一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，包括：設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上的第一密封環(huán)，其為碳環(huán)密封，作為第一級密封用以密封阻擋透平在軸端產(chǎn)生的有機工質(zhì)的泄露；設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上并與第一密封環(huán)在軸向間隔一定距離的第二密封環(huán)，其為迷宮密封，作為第二級密封以密封阻擋透平在軸端泄露的有機工質(zhì)的進一步泄露；以及機殼，其為中間開設(shè)有凹槽的殼體，該殼體兩支撐端分別與第一密封環(huán)和第二密封環(huán)密封連接固定，使得該殼體的中間凹槽與兩密封環(huán)之間形成密閉空間，以作為集氣室，用于匯集由透平在軸端經(jīng)第一級密封后仍然泄露的有機工質(zhì)氣體并便于集中排出。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，同時不需要外界氣源，避免了外氣對機內(nèi)工質(zhì)氣體的污染。
【專利說明】一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及向心透平【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于向心透平的軸端密封裝置，適用于工質(zhì)氣體為特殊氣體且轉(zhuǎn)速較高的向心透平的軸端密封。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染問題、能源短缺問題的不斷加劇，太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能及工業(yè)余熱等中低溫?zé)嵩丛谖覈茉大w系中受到廣泛關(guān)注。由于有機工質(zhì)低沸點的熱物性，有機朗肯循環(huán)在中低溫?zé)嵩礋峁D(zhuǎn)化過程中具有循環(huán)效率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢。有機工質(zhì)向心透平作為有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化的一類重要原動機，其運行的安全可靠性受到廣泛重視。
[0003]有機工質(zhì)向心透平由于高轉(zhuǎn)速的工作條件和工質(zhì)氣體的特殊性，對軸端密封提出了更高的要求?，F(xiàn)有的軸端密封裝置需要外接氣源，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，維護費用較高，同時外接氣源會向機內(nèi)漏氣污染工質(zhì)，且很難達到零泄漏的效果。由于軸端密封裝置的泄漏問題，也使得對有機工質(zhì)氣體的選擇產(chǎn)生了較大的限制，易燃易爆、毒性較大的有機工質(zhì)一般不被選作向心透平工質(zhì)，但這些工質(zhì)可能恰恰具有較高的循環(huán)效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有軸端密封裝置的不足，本發(fā)明提供一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，該軸端密封裝置能徹底解決有機工質(zhì)向心透平的工質(zhì)從軸端泄漏的問題，對泄漏的有機工質(zhì)氣體進行收集處理，同時避免外接氣源對工質(zhì)氣體的污染，而且結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，系統(tǒng)維護方便。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0006]一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，設(shè)置在透平旋轉(zhuǎn)軸上以實現(xiàn)對透平軸的密封，其特征在于，該軸端密封裝置包括:
[0007]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上的第一密封環(huán)，其為碳環(huán)密封，作為第一級密封用以密封阻擋所述透平在軸端產(chǎn)生的有機工質(zhì)泄露；
[0008]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上并與該第一密封環(huán)在軸向間隔一定距離的第二密封環(huán)，其為迷宮密封，作為第二級密封以密封阻擋所述透平在軸端泄露的有機工質(zhì)的進一步泄露；
[0009]以及機殼，其為中間開設(shè)有凹槽的殼體，該殼體兩支撐端分別與所述第一密封環(huán)和第二密封環(huán)密封連接固定，使得該殼體的中間凹槽與兩密封環(huán)之間形成密閉空間，以作為集氣室，用于匯集由所述透平在軸端經(jīng)第一級密封后仍然泄露的有機工質(zhì)氣體并便于集中排出。
[0010]作為本發(fā)明的改進，該軸端密封裝置還包括固定設(shè)置在所述第二級密封外側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸上并可隨之同步旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉輪，用于在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生氣流以阻止有機工質(zhì)氣體從迷宮密封的泄漏。
[0011]作為本發(fā)明的改進，所述集氣室設(shè)置有與外界相通的排氣管，用于該集氣室中的有機工質(zhì)集中排出及收集，并避免空氣漏入機內(nèi)污染工質(zhì)氣體。
[0012]作為本發(fā)明的改進，所述風(fēng)扇葉輪包括套裝在輸出旋轉(zhuǎn)軸上的輪轂環(huán)和連接在其周向上的葉輪葉片。
[0013]本發(fā)明中的密封裝置由密封組件和漏氣收集裝置組成，在機殼內(nèi)輸出軸依次通過碳環(huán)密封、集氣室、迷宮密封和風(fēng)扇葉輪。碳環(huán)密封后接一個集氣室，集氣室四周分布有四根排氣管，集氣室后接有迷宮密封，迷宮密封后的輸出軸上套裝有風(fēng)扇葉輪，風(fēng)扇葉輪與轉(zhuǎn)軸固定連接，所述四根排氣管后連接廢氣過濾裝置，所述排氣管出口壓力為環(huán)境壓力。
[0014]本發(fā)明中，風(fēng)扇葉輪套裝在轉(zhuǎn)軸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動。葉輪由葉片和輪轂環(huán)組成，葉根和輪轂環(huán)直接連接，輪轂環(huán)與軸采用鍵連接或者將輪轂環(huán)熱套在軸上，葉輪結(jié)構(gòu)強度要能適應(yīng)于軸的轉(zhuǎn)速，同時要保證軸的平衡。
[0015]本發(fā)明中，碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)包括環(huán)形密封腔體和環(huán)形軸套，密封腔體內(nèi)有環(huán)形槽，槽內(nèi)至少裝有二個截面為矩形的環(huán)形石墨密封環(huán)，每組石墨密封環(huán)由一圈彈簧箍緊，在石墨密封環(huán)內(nèi)徑與軸套之間存在徑向間隙。
[0016]本發(fā)明中迷宮密封的迷宮型式優(yōu)選為錯列式，安裝在集氣室后方。
[0017]當向心透平工作時，輸出軸轉(zhuǎn)動，在輸出軸的軸端由于旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間的間隙會產(chǎn)生一定的有機工質(zhì)氣體泄漏，漏氣經(jīng)過碳環(huán)密封時，碳環(huán)密封能阻擋大部分的漏氣，剩余的漏氣進入集氣室。由于迷宮密封后接有隨軸一起轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇葉輪，同時保證排氣管出口的氣壓等于環(huán)境壓力，在壓差的作用下，阻止了有機工質(zhì)氣體向迷宮密封的泄漏，而是從排氣管排出。集氣室四周的四根排氣管后可以接一個廢氣過濾裝置，實現(xiàn)對漏氣及葉輪吹入空氣的收集。由于碳環(huán)密封的使用使得絕大部分工質(zhì)氣體能在向心透平內(nèi)循環(huán)工作，極少部分泄漏的工質(zhì)氣體通過集氣室和排氣管進行收集，迷宮密封配合其后的風(fēng)扇葉輪使得泄漏的工質(zhì)不被泄漏出機外，同時迷宮密封的存在也大大降低了從外側(cè)吹向集氣室的空氣氣流壓力，使得集氣室內(nèi)混入的空氣比例大大降低,便于對漏氣的收集與處理。所述的風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)方向為沿著軸線反向。
[0018]本發(fā)明的密封裝置改變了傳統(tǒng)單一的氣體密封模式，而采用了氣體密封加漏氣收集相結(jié)合，裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，系統(tǒng)維護方便，且達到工質(zhì)氣體零泄漏的效果。同時不需要外接氣源，避免了外氣對工質(zhì)氣體的污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為一種風(fēng)扇葉輪軸向斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:1.為輸出軸,2.為碳環(huán)密封,3.為集氣室,4.為排氣管,5.為機殼,6.為迷宮密封，7.為風(fēng)扇葉輪，8.為葉輪葉片，9.為輪轂環(huán)。

【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的密封裝置包括輸出軸1、碳環(huán)密封2、迷宮密封6、集氣室3、排氣管4、風(fēng)扇葉輪7，在輸出軸的前端先設(shè)置一個碳環(huán)密封2，在碳環(huán)密封2后面是集氣室3，集氣室3四周連接有至少一根(本實施例中優(yōu)選是四根)排氣管4，在集氣室3的末端設(shè)置一個迷宮密封6，迷宮密封6外側(cè)的輸出軸上裝配一個風(fēng)扇葉輪7，將風(fēng)扇葉輪7與輸出軸I固定連接使風(fēng)扇葉輪隨著軸一起轉(zhuǎn)動。
[0024]向心透平工作時，輸出軸I轉(zhuǎn)動，在輸出軸I的軸端由于旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件的間隙，會產(chǎn)生一定的有機工質(zhì)氣體泄漏。一方面泄漏的氣體經(jīng)過碳環(huán)密封2時，碳環(huán)密封2能阻擋大部分的漏氣，剩余的漏氣進入集氣室3聚集。另一方面風(fēng)扇葉輪7與輸出軸I固定連接，隨軸一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生經(jīng)迷宮密封6裝置吹向集氣室3的氣流，從而阻止有機工質(zhì)氣體向迷宮密封6的泄漏。由于保證了排氣管4出口壓力趨近于大氣壓力，最后在壓差的作用下，集氣室3氣體由排氣管4排到廢氣過濾裝置。迷宮密封6的存在同時也降低了從外側(cè)吹向集氣室3的空氣氣流壓力，使得集氣室3內(nèi)混入的空氣比例大大降低，便于對混合氣體進行收集處理。
[0025]本發(fā)明的有機工質(zhì)向心透平軸端密封裝置設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，能很好的解決有機工質(zhì)氣體軸端漏氣現(xiàn)象，達到零泄漏的目的。同時不需要外接氮氣等氣源，避免了外氣對工質(zhì)氣體的污染。
[0026]如圖2所示，風(fēng)扇葉輪由葉輪葉片8和輪轂環(huán)9組成，葉輪葉片8與輪轂環(huán)9直接連接，在葉根處亦形成沖向迷宮密封的氣流，避免工質(zhì)氣體從迷宮密封處泄漏。輪轂環(huán)9套裝在輸出軸I上，可以采用鍵連接或者熱套配合。整個風(fēng)扇葉輪的結(jié)構(gòu)強度要與軸的轉(zhuǎn)速匹配，同時風(fēng)扇葉輪要滿足軸的平衡要求。
[0027]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，設(shè)置在透平旋轉(zhuǎn)軸(1)上以實現(xiàn)對透平軸的密封，其特征在于，該軸端密封裝置包括: 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸(1)上的第一密封環(huán)(2),其為碳環(huán)密封，作為第一級密封用以密封阻擋所述透平在軸端產(chǎn)生的有機工質(zhì)的泄露； 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸(1)上并與該第一密封環(huán)(2)在軸向間隔一定距離的第二密封環(huán)￠)，其為迷宮密封，作為第二級密封以密封阻擋所述透平在軸端泄露的有機工質(zhì)的進一步泄露； 以及機殼(5)，其為中間開設(shè)有凹槽的殼體，該殼體(5)兩支撐端分別與所述第一密封環(huán)(2)和第二密封環(huán)(6)密封連接固定，使得該殼體(5)的中間凹槽與兩密封環(huán)之間形成密閉空間，以作為集氣室(3)，用于匯集由所述透平在軸端經(jīng)第一級密封后仍然泄露的有機工質(zhì)氣體并便集中排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，其中，所述軸端密封裝置還包括固定設(shè)置在所述第二級密封外側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸(1)上并可隨之同步旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉輪(7)，用于在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生氣流以阻止有機工質(zhì)氣體從迷宮密封的泄漏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，其中，所述集氣室(3)設(shè)置有與外界相通的排氣管(4),用于該集氣室中的有機工質(zhì)集中排出收集。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，其中，所述風(fēng)扇葉輪包括套裝在輸出旋轉(zhuǎn)軸(1)上的輪轂環(huán)和連接在其周向上的葉輪葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，其中，所述碳環(huán)密封(2)包括環(huán)形密封腔體和環(huán)形軸套，該密封腔體內(nèi)有環(huán)形槽，槽內(nèi)至少裝有兩個截面為矩形的環(huán)形石墨密封環(huán)，每組石墨密封環(huán)由一圈彈簧箍緊，在石墨密封環(huán)內(nèi)徑與環(huán)形軸套之間存在徑向間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的一種用于有機工質(zhì)向心透平的軸端密封裝置，其中，所述迷宮密封(6)的迷宮型式為錯列式。
【文檔編號】F01D11/00GK104343473SQ201410443212
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】張燕平, 朱志成, 黃樹紅, 岳松, 張奧 申請人:華中科技大學(xué)