專利名稱：組合式端面密封圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水輪機(jī)主軸水壓式端面密封的組合式端面密封圈結(jié)構(gòu)型式和材料。
技術(shù)背景水輪機(jī)主軸密封是水輪發(fā)電機(jī)組的重要裝置。其功能是防止機(jī)組轉(zhuǎn)輪工作室中的壓力水流出現(xiàn)不正常泄漏，避免造成水淹軸承甚至水淹機(jī)組的事故。水輪機(jī)主軸密封目前采用了兩類型式的端面密封。一種是近年從國外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備新型式的恒壓自平衡浮動環(huán)密封。其設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)，通過設(shè)計及計算保證密封自動平衡壓力關(guān)系及工作配合和密封效果。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求保障密封正常冷卻、潤滑、壓力的水系統(tǒng)必須有很高可靠性。其工作原理是在壓力平衡狀態(tài)下，非金屬密封環(huán)(靜密封環(huán))和隨主軸轉(zhuǎn)動的金屬抗磨密封環(huán)(動密封環(huán))相配合的端平面之間形成0. 03 0. 08mm(毫米)穩(wěn)定的密封間隙，且此間隙為高壓冷卻水水膜所充填。由于泄漏水壓始終低于高壓水的壓力， 因此泄漏水無從泄漏入廠房。該種密封能保證始終只有微量壓力冷卻水泄漏。運(yùn)行時，由于靜密封環(huán)和金屬動密封環(huán)完全不接觸和不摩擦，并有水流潤滑冷卻，因此磨損率極低。一般不會出現(xiàn)高速摩擦燒毀事故，安全性高。屬非接觸端面密封。國內(nèi)設(shè)計的水壓式端面密封，是一種主要依靠人工調(diào)控的非自動平衡壓力關(guān)系的端面密封。由于一直采用只能軸向上下移動而不能轉(zhuǎn)動的工作方式以及橡膠端面密封圈 (靜密封環(huán))，通常也稱為水壓式活塞橡膠端面密封。它結(jié)構(gòu)簡單，對密封的冷卻供水系統(tǒng)技術(shù)要求不高，只需直接將江河水通過沉沙處理簡單過濾就可用于密封水壓操作和冷卻。 其工作原理是通過壓力水推動橡膠端面密封圈(靜密封環(huán))向上或向下移動與隨主軸轉(zhuǎn)動的金屬動密封環(huán)端平面形成合理的配合關(guān)系。為了有效防止過量的泄漏水泄漏進(jìn)入廠房，由主管人員人工調(diào)整操作工作壓力水水壓，使密封配合間隙既不至于發(fā)生接觸摩擦，又只有微量水泄漏。從而保證機(jī)組的安全。但是這種水壓式端面密封存在一個缺點(diǎn)，就是這種結(jié)構(gòu)簡單的端面密封在運(yùn)行時，在出現(xiàn)泄漏水壓的波動時由于不能自動跟蹤并適時調(diào)整操作水壓，實際上密封的配合形態(tài)經(jīng)常會出現(xiàn)接觸摩擦。此外，人工掌握不準(zhǔn)操作壓力也會使密封發(fā)生接觸摩擦。在這種情況下，耐熱能力差，熔化溫度低的高分子橡膠密封圈可能被燒毀，造成停機(jī)事故。因此采用橡膠密封圈的水壓式端面密封存在安全隱患。專利號 ZL200820090665. 6的“端面水壓式水輪機(jī)主軸密封裝置”實用新型提出了解決水壓式橡膠端面密封存在問題的新方案。其要點(diǎn)在于放棄了使用橡膠材質(zhì)密封圈，設(shè)計了一種尺寸精確，形狀穩(wěn)定，主要用金屬材料和高分子工程塑料制造的密封活塞環(huán)(靜密封環(huán))，替代橡膠端面密封圈。新的密封活塞端面工作層即密封材料層是一定厚度的高分子材料。常用的高分子密封材料例如賽思德爾高分子材料，這種材料具有優(yōu)秀的耐磨性，但是其熔點(diǎn)通常很低，只有135°C ；而工作報警溫度更低，往往只有42°C。由于密封的工作原理并未有重大而根本的改變，密封仍然存在發(fā)生接觸摩擦的可能。密封環(huán)高分子密封材料仍然可能發(fā)生燒毀。需要考慮其它方案克服有關(guān)缺點(diǎn)，提高密封的安全性和可靠性。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有彈性變形特性，含有固體潤滑劑、自潤滑能力強(qiáng)、耐熱性優(yōu)異、耐磨損的水輪機(jī)主軸水壓式端面密封使用的組合式端面密封圈(靜密封環(huán)、靜環(huán))。保證密封能在尾水位大幅變動、泄漏水壓波動大、經(jīng)常出現(xiàn)接觸摩擦和接觸密封的工況下易于調(diào)控、并安全可靠運(yùn)行。結(jié)構(gòu)型式本實用新型的目的是通過以下結(jié)構(gòu)和材料實現(xiàn)的一種水輪機(jī)主軸水壓式端面密封裝置的組合式端面密封圈，設(shè)計為在橡膠基環(huán)的端面的全環(huán)面一定數(shù)量凸起橡膠構(gòu)造之間，粘結(jié)定位數(shù)量與凸起橡膠構(gòu)造相等的碳石墨塊，橡膠基環(huán)與碳石墨塊形成不可拆分整體結(jié)構(gòu)。本實用新型組合式端面密封圈端面上碳石墨材料占端面密封面面積一般大于70%。保證密封圈運(yùn)行中主要由碳石墨材料承擔(dān)接觸密封功能和非接觸密封功能。 充分發(fā)揮碳石墨能經(jīng)受摩擦發(fā)熱、耐高溫耐磨損的優(yōu)秀特性。本實用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。采用低硬度高強(qiáng)度碳石墨材料。 其基本物理機(jī)械參數(shù)達(dá)到肖氏硬度OB)60 ；抗壓強(qiáng)度> 120mpa(1200kg/Cm2)；含55%以上自潤滑石墨成份；摩擦系數(shù)0. 04-0. 05 ；耐150°C工作溫度。采用高強(qiáng)度耐磨丁晴橡膠或其它橡膠為橡膠基環(huán)。由于采用碳石墨-橡膠組合式結(jié)構(gòu)端面密封圈，能充分發(fā)揮碳石墨材料和橡膠材料獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)出現(xiàn)尾水位大幅變化產(chǎn)生接觸密封工況時，密封圈端面碳石墨材料因摩擦和摩擦發(fā)熱會迅速釋出微量石墨分子附著在端面密封圈(靜環(huán))和金屬動密封環(huán)配合表面，對兩者實施固體潤滑。從而保護(hù)了這兩種密封部件。減少其損傷和破壞， 防止密封的燒毀。本實用新型有利于運(yùn)行中及時迅速調(diào)控密封配合狀態(tài)和密封效果，無須擔(dān)心操作水壓調(diào)控量偏出實際需要會產(chǎn)生密封安全問題。特別適合于多泥沙、尾水位變化大、水壓波動的水輪機(jī)主軸水壓式端面密封。本實用新型具體設(shè)計的組合式端面密封圈(靜密封環(huán)、靜環(huán))，有單(一個)接頭型式的密封圈、二個接頭的密封圈、多個接頭的密封圈等多種結(jié)構(gòu)型式。密封圈使用時把每個接頭的二個端頭涂上粘膠劑后進(jìn)行粘結(jié)，形成整體密封圈。

圖1 是(非自動平衡)水輪機(jī)主軸水壓式端面密封結(jié)構(gòu)示意圖；(參考資料 ZL200820090665. 6 “端面水壓式水輪機(jī)主軸密封裝置”圖1)1、是端面密封圈；(靜密封環(huán))2、是金屬抗磨環(huán)板(動密封環(huán))；3、是水密封座；4、是密封調(diào)控冷卻壓力水；5、是轉(zhuǎn)輪工作室泄漏水流；6、是端面密封圈防轉(zhuǎn)動定位銷；圖2 是水壓式端面密封裝置常用的橡膠端面密封圈(靜密封環(huán))1、是橡膠材料密封圈；2、是密封圈下部鴿尾(燕尾)式充水結(jié)構(gòu)；
4[0020]3、是密封圈上多個冷卻潤滑水通孔；4、是密封圈上工作端面冷卻水環(huán)槽；5、是密封圈上部密封端面；6、是密封圈上或下移動方向；圖3 是ZL200820090665. 6 “端面水壓式水輪機(jī)主軸密封裝置”實用新型專利設(shè)計的密封活塞裝配剖面圖。1、是高分子材料密封環(huán)；2、是金屬托環(huán)；3、是緊固螺釘；圖4 是本實用新型組合式端面密封圈多接頭結(jié)構(gòu)型式示意圖；1、是接頭 1;2、是接頭 2;3、是接頭 3;4、是接頭 4;5、是碳石墨材料；6、是橡膠基環(huán)7上端環(huán)面橡膠凸起構(gòu)造；7、是橡膠基環(huán)；圖5 是本實用新型組合式端面密封圈圖4B-B剖面圖示意；(見圖4之B-B剖視標(biāo)識)5、是碳石墨材料(碳石墨塊)；7、是橡膠基環(huán)；圖6 是本實用新型組合式端面密封圈圖4A向向視標(biāo)示的接頭粘結(jié)前展開側(cè)向示意圖(見圖4A向向視標(biāo)示)；5、是碳石墨材料(碳石墨塊)；6、是橡膠基環(huán)7上端面的橡膠凸起構(gòu)造；7、是橡膠基環(huán)；8、是端面密封圈45°預(yù)制斜面左端頭；9、是端面密封圈45°預(yù)制斜面右端頭；
具體實施方式
如圖4并結(jié)合圖5及圖6為一種水輪機(jī)主軸水壓式端面密封裝置的組合式端面密封圈，密封圈由橡膠基環(huán)7和碳石墨塊5組合而成，橡膠基環(huán)7上端環(huán)面設(shè)計有多個凸起構(gòu)造，凸起構(gòu)造間形成凹槽結(jié)構(gòu)并用于粘結(jié)定位與凸起構(gòu)造數(shù)量相等的碳石墨塊。碳石墨塊采用一種已經(jīng)經(jīng)過3年200萬公里運(yùn)行行程及每秒44. 6米/秒高線速度驗證的低硬度高強(qiáng)度耐熱碳石墨材料，基本參數(shù)為許用溫度150°C ；自潤滑石墨含量55% ；摩擦系數(shù) 0. 04-0. 05 ；肖氏硬度0B) 60 ；抗壓強(qiáng)度> 120mpa(1200kg/Cm2)；碳石墨材料一般占端面密封圈密封工作面面積大于或等于70%比例；例如圖6中6是橡膠基環(huán)7上端環(huán)面上均勻布置的橡膠凸起構(gòu)造，高10mm，厚IOmm ；長度按碳石墨塊配合尺寸一致；環(huán)面上的橡膠凸起構(gòu)造一般占密封面積不大于30% ；主要承擔(dān)眾多碳石墨塊定位功能及保持密封圈彈性變形特點(diǎn)功能-J是橡膠基環(huán)，一般采用高強(qiáng)度耐磨橡膠；本實用新型具體采用圖6中橡膠基環(huán)7 的左端頭8和右端頭9都是45°斜面標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制端頭；預(yù)先精確制造。安裝時能在15分鐘快速完成左端頭8和右端頭9相互粘結(jié)；使密封圈形成45°接頭并成為不可拆分整體結(jié)構(gòu)。 本實用新型端面密封圈并不改變傳統(tǒng)水壓式端面密封裝置的結(jié)構(gòu)，能正常裝配入金屬材質(zhì)水密封座環(huán)槽之中，在密封座環(huán)槽底部充入冷卻壓力水作用下，端面密封圈能上移，降低冷卻壓力水壓力，在自身重量和泄漏水壓作用下會適當(dāng)下移；正常參與普通水壓式端面密封裝置的運(yùn)行工作。
權(quán)利要求1.一種水輪機(jī)主軸水壓式端面密封裝置的組合式端面密封圈，其特征是在橡膠基環(huán)的端面全環(huán)面上一定數(shù)量凸起橡膠構(gòu)造之間，粘結(jié)定位數(shù)量與凸起橡膠構(gòu)造相等的碳石墨塊，橡膠基環(huán)與碳石墨塊形成不可拆分整體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式端面密封圈，其特征是帶有預(yù)制45°標(biāo)準(zhǔn)斜面的左、右端頭結(jié)構(gòu)，左、右端頭粘結(jié)固定后密封圈形成45°接頭及不可拆分整體結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種水輪機(jī)主軸水壓式端面密封的組合式端面密封圈，主要采用在橡膠基環(huán)上端環(huán)面凸起橡膠構(gòu)造之間凹槽中，定位粘結(jié)一定數(shù)量、一定厚度的碳石墨塊結(jié)構(gòu)型式。本實用新型組合式端面密封圈采用了耐熱能力強(qiáng)，固體自潤滑能力優(yōu)秀，低硬度高強(qiáng)度碳石墨材料和彈性、強(qiáng)度優(yōu)秀的橡膠。密封圈兼具橡膠的彈性，可變形性、適形隨形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和碳石墨材料耐熱耐磨損，對金屬抗磨環(huán)有保護(hù)作用的優(yōu)點(diǎn)。能夠適應(yīng)接觸密封和非接觸密封二種運(yùn)行工況。非常有利于運(yùn)行中，迅速準(zhǔn)確調(diào)控密封的配合狀態(tài)達(dá)到良好密封效果。本實用新型可靠性高，特別適用于泥沙含量高、尾水位變化大的水輪機(jī)主軸水壓式端面密封。
文檔編號F03B11/00GK202280559SQ20112025622
公開日2012年6月20日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者何生榮, 何遇秋 申請人:何遇秋