專利名稱：液壓渦輪機的密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相對渦輪殼體密封液壓渦輪機如透平、泵透平、蓄壓泵或其它泵的葉輪的密封。
此外，弗朗西斯渦輪在落差小的范圍內(nèi)達(dá)到約95％的效率并在落差的范圍內(nèi)達(dá)到高于92％的效率。尤其是在大落差范圍內(nèi)，至今仍未消除的效率降低是由間隙損耗和圓盤摩擦造成的。為說明這兩種現(xiàn)象，以下簡要地討論弗朗西斯渦輪的構(gòu)造和工作方式。
在弗朗西斯渦輪中，驅(qū)動渦輪的水流出水平放置的螺形體經(jīng)一導(dǎo)輪到達(dá)葉輪。快速旋轉(zhuǎn)的葉輪把水的壓力和能速轉(zhuǎn)變成軸的轉(zhuǎn)動，該葉輪被固定在該軸上，從而驅(qū)動一產(chǎn)生電流的發(fā)電機。驅(qū)動的水軸向向下地經(jīng)一吸水管離開該葉輪以及渦輪機。
在葉輪的周邊區(qū)內(nèi)，在葉片流道的外端上，葉片流道高速經(jīng)過固定不動的渦輪殼體，其中在這些部件之間不可避免地有一道縫隙，來自導(dǎo)向葉片的水通過該縫隙流過葉輪并由此流入在葉輪外表面與渦輪殼體內(nèi)表面之間的縫隙區(qū)內(nèi)。相當(dāng)大的摩擦損失是由在固定不動的殼體與轉(zhuǎn)動葉輪之間的大的速度差造成的。另外，在上縫隙內(nèi)的高壓造成一個使軸及推力軸承承受極高負(fù)荷的強大軸向推力。因此，在葉輪外周區(qū)內(nèi)設(shè)置一個迷宮式密封并且引導(dǎo)流過此迷宮式密封的水流過渦輪。因此，現(xiàn)有技術(shù)容忍在中型渦輪中的可能高達(dá)0.5m3/s的泄漏。
由于出于上述原因地將迷宮式密封設(shè)置在葉輪外部區(qū)域內(nèi)，所以在試圖獲得小縫隙寬度的情況下出現(xiàn)顯著的摩擦損失和大的制動力矩。另外，這些密封的制造成本高并且也由于對置表面之間的相對速度高而受到總是由水夾雜含帶的雜質(zhì)如沙粒、木屑等的不斷的磨損，這使得費事的維護(hù)工作及修理是必不可少的。
不可能在葉輪外部區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)有效密封，這與直接在當(dāng)然穿過殼體的軸上進(jìn)行密封是不一樣的，其原因一方面是已多次提到的對置部件的高相對速度，另一方面是動態(tài)問題，這是由在有這樣的尺寸和力的情況下的不可避免的相對運動(垂直于主要轉(zhuǎn)動)而造成的。所述相對運動主要沿軸向進(jìn)行并且并且在工作狀態(tài)變化時出現(xiàn)，但也可能由公差、軸承間隙、隨機激起的振動等引發(fā)。
在產(chǎn)生電流的場合下，盡可能高效是非常重要的，這一方面是出于經(jīng)濟的考慮，而另一方面是出于環(huán)保考慮。尤其是在落差大且進(jìn)而壓力高的狀況下工作的弗朗西斯渦輪中，驅(qū)動水所含的且目前尚未利用的能量占5％-7％，而其中的一大部分由于縫隙損失并且在此尤其是由于在上縫隙區(qū)內(nèi)的損失而與伴隨出現(xiàn)的圓盤摩擦有關(guān)。
已經(jīng)進(jìn)行了各種解決此問題的研究。為此，僅參見由VA TECH VOESTMCE在“Polar Sealing”中的提議，其中在葉輪外部區(qū)域內(nèi)，從殼體向外地通過冷卻形成一個冷凸，它在工作期間內(nèi)成長為葉輪并輕微磨損地放置在那里并進(jìn)而承擔(dān)密封作用。當(dāng)制造這樣的渦輪的生產(chǎn)領(lǐng)域中的世界主要企業(yè)之一提出這樣復(fù)雜的自生式密封時，這就舉例證明了在弗朗西斯渦輪該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行密封有多難。
與此密封相關(guān)的問題尤其是至少冷環(huán)的一部分受損的危險及隨后的泄漏，因而該文獻(xiàn)提議，除了原本安裝的迷宮式密封外，設(shè)置該密封因。雖然可通過這種對策減少了泄漏及與此相關(guān)的問題，但這仍然是在付出高昂投資并使用需要額外維護(hù)管理的復(fù)雜附加部件的情況下實現(xiàn)的。
DE2554217A1公開了利用流體靜力軸承的解決方案。在這里，通過大致切向延伸的臂來固定一密封環(huán)并把它密封安置在殼體的一環(huán)槽內(nèi)。這種相對殼體的密封可通過裝在槽內(nèi)的且大面積貼靠環(huán)外表面的彈性環(huán)或類似件進(jìn)行，這又不利地影響了彈性環(huán)或類似件的軸向移動性和進(jìn)而環(huán)與葉輪之間的縫隙高度變化。但考慮到葉輪相對殼體的不可避免的軸向移動，這種變化是為了實現(xiàn)盡可能有效的流體靜力密封而絕對必需的。在許多示范實施例中，流體靜力密封需要的水通過管等被供給環(huán)，這進(jìn)一步妨礙了其移動性。
CH659856A5公開了另一解決方案。一相對殼體基本不可移動的環(huán)被徑向地并通過流體靜力密封地被不接觸地與葉輪(套筒盤、覆盤)密封隔開，在此，為改善縫隙高度的快速調(diào)整能力，環(huán)在軸向上也通過一種液壓軸承盡可能無摩擦地支承著。此外，支承推力軸承的水源于支承向心軸承的水。但環(huán)同樣不可避免地定位在(多個)徑向延伸的軸承水筒形輸送管路上并通過O形圈與這些輸送管路密封開。因此，該環(huán)的支承不能被視為“浮動的”，因為在向心軸承內(nèi)的縫隙高度變化明顯受到O形圈的干擾。密封的整體結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜并且要求尺寸非常大的各種部件遵守一整套緊公差。
DE19611677A1提出了被稱為“非接觸”式的并有被認(rèn)為是“浮動”的環(huán)的密封。在這里，該環(huán)被密封、不可轉(zhuǎn)動地彈性支撐地安裝在殼體上(非接觸)，指向葉輪的圓柱形面有兩個區(qū)域，即一個實現(xiàn)迷宮式密封功能的區(qū)域以及一個實現(xiàn)確定中心功能的區(qū)域。因此，泄漏被用于確定環(huán)中心。因此，從嚴(yán)格意義上講，不存在流體動力軸承。在此提案中，環(huán)安裝在殼體上存在問題，因為必須同時獲得環(huán)的良好移動性及密封連接。沒有描述如何令人滿意地解決這個問題。實際上還有其它問題，即在試圖獲得少泄漏量的情況下，幾乎無法定心。
根據(jù)本發(fā)明，為實現(xiàn)該目的而規(guī)定，在葉輪外周區(qū)內(nèi)設(shè)置一個漂浮密封環(huán)，它通過流體靜力浮動而可相對葉輪和殼體非接觸地支承著。在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語“漂浮”是指，環(huán)的軸承運動不影響其大小超過流體靜力軸承的力的大小的導(dǎo)向力。在現(xiàn)有技術(shù)中，這種力例如是彈性件的摩擦力或O形圈的摩擦力。通過本發(fā)明，間隙水量顯著減少，圓盤摩擦減少幾個數(shù)量級并且軸向推力明顯降低。根據(jù)本發(fā)明，由于泄漏只由軸承水組成，所以雜質(zhì)滲入密封區(qū)的危險和進(jìn)而破壞密封的危險性大大降低。
在本發(fā)明的一個實施例中，該環(huán)因周圍水壓而在軸向上被壓到葉輪上并在徑向上被壓到殼體上。因此，隨著葉輪在其外部區(qū)域內(nèi)的傾翻和主要變形，環(huán)的主要運動在軸向上進(jìn)行。由于在該方向上可移動，所以這是有利的。
盡管流體靜力軸承本身在機器制造業(yè)且尤其是液壓機制造業(yè)中是已知的，但至今仍無法在部件之間使用它們，部件之間的距離和位置可能變化到象如在弗朗西斯渦輪的葉輪的外周上出現(xiàn)的那種程度。只通過如本發(fā)明的相對兩個部件進(jìn)行流體靜力支承，就可以不減小密封作用和不必?fù)?dān)心碰撞地補償這些公差和運動。
在本發(fā)明的一個實施例中，在密封環(huán)與葉輪之間的兩個密封面的至少一個上設(shè)置流體動力潤滑槽，除流體靜力軸承外，密封環(huán)與葉輪之間的相對運動還產(chǎn)生流體動力軸承的作用，借助流體動力軸承作用，進(jìn)一步擴大本發(fā)明密封的穩(wěn)定范圍。
在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的變型方案中，借助密封環(huán)中的孔而由一個在殼體和密封環(huán)之間的流體靜力軸承來提供相對葉輪流體靜力支承密封環(huán)所需的高壓水，這些孔的一端在流體靜力軸承中通向殼體并且另一端在流體動力軸承中通向葉輪。
這樣，防止密封環(huán)轉(zhuǎn)動變得多余，并且不需要借助柔性管等把高壓水供給密封環(huán)。另外，通過以渦輪轉(zhuǎn)速的一半速度轉(zhuǎn)動的密封環(huán)而明顯減小了軸承摩擦。
在本發(fā)明的一個實施例中，在殼體與環(huán)之間設(shè)置一有兩個槽的流體動力軸承，其中一個槽通過一些孔相對葉輪地與環(huán)的流體動力軸承的至少一個槽相連。這使得可以為這兩個軸承設(shè)置獨立的供水路線，結(jié)果，推力軸承可以根據(jù)壓力與向心軸承脫開，因此，在一軸承內(nèi)的波動可以遠(yuǎn)離另一個軸承。這明顯有助于安裝穩(wěn)定性，確切地說是環(huán)的軸承運動。
一個葉輪3在一個殼體2內(nèi)轉(zhuǎn)動，通過一個導(dǎo)向輪4或其可轉(zhuǎn)動的但用一固定軸8安裝在殼體2內(nèi)的單獨葉片使水流入。葉輪3包括一些在圓周方向上延伸的以及相對渦輪軸7彎曲延伸的輸送通道，從而水大致軸向向下地離開葉輪3而流入吸入管5。
當(dāng)然，在固定的殼體2與葉輪3之間有一道上縫或間隙9和一道下縫或間隙10。下縫導(dǎo)致間隙水損失，所述間隙水在其所含能量無法做功的情況下流入吸入管區(qū)，但除這種損失外，沒有其它問題。
這與流入在葉輪底部11與渦輪上蓋12之間的上間隙9的水不同。由于借助一個填料密封13相對轉(zhuǎn)軸6地嚴(yán)密密封渦輪上蓋，所以在此間隙9內(nèi)近似形成上水壓(確切地說是進(jìn)入葉輪前的壓力)，這導(dǎo)致軸6或其推力軸承上承受相當(dāng)大的負(fù)荷。另外，在渦輪上蓋13與葉輪底部11之間形成的水盤造成相當(dāng)大的摩擦，這種摩擦按照高達(dá)35m/s的較高圓周速度以及對葉輪軸7的目前通常為幾米的杠桿臂而導(dǎo)致使軸轉(zhuǎn)動停止的大力矩。
為消除這些問題，在現(xiàn)有技術(shù)中，在葉輪底部11的最外區(qū)域內(nèi)設(shè)置一迷宮式密封14，其最窄縫隙約為1mm數(shù)量級。為避免可能生成高達(dá)30巴或更高的壓力，泄漏水通過一泄流管15并通過一節(jié)流閥16到達(dá)吸入管5。另外，也可以設(shè)置泄流孔。
現(xiàn)在，本發(fā)明提議，在殼體2與渦輪3之間且尤其但不絕對地在葉輪底部11的邊緣區(qū)內(nèi)設(shè)置一密封，通過該密封顯著減少了間隙水的流量。
圖2示意地表示本發(fā)明的密封。在葉輪3上設(shè)置一個工作面17，在所示實施例中，它成一獨立環(huán)形體的形式。但情況不一定是如此，工作面17也可以在制造葉輪時與葉輪成一體地制成，如由粗略的車削或磨削而成。真正的密封面18的走向垂直于渦輪轉(zhuǎn)軸7。一密封環(huán)19的一端面20與密封面18配合工作。在所示實施例中，在最簡單的形式中，該密封環(huán)具有矩形橫截面。如下面進(jìn)一步詳細(xì)說明地，這種形狀可以進(jìn)行各種修改并且適應(yīng)與各自應(yīng)用場合的特點。
密封環(huán)19相對渦輪上蓋12靜止，這意味著，它不隨葉輪底部11轉(zhuǎn)動。但密封環(huán)19可以有限地相對殼體且尤其是渦輪上蓋12軸向移動，如以下詳細(xì)說明的。許多個或至少一個柔性高壓水管21從渦輪上蓋12區(qū)域通向密封環(huán)19。密封環(huán)19或許在內(nèi)部有至少一個環(huán)形通道，該環(huán)形通道向著在其下端面20上的一環(huán)形槽敞開或過渡到該槽中或由它形成。由高壓水管21提供的高壓水、該槽和其對面的密封面18一起形成密封環(huán)19的流體動力軸承。在這種情況下，軸承間隙具有約10-350微米并最好是約100-250微米的縫隙高度，因而，與傳統(tǒng)迷宮式密封(

圖1)的縫隙寬度相比，軸承間隙較窄。
在目前的應(yīng)用領(lǐng)域中，由于極限相對速度如上所述地為35m/s數(shù)量級并且主要鑒于出現(xiàn)高壓(30巴或以上)以及為了使用流體靜力支承的密封環(huán)而葉輪3要相對渦輪上蓋12做過大的軸向運動，所以這種本身已知的流體靜力密封是無法利用的，因為必須軸向引導(dǎo)密封環(huán)19并且這種引導(dǎo)按照所提出的工作條件目前一直無法實施下去。
根據(jù)本發(fā)明，如此解決與此相關(guān)的問題，即通過柱狀流體動力軸承而可運動地在渦輪上蓋12上軸向引導(dǎo)密封環(huán)19。
渦輪上蓋12有一個在軸向上朝葉輪3突出的環(huán)形條23，其外柱面(必要時有與密封面18類似的涂層)起到支承面24作用。為此，至少一個槽25設(shè)置在支承面24中，并且就象在流體動力軸承中常見到的那樣，通過至少一根高壓水管22把高壓水供給該槽。這樣，在密封環(huán)19與渦輪上蓋12之間設(shè)置一個支承，它允許密封環(huán)完成實際上沒有摩擦的軸向運動。另外，通過該支承，可靠避免了密封環(huán)19的“傾翻”(實際上的扭轉(zhuǎn)或卷起)。密封環(huán)19在沒有這種引導(dǎo)或支承的情況下當(dāng)動力負(fù)荷作用于其上時完全可能傾翻，由此導(dǎo)致密封環(huán)19與密封面18之間的密封配合的破壞。
本發(fā)明的解決密封問題的方案不僅在動力方面而且在能源方面都是有益的并且與比較簡單和少的投資有關(guān)。用于兩個流體動力軸承面的高壓水可源于渦輪上水，從而不需要(因為密封縫隙區(qū)域內(nèi)的離心加速度)只要少量泵送功率來克服剩余壓差。部分高壓水徑向向外流并進(jìn)而流入葉輪，從而在渦輪機中又獲得了相應(yīng)部分的投入泵送功率。通過徑向外流的高壓水來可靠避免雜質(zhì)滲入也很重要。但在任何情況下，設(shè)置在葉輪3上和渦輪殼體2內(nèi)的幾乎不占地，它們怎樣都比現(xiàn)有的迷宮式密封更省地方，因此，也可以相應(yīng)地改裝現(xiàn)有渦輪。
由于渦輪工作溫度由所用水溫決定，所以盡管力求間隙小，但在密封環(huán)14與環(huán)形條27之間的圓柱形區(qū)域內(nèi)仍不存在熱膨脹問題。
圖3表示帶有轉(zhuǎn)動密封環(huán)19’的特別優(yōu)選實施例的細(xì)節(jié)。高壓水通過高壓水管22’被供給環(huán)形條23的柱狀壁面并在環(huán)形條23與密封環(huán)19之間形成所述流體動力軸承，在這里，密封環(huán)19有一槽25’。供給槽25’的部分水通過孔26’在槽27區(qū)域內(nèi)到達(dá)密封環(huán)19′的軸向端面20并如上所述地在葉輪3與密封環(huán)19′之間形成流體動力軸承。
因此，柔性高壓水管21和防轉(zhuǎn)動機構(gòu)變得過時了，而且不必容忍其帶來的缺點。正相反，摩擦損失通過以約為渦輪轉(zhuǎn)速一半的速度旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)19’減少。通過簡單構(gòu)造，此變型方案也特別適用于事后裝入已有的弗朗西斯渦輪中。
孔26′的數(shù)量、大小和構(gòu)造可以由水力專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明認(rèn)識和各自要求來輕松地決定并可以適應(yīng)各種工作條件。因此，在槽之間(確切地說是軸承面之間，因為這些槽也可設(shè)置在對置的軸承面內(nèi))筆直連通的斜孔也是可行的。
本發(fā)明可按各種方式實施并適應(yīng)于現(xiàn)有或給定的條件。因此，密封環(huán)19、19’不必成所示的矩形。它完全可以有L形或其它橫截面，從而使密封環(huán)最佳地適應(yīng)于幾何形狀和動力條件。密封環(huán)表面可在這兩個軸承區(qū)內(nèi)涂有鍍層、覆層或涂層，以避免在接觸對置面時受損。
當(dāng)然，尤其也可以在密封環(huán)19與葉輪3之間配設(shè)許多或許至少分段并列的槽，如果由此形成的流體動力軸承不成(在周向上)連續(xù)軸承的形式，而是由許多如成扇區(qū)的部分組成，則這是很有利的。因而，該槽或這些槽不必成圓弧形，而是可以成螺旋形。細(xì)分可能是有利的，以便在雜質(zhì)或灰塵侵入時確保流體靜力軸承不損壞。如果灰塵進(jìn)入，則在密封面的一些幾何分界部上會出現(xiàn)高壓水供給不足的問題，但這可通過在密封環(huán)19上設(shè)置多個彼此獨立并或許彼此相應(yīng)交疊的軸承部分來彌補。
供給這兩個軸承的高壓水主要沿箭頭(所示尖頭)從真正的軸承區(qū)流出并由此有助于確保沒有雜質(zhì)進(jìn)入窄軸承間縫區(qū)(圖2)。
密封環(huán)19不需要軸向壓力，這種壓力由密封環(huán)周圍的間隙水的壓力(周圍壓力p1，如虛線箭頭所示)產(chǎn)生，但在某些情況下，設(shè)置一個微壓下裝置(彈簧等)是有利的，這樣做是為了在渦輪機停止工作暫?；驒z查維修的情況下將密封環(huán)保持在預(yù)定位置上。也可以設(shè)置例如當(dāng)高壓水壓力不足時使密封環(huán)緊急升高的裝置。
圖4表示本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例。與圖3的主要區(qū)別是，在環(huán)形條23”與密封環(huán)19”之間的密封區(qū)內(nèi)設(shè)置一個有兩個槽25”和28”的流體動力軸承。在這種情況下，槽25”以與圖2中流體動力軸承25類似的方式起到在密封環(huán)19”與環(huán)形條23”之間的非接觸支承的作用，槽28”通過孔26”確保使高壓水經(jīng)過在密封環(huán)19”與葉輪3之間的槽27”被送往流體動力軸承。如果設(shè)置分開的輸送管21”和22”，則即使密封環(huán)19”在轉(zhuǎn)動，兩個軸承27”、28”也可分頭接受高壓水。
在另一個實施例(圖5)中，在密封環(huán)19”中，兩個相互間隔的更窄的槽27”代替了圖4所示的寬槽27”，這兩個槽27”分別借助孔26”而單獨由槽28”供水。因此，進(jìn)一步提高了密封環(huán)19”支承在葉輪3上的穩(wěn)定性。
單獨給兩個軸承供應(yīng)高壓水造成了，在兩個縫隙之一的高度變化時，另一縫隙內(nèi)的壓力(和進(jìn)而其高度)受到的影響明顯小于在圖3所示變型方案中的程度并且在理想情況下上根本不受影響。這不僅提高了通常流體靜力軸承的穩(wěn)定性，而且尤其可以減緩密封環(huán)的周期運動或防止激發(fā)這樣的運動。
在這方面，簡要討論高壓水供應(yīng)。在某些情況下，如果其中一條輸送管的流量升高，則有利并且必須確保在相鄰或另一輸送管中的流量盡可能不變。但是，這可以由流體力學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的認(rèn)識及邊界條件并通過相應(yīng)確定或協(xié)調(diào)橫截面尺寸和/或在各輸送管中設(shè)置相應(yīng)的節(jié)流閥來毫不費力地決定。實現(xiàn)此目的的一個因素在于，設(shè)置于密封環(huán)中的且用于提供軸向密封的孔的橫截面(在圖解說明的實例中)是這樣的，即高壓水盡可能無損失地流過。
圖4的各幅圖中，示出了在密封環(huán)19”與殼體或在密封環(huán)19”與葉輪11之間的密封寬度上的壓力變化過程。在這里，p1是在密封環(huán)上游的壓力，p2是在環(huán)形條23”與葉輪底部11之間的縫隙內(nèi)的密封環(huán)下游壓力，這正如以上結(jié)合圖1所述的那樣。如圖所示，人們可以通過槽25”、28”和27”的位置和尺寸更深遠(yuǎn)地影響壓力截面并且通過選擇在輸送管21”和22”中的壓力來影響與壓力p1有關(guān)的該壓力截面的位置。對于流體力學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在了解本發(fā)明的基礎(chǔ)上不難做到這一點并且適應(yīng)于各種不同的邊界條件。
最后，在密封環(huán)19、19’和19”與相對其轉(zhuǎn)動的部件之間的支承面區(qū)域或支承面內(nèi)，可以在這兩個對置的支承面的至少一個上設(shè)置流體潤滑槽，以便提供除流體靜力軸承外的流體動力軸承。
圖5表示密封環(huán)的一個變型方案，其中軸向密封的產(chǎn)生由從徑向密封“下部”區(qū)域(槽28”)起的孔26”完成。另外，在這里，推力軸承與圖4所示的不同，其中它有兩個分頭接受高壓水的槽27”。此變型方案不影響軸承功能，毫無疑問，這是因為流體靜壓也同樣產(chǎn)生在這些槽之間。圖5的密封環(huán)19”的橫截面基本成矩形，但不成正方形，環(huán)的寬度RB≠環(huán)的高度RH，在殼體與葉輪之間的縫隙處形成一個不對稱的凸肩29。因此，可以彌補作用于密封環(huán)上的“卷起力矩”(力矩平衡)并減小由它們引起的密封環(huán)變形。由于軸承縫隙僅約10-350微米高，所以盡可能避免了這種變形。
在圖中，密封環(huán)19、19’和19”與殼體2之間的密封如圖所示地總是徑向密封的形式，而在密封環(huán)與葉輪11之間的密封如圖所示地成軸向密封的形式。當(dāng)然，這也可以反過來，這也對殼體側(cè)輸送管的延伸有利，即便在這樣的結(jié)構(gòu)中，高壓水隨密封環(huán)轉(zhuǎn)動而必須克服離心加速度地在密封環(huán)中進(jìn)行輸送。
密封環(huán)19、19’和19”及葉輪底部11和渦輪上蓋12的那些相互配合的表面可以由用于流體靜力密封中的傳統(tǒng)材料構(gòu)成，因此，環(huán)形條23的表面24(或其本上)或工作面17的表面可以由鋼或軸承金屬構(gòu)成，密封環(huán)19可以由鋼或同樣由軸承金屬或由其它的鋁或鋁合金制成。當(dāng)然，在許多可行方式中，至少密封環(huán)19、19’也可以由塑料且尤其是加強纖維塑料或由陶瓷材料制成。
在一個與圖2類似的實施例中，也可以在密封環(huán)19中設(shè)置流體動力軸承的兩個槽并省掉高壓水管22，這實際上是共同轉(zhuǎn)動的密封環(huán)19’的變型方案的對照?？梢酝ㄟ^各種方式實現(xiàn)防止密封環(huán)19隨葉輪底部11一起轉(zhuǎn)動，例如借助凸肩及配合凸肩，或?qū)⒚芊猸h(huán)相應(yīng)地可變形并對稱地懸掛在渦輪上蓋12上，渦輪上蓋最好在垂直于渦輪軸7的一平面上，以便在軸向上不傳遞明顯的力并且不干擾由摩擦產(chǎn)生的密封環(huán)相對環(huán)形條23的軸向運動。
結(jié)合涉及弗朗西斯渦輪領(lǐng)域的最重要密封的例子描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，本發(fā)明也可以有利地用在弗朗西斯渦輪的其它密封部位，當(dāng)然，也可以用在所有其它的液壓渦輪中，無論是泵或透平以及被用在它們的殼體與葉輪之間的所有縫隙中。
在整篇說明書和權(quán)利要求書中談到的都是“高壓水”或“軸承水”，當(dāng)然，在特殊應(yīng)用領(lǐng)域中(如食品加工技術(shù)領(lǐng)域中的泵)，在沒有背離本發(fā)明的情況下，其它液體也可以代替水。最后，尤其是除了弗朗西斯渦輪以外，可以設(shè)想到其中形成沒有槽的流體動力軸承的應(yīng)用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.相對渦輪殼體(2)密封液壓渦輪機(1)的葉輪(3)的密封，其特征在于，在葉輪(3)的邊緣區(qū)內(nèi)設(shè)置一個漂浮的密封環(huán)(19，19’，19”)，該密封環(huán)分別借助至少一個流體動力軸承相對葉輪(3)和渦輪殼體(2)地支承著，每個流體動力軸承由彼此面對的支承面組成，最好在至少其中一個支承面內(nèi)加工出一道槽(25，25”，27，27”，28，28”)，與一高壓水供應(yīng)源相連的高壓水管(21，21”，22，22”)通入所述的至少一個支承面中。
2.如權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于，在渦輪殼體(2)與密封環(huán)(19)之間的密封在該渦輪殼體的渦輪上蓋(12)的一環(huán)形條(23)的徑向靠外的圓柱壁(24)上進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的密封，其特征在于，密封環(huán)(19)被防止相對渦輪殼體(2)轉(zhuǎn)動地固定住，用于面對葉輪(3)的支承面(20)的至少一條高壓水管(21)被設(shè)計成是柔性的。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的密封，其特征在于，避免密封環(huán)(19)相對渦輪殼體(2)轉(zhuǎn)動的固定由一最好是相對渦輪機轉(zhuǎn)軸(7)對稱的易曲懸浮體組成，并且位于至少基本上與渦輪機軸(7)垂直的該密封環(huán)(19)也位于其中的一平面內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的密封，其特征在于，至少一條與一高壓水供應(yīng)源相連的高壓水管(22’，22”)連通在殼體(2)與密封環(huán)(19’，19”)之間的支承面上，密封環(huán)(19’，19”)具有孔(26’，26”)，這些孔從與殼(2)相對的支承面通向與葉輪(11)相對的該密封環(huán)的支承面。
6.如權(quán)利要求1或5所述的密封，其特征在于，兩行彼此距離一段距離的高壓水管(21”，22”)在殼體(2)與殼體內(nèi)的密封環(huán)(19”)之間的支承面處接入，其中一行高壓水管位于密封環(huán)(19”)內(nèi)的孔(26”)對面，這些孔(26”)通到在葉輪(3)對面的密封環(huán)(19”)支承面內(nèi)。
7.如權(quán)利要求2、3或6所述的密封，其特征在于，一方面用于在該密封環(huán)與葉輪(3)之間的軸承的高壓水管線(21，21”)和另一方面用于在密封環(huán)與殼體(2)之間的軸承的高壓水管(22，22”)彼此無關(guān)地接受高壓水或承受壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及借助密封而相對渦輪殼體(2)密封液壓渦輪機的葉輪(3)的密封。該密封的特征是，在葉輪(3)周邊區(qū)內(nèi)設(shè)置一個漂浮的密封環(huán)(19)，該密封環(huán)分別借助至少一個流體動力軸承相對葉輪(3)和渦輪殼體(2)支承著。在一個實施例中，用于相對葉輪支承密封環(huán)的高壓水通過自由旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)(19)而來源于面對殼體的密封環(huán)軸承中。
文檔編號F16J15/34GK1459003SQ01815668
公開日2003年11月26日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月15日
發(fā)明者菲利普·吉特勒 申請人:菲利普·吉特勒