一種水下密封系統及應用其的潮汐能發電機組的製作方法
2023-06-08 01:14:41 1
一種水下密封系統及應用其的潮汐能發電機組的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水下密封系統及應用其的潮汐能發電機組，所述水下密封系統用於水下非轉動件與轉動件之間的密封連接，包括套裝於轉動件上的旋轉密封件及密封體，所述密封體在旋轉密封件的兩側形成壓力不同的腔體，除靠近非轉動件側的腔體以外的其餘腔體均為水腔，所述旋轉密封件通過其兩側腔體之間的壓差加強與轉動件之間的密封連接。本實用新型的水下密封系統安全可靠、不易磨損、使用壽命長，密封性能好。應用該系統的潮汐能發電機組能夠長期有效的對海水下潮汐能發電機組主軸和機艙進行密封。此外，密封狀態可通過壓力傳感器傳送至海面上的監控中心，可實時監控水下機組的密封情況，實現提前預警和及時維護。
【專利說明】一種水下密封系統及應用其的潮汐能發電機組
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及密封【技術領域】，特別是涉及一種水下密封系統及應用其的潮汐能發電機組。
【背景技術】
[0002]隨著海洋開發活動的深入，潮汐能發電技術得到廣泛應用。其中，潮汐能發電機組的密封是需要解決的關鍵性問題，尤其是潮汐能發電機組的旋轉軸與機艙間的動密封，其性能的好壞直接影響到潮汐能發電機組能否正常工作，甚至直接影響到機組的安全和壽命O
[0003]目前，潮汐能發電機組一般布置在海平面下20米至30米的水深，而機組主軸與機艙間的動密封方式多採用機械式密封結構，它利用彈簧補充彈力，平衡海水的壓力，將密封件緊緊的固定在內密封環的凹槽端面上，防止密封件有軸向位移，以此來確保密封結構的密封效果，但此種密封結構有如下缺點:(1)磨損快，密封圈的使用壽命低；(2)密封圈的兩側介質分別是海水和潤滑油，海水很容易稀釋密封圈唇口處形成的潤滑油膜，造成密封圈幹摩擦，導緻密封性能變差；(3)此種密封結構無法提供狀態監測，不能實時獲知潮汐能發電機組主軸密封是否完好。
[0004]由此可見，上述現有的潮汐能發電機組主軸與機艙密封方式上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。
實用新型內容
[0005]本實用新型的一個目的是提供一種密封性能好的水下密封系統，從而克服現有的機械式密封結構密封性能變差的不足。
[0006]為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0007]一種水下密封系統，用於水下非轉動件與轉動件之間的密封連接，所述密封系統包括套裝於轉動件上的旋轉密封件及密封體，所述密封體在旋轉密封件的兩側形成壓力不同的腔體，除靠近非轉動件側的腔體以外的其餘腔體均為水腔，所述旋轉密封件通過其兩側腔體之間的壓差加強與轉動件之間的密封連接。
[0008]進一步地，所述旋轉密封件沿轉動件徑向的截面呈C形，所述C形的開口朝向壓力較大的腔體。
[0009]進一步地，所述密封體內設置有將所述水腔與對應的補水水箱連通的水道。
[0010]進一步地，所述密封體由多個套裝於轉動件上互相連接的密封環組成，所述密封環相互連接並配合形成所述水腔。
[0011]進一步地，所述每個密封環內設有用於與所述水腔對應的補水水箱連通的水道。
[0012]進一步地，所述水道在密封環外環面上具有排氣口。
[0013]進一步地，所述密封環之間還設有套裝在轉動件上的靜密封墊，所述靜密封墊安放在密封環端面上的凹槽內並經過所述水道在端面上的開口，所述靜密封墊上在所述開口的對應位置也開有孔。
[0014]進一步地，所述腔體內設有壓力傳感器。
[0015]本實用新型的另一個目的是提供一種應用上述水下密封系統的潮汐能發電機組，使得機艙及主軸之間具有長期有效的密封性能。採用如下技術方案:
[0016]一種潮汐能發電機組，包括機艙及主軸，所述機艙及主軸之間採用上述的水下密封系統進行密封。
[0017]進一步地，所述主軸上套裝有軸套，軸套內壁開有環形凹槽，凹槽內安放有套裝於主軸上的密封環。
[0018]進一步地，所述密封系統包括5個旋轉密封件以及由6個相互連接的密封環組成的密封體，距機艙由近及遠依次為第一密封環、第一旋轉密封件、第二密封環、第二旋轉密封件、第三密封環、第三旋轉密封件、第四密封環、第四旋轉密封件、第五密封環、第五旋轉密封件、第六密封環，所述水腔距機艙由近及遠依次為第一至第五水腔。
[0019]進一步地,所述發電機組還包括軸套、軸承、軸承座、襯套,軸套套裝在主軸上，軸承套裝在主軸上，軸承座套裝在軸承上，襯套安裝在軸承座上，所述第一密封環與襯套連接，所述第一旋轉密封件靠近機艙側的腔體為油腔，所述油腔由所述軸套、軸承及第一密封環配合圍成。
[0020]進一步地，所述第六密封環的遠離機艙側還連接有第六旋轉密封件，所述第六旋轉密封件一側為第五水腔，另一側為外界海水，所述第五水腔的壓力小於外界海水的壓力。
[0021]進一步地，所述第六旋轉密封件靠近海水的一側還設有防異物擋板。
[0022]由於採用上述技術方案，本實用新型至少具有以下優點:
[0023](I)本實用新型的水下密封系統提供了一種安全可靠的水下小轉動件與非轉動件間的密封方式，通過旋轉密封件兩側保持合適的壓力差，能夠增強旋轉密封件的密封唇與轉動件的接觸力，保證密封性能。此種密封方式能夠長期有效的對海水下潮汐能發電機組主軸和機艙進行密封。
[0024](2)根據具體情況，旋轉密封件可以設置多個，即本實用新型採用多級唇式密封，模塊化設計，保證各旋轉密封件兩側的壓力為理想值，保證密封效果。
[0025](3)水腔內可設壓力傳感器，可隨時監測各循環系統的狀態，及時進行壓力補給，此外，壓力傳感器還可將系統中的壓力數據傳到海平面上的監控中心，以及時判斷水下機組的密封情況，實現故障預警，指導維護人員及時對潮汐能發電機組進行維修，避免由於密封失效導致的破壞性事故。
[0026](4)兩側採用水腔的旋轉密封件，在其密封唇與軸套間形成良好的水膜，增加了密封性能，延長了旋轉密封件的使用壽命，使得該密封系統的維護壽命可達5年或更久。
[0027](5)旋轉密封件的密封唇與軸套間的密封處產生的熱量可通過水循環系統及時帶走，不會發生溫度過高軟化旋轉密封件而導致洩漏的情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，以下結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0029]圖1是本實用新型的水下密封系統的軸向剖視圖。[0030]圖2是本實用新型的水下密封系統的水循環系統示意圖。
[0031]圖3是各水腔水壓控制示意圖。
【具體實施方式】
[0032]本實用新型提供了一種水下密封系統，用於水下非轉動件與轉動件之間的密封連接，將此種密封方式應用於海水下潮汐能發電機組，能夠長期有效的對主軸和機艙進行密封。
[0033]請參閱圖1所示,主軸作為水下的轉動部件,其上套有軸套I,軸套I的端部通過螺栓固定在主軸上。為加強密封性能，軸套I的內壁上開有多處環形凹槽，凹槽內安裝有「O」型密封圈10。本實用新型的水下密封系統包括套裝在軸套I上的旋轉密封件及密封體，密封體在旋轉密封件的兩側形成壓力不同的腔體，除靠近非轉動件側的腔體以外的其餘腔體均為水腔，旋轉密封件通過兩側腔體之間的壓差加強與軸套I之間的密封連接。
[0034]其中，密封體可以設置為由多個套裝於軸套I上相互連接的密封環組成，所述密封環相互連接並配合形成所述水腔。密封環近軸套I的端面上開有安裝旋轉密封件的凹槽，旋轉密封件沿主軸徑向的截面呈C形，所述C形的開口朝向壓力較大的腔體。
[0035]在每個密封環內設有水道，各水腔通過所述水道與對應的補水水箱連接。所述水道包括徑向水道及軸向水道，其中，徑向水道在密封環外環面上具有排氣口 11。此外，為進一步加強密封性能，在密封環之間，尤其是靠近機艙側的密封環之間，可進一步設有靜密封墊12，靜密封墊12可通過在密封環的端面上設置環形凹槽安放，此外，如果此處靜密封墊12的環面經過軸向水道在密封環端面上的開口處，則在所述靜密封墊12上的對應位置也應開有孔。
[0036]根據以上設置，可形成圖1中所示的如下布局:距機艙由近及遠依次為第一密封環2、第一旋轉密封件3-1、第二密封環4、第二旋轉密封件3-2、第三密封環5、第三旋轉密封件3-3、第四密封環6、第四旋轉密封件3-4、第五密封環7、第五旋轉密封件3-5、第六密封環
8。對應的，所述水腔距機艙由近及遠依次為第一至第五水腔。
[0037]此外，在第四密封環6的遠離機艙側還連接有第六旋轉密封件3-6，該第六旋轉密封件3-6—側連通第五水腔，另一側連通外界海水。為防止海水中的異物產生幹擾，在第六旋轉密封件3-6的連通海水側還設有防異物擋板10。此處的防異物擋板9可以採用與上述密封環同材質的環形件的形式套裝在軸套I上，該環形件一方面通過鎖緊螺栓9-2將第六旋轉密封件3-6壓緊在第六密封環8上的凹槽內，另一方面在第六旋轉密封件3-6的C形開口外側形成隔擋9-2，在阻攔海水中異物的同時不妨礙海水進入，使得第六旋轉密封件3-6的C形開口側充滿比背側的第五水腔壓力大的海水。
[0038]請參閱圖2所示，各水腔通過密封環內設置的徑向水道和軸向水道與外部的補水水箱13連通，形成一套完整的水循環系統。請配合參閱圖1，圖中可見第二至第六密封環內設置的徑向水道分別為:水道4-1、水道5-1、水道6-1、水道7-1及水道8-1,上述每個徑向水道與各自密封環內的水腔連通，第一密封環2內設置徑向水道2-1,該徑向水道2-1 —側與第二密封環4內的徑向水道4-1連通，另一側與外部的補水水箱13連通。該水循環系統為反饋系統，系統中設有壓力傳感器，當系統的壓力小於預設值時，系統可通過補水馬達14自動啟動補充壓力，保證密封性能。[0039]此外，壓力傳感器還可將系統中的壓力數據傳到海平面上的監控中心，可隨時監測系統狀態，實現故障預警，指導維護人員及時對潮汐能發電機組進行維修，避免由於密封失效導致破壞性事故。
[0040]請配合參閱圖1、圖2所示，在潮汐能發電機組上安裝本實用新型的水下密封系統時，可按照如下步驟進行:
[0041](I)先將軸套I和「O」型密封圈10同軸套入發電機組的主軸上，然後用鎖緊螺栓1-1將軸套I緊固在主軸上。
[0042](2)按照下述部件依次套在軸套I上:第六密封環8、第五旋轉密封件3-5、第五密封環7、第四旋轉密封件3-4、第四密封環6、第三旋轉密封件3-3、靜密封墊12、第三密封環
5、第二旋轉密封件3-2、靜密封墊12、第二密封環4、第一旋轉密封件3-1、靜密封墊12、第一密封環2。
[0043](3)按第一密封環2、靜密封墊12、第一旋轉密封件3-1的順序將此3部件同心套在主軸上，並通過鎖緊螺栓2-2將第一密封環2固定在軸承座上，安裝時要保證第一旋轉密封件3-1的「C」 口背對第一密封環2。
[0044](4)將第二密封環4、靜密封墊12和第二旋轉密封件3-2同軸安裝，保證第二旋轉密封件3-2的「C」 口正對著第二密封環4。
[0045](5)將第三密封環5、靜密封墊12和第三旋轉密封件3-3同軸安裝，保證第三旋轉密封件3-3的「C」 口正對著第三密封環5。
[0046](6)將第四密封環6和第四旋轉密封件3-4同軸安裝，保證第四旋轉密封件3_4的「C」 口背對著第四密封環6。
[0047](7)將第五密封環7和第五旋轉密封件3-5同軸安裝，保證第五旋轉密封件3_5的「C」 口背對著第五密封環7。
[0048](8)將第六密封環8和第六旋轉密封件3-6同軸安裝,保證第六旋轉密封件3_6的「C」 口背對著第六密封環8。
[0049](9)將防異物擋板9同軸安裝，壓緊並壓平第六旋轉密封件3-6，用鎖緊螺栓9_1將防異物擋板9固定到第六密封環8上。
[0050](10)將水循環系統按照圖2所示進行連接。
[0051]請進一步配合圖3所示，應用上述水下密封系統的潮汐能發電機組在下水前要進行調試，調試時要保證以下數據的實現:
[0052]①通過本實用新型的水下密封系統的結構特點和水循環系統，能夠將不同旋轉密封件兩側腔體形成合適的壓力差，保證密封性能。例如，設置第一、第二和第三水腔通過密封環內的水道互相連通，第四和第五水腔互相連通，相互連通的水腔間設有不同壓力的溢流閥，通過閥體間相互作用實現如圖3中所示相鄰水腔的壓力差。②通過水循環系統的壓力控制和旋轉密封件的布置特點，能夠保證上述設置的旋轉密封件的「C」 口總是對著壓力較大的一側，較大的壓力能夠保證旋轉密封件的「C」 口擴張，增大密封唇口與軸套的接觸應力，保證密封性能。
[0053]本實用新型的水下密封系統工作時，在補水水箱13中加入水，調節水循環系統的各種閥體，開啟補水馬達14，通過本實用新型的密封結構和水循環系統，保證各旋轉密封件兩側的腔體具有合適的壓力差，實現密封性能優良的多級密封。同時，在各級密封內有壓力傳感器，能夠監測各級密封的工作情況，當有海水洩漏發生時，能夠及時發出報警信號。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種水下密封系統，用於水下非轉動件與轉動件之間的密封連接，其特徵在於，所述密封系統包括套裝於轉動件上的旋轉密封件及密封體，所述密封體在旋轉密封件的兩側形成壓力不同的腔體，除靠近非轉動件側的腔體以外的其餘腔體均為水腔，所述旋轉密封件通過其兩側腔體之間的壓差加強與轉動件之間的密封連接。
2.根據權利要求1所述的水下密封系統，其特徵在於，所述旋轉密封件沿轉動件徑向的截面呈C形，所述C形的開口朝向壓力較大的腔體。
3.根據權利要求1所述的水下密封系統，其特徵在於，所述密封體內設置有將所述水腔與對應的補水水箱連通的水道。
4.根據權利要求1所述的水下密封系統，其特徵在於，所述密封體由多個套裝於轉動件上互相連接的密封環組成，所述密封環相互連接並配合形成所述水腔。
5.根據權利要求4所述的水下密封系統，其特徵在於，所述每個密封環內設有用於與所述水腔對應的補水水箱連通的水道。
6.根據權利要求5所述的水下密封系統，其特徵在於，所述水道在密封環外環面上具有排氣口。
7.根據權利要求5所述的水下密封系統，其特徵在於，所述密封環之間還設有套裝在轉動件上的靜密封墊，所述靜密封墊安放在密封環端面上的凹槽內並經過所述水道在端面上的開口，所述靜密封墊上在所述開口的對應位置也開有孔。
8.根據權利要求1所述的水下密封系統，其特徵在於，所述腔體內設有壓力傳感器。
9.一種潮汐能發電機組，包括機艙及主軸，其特徵在於，所述機艙及主軸之間採用權利要求1-8任一項所述的水下密封系統進行密封。
10.根據權利要求9所述的潮汐能發電機組，其特徵在於，所述主軸上套裝有軸套，軸套內壁開有環形凹槽，凹槽內安放有套裝於主軸上的密封環。
11.根據權利要求9所述的潮汐能發電機組，其特徵在於，所述密封系統包括5個旋轉密封件以及由6個相互連接的密封環組成的密封體，距機艙由近及遠依次為第一密封環、第一旋轉密封件、第二密封環、第二旋轉密封件、第三密封環、第三旋轉密封件、第四密封環、第四旋轉密封件、第五密封環、第五旋轉密封件、第六密封環，所述水腔距機艙由近及遠依次為第一至第五水腔。
12.根據權利要求11所述的潮汐能發電機組，其特徵在於，所述發電機組還包括軸套、軸承、軸承座、襯套，軸套套裝在主軸上，軸承套裝在主軸上，軸承座套裝在軸承上，襯套安裝在軸承座上，所述第一密封環與襯套連接，所述第一旋轉密封件靠近機艙側的腔體為油腔，所述油腔由所述軸套、軸承及第一密封環配合圍成。
13.根據權利要求11所述的潮汐能發電機組，其特徵在於，所述第六密封環的遠離機艙側還連接有第六旋轉密封件，所述第六旋轉密封件一側為第五水腔，另一側為外界海水，所述第五水腔的壓力小於外界海水的壓力。
14.根據權利要求13所述的潮汐能發電機組，其特徵在於，所述第六旋轉密封件靠近海水的一側還設有防異物擋板。
【文檔編號】F16J15/16GK203756417SQ201420103895
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】胡雪松, 王海龍, 李應昌, 劉敬波, 李明輝 申請人:國電聯合動力技術有限公司