磨损到水轮机大轴，每次更换机械阶梯密封都必须拆除排水弯管和转轮，安装机械阶梯密封调整间隙精度要求高，不然阶梯密封就会在转动时，动环与静环阶梯摩擦损坏，安装费工费时。近十年来，丰水期6-9月磨损严重，多次改造效果均不明显，投入了大量改造资金，大量人力物力，影响了正常发电量。以前的主轴密封渗漏水设计排入集水井，然后用集水井泵排入尾水，既耗电能，又增大了人力物力的投入，提出对水轮机主轴密封的改造，主轴密封排水改造。改造后提高机组发电量，减少维修人员，减少维修成本，节约用电，提高集水井设备的使用周期。

改造过程为：

将机械密封拆除改为与轮轱不接触式甩水环，即首先拆除机械阶梯密封，拆除清水润滑管路系统，拆除主轴密封排入集水井管路，改造主轴密封，将甩水环设置在所述主轴上，与轮毂不接触式甩水环密封。因拆除了机械阶梯静动环密封，所以不需要清水润滑系统。

改造后使用良好，导叶开度95％，负荷2500+100kW时主轴密封良好，没有水从主轴缝间隙漏出，运行三个月后拆开集水室检查，甩水环磨损不明显，用塞尺检查，甩水环与轮毂间隙为0.90mm，磨损均匀，固定牢靠无松动，检查推力瓦温与改造前无明显变化，检查蜗壳震动与改造前无变化，运行效果良好，各参数符合GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》。

为了在漏水孔处形成良好的密封效果，所述甩水环的挡水面与所述转轮体的轮毂之间的间隔距离(最小间隔距离)可在0.5-2mm之间。优选甩水环与轮毂保证0.85mm-1mm的间隙较佳。

其中，甩水环与顶盖之间同样具有间隔距离，优选的可在0.5-2mm之间。

为了将从漏水孔漏出的水通过挡水面进行反击，将较多的水击退至漏水孔处，并在漏水孔处形成挡水墙，如图2所示，所述挡水面41a可为远离所述漏水孔方向凹陷的环形弧形面。甩水环中高速转动中，从漏水孔漏出的水击打到挡水面上之后，远离所述漏水孔方向凹陷的环形弧形面会将水朝向主轴中心靠拢的方向反弹，有效的将水流反弹至漏水孔处。具体的，凹陷的环形弧形面可采用内环面逐渐凹陷于外环面的弧形面，也可以采用中环面逐渐凹陷于内环面和外环面的弧形面。

本发明提供的另一个实施例中，所述挡水面为中部远离所述漏水孔方向凹陷的环形倾斜面。甩水环中高速转动中，从漏水孔漏出的水击打到挡水面上之后，中部远离所述漏水孔方向凹陷的环形倾斜面同样会将水朝向主轴中心靠拢的方向反弹，有效的将水流反弹至漏水孔处。

在顶盖的另一侧还具有主轴密封集水室，甩水环可安装在主轴密封集水室内。由于挡水墙难以做到绝对的密封，非常少量的水会通过甩水环与顶盖之间的间隔飞溅收集到主轴密封集水室内。如图3所示，将主轴密封集水室60与尾水锥管70连通，然后利用锥管负压吸出，排入尾水锥管进入尾水。

实际的应用中，可以通过对现有技术的反击式水轮机进行改造，改造过程为：

将主轴密封集水室与尾水锥管连通，将主轴密封漏水利用尾水锥管负压吸出，排入尾水锥管进入尾水。

在实现甩水环与主轴的同步转动中，可通过任意的方式，例如：甩水环与主轴之间通过键连接，或甩水环通过稳钉与所述主轴定位等。

若甩水环采用整体结构，不易安装于主轴上，具体实施中，如图4所示，甩水环可包括相对扣合的第一半环40a和第二半环40b，第一半环40a和第二半环40b之间通过螺栓40c固定。

另外在顶盖的轴孔外围还设置有止漏环槽，止漏环槽的内壁形成所述轴孔，转轮的轮毂位于所述轴孔内，由于轮毂设置在所述主轴上，实际上，漏水孔为轮毂与轴孔之间的环形孔。

挡水面呈环形，环形的挡水面的外环的直径大于漏水孔为轮毂与轴孔之间的环形孔的外径。具体的，环形的挡水面的外环可与顶盖的外壁处于同一高度，或是伸入所述止漏环槽内，科获得较高的挡水效果。

其中，主轴的工作转速越高，主轴密封性越高，为了实现基本良好的密封，所述主轴的工作转速可大于等于400r/min。具体实施中，所述主轴的工作转速可在1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min或428.6r/min。

实施例二

本发明实施例二提供的一种反击式水轮机，包括：主轴密封系统，其包括：顶盖、主轴、转轮体以及甩水环。

顶盖上开设有轴孔；主轴穿过所述轴孔，在所述主轴与所述轴孔之间形成有环形的漏水孔；转轮体设置在所述主轴的端部，位于所述顶盖的一侧；甩水环设置在所述主轴上，位于所述顶盖的另一侧，甩水环与所述转轮体的轮毂之间具有间隔距离，所述甩水环的挡水面面向所述漏水孔；所述甩水环与所述主轴同步转动，旋转的所述甩水环的挡水面将从所述漏水孔漏出的水反击，在所述漏水孔处形成挡水墙。

具体的，本实施例二中所述的主轴密封系统可直接采用上述实施例一提供的所述主轴密封系统，具体的实现结构可参见上述实施例一中描述的相关内容，此处不再赘述。

具体的，所述甩水环安装在主轴密封集水室内，所述主轴密封集水室与负压的尾水锥管连通。

具体的，可利用顶盖排水改造作为为供水，作为冬季的技术供水。由于不存在机械密封，也就不存在维修时拆出水弯管，拆转轮等工作，减轻劳动强度。

本发明实施例中提供的甩水环好安装，好加工制造，且反击式水轮机的生产或改造费用低。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件，以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以它们的组合实现。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，包括：

顶盖，所述顶盖上开设有止漏环槽，所述止漏环槽的内壁形成轴孔；

主轴，其穿过所述轴孔，在所述主轴与所述轴孔之间形成有环形的漏水孔；

转轮体，设置在所述主轴的端部，位于所述顶盖的一侧；

甩水环，设置在所述主轴上，位于所述顶盖的另一侧，与所述转轮体的轮毂之间具有间隔距离，所述甩水环的挡水面面向所述漏水孔，所述挡水面的外环的直径大于所述漏水孔的外径，所述挡水面为一倾斜面或弧形面，所述挡水面的外环与所述顶盖的外壁处于同一高度，或伸入所述止漏环槽。

2.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述甩水环的挡水面与所述转轮体的轮毂之间的间隔距离在0.5-2mm之间。

3.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述挡水面为远离所述漏水孔方向凹陷的环形弧形面。

4.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述挡水面为中部远离所述漏水孔方向凹陷的环形倾斜面。

5.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述甩水环安装在主轴密封集水室内。

6.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述甩水环通过稳钉与所述主轴定位。

7.根据权利要求1所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述主轴的工作转速大于等于400r/min。

8.根据权利要求7所述的反击式水轮机的主轴密封系统，其特征在于，

所述主轴的工作转速在1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min或428.6r/min。

9.一种反击式水轮机，其特征在于，包括：

上述权利要求1-8中任一所述的反击式水轮机的主轴密封系统。

10.根据权利要求9所述的反击式水轮机，其特征在于，

所述甩水环安装在主轴密封集水室内，所述主轴密封集水室与负压的尾水锥管连通。

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