全贯流式水轮机水力静压环形密封研究的论文.pdfVIP

全贯流式水轮机水力静压环形密封研究 付远兴 (西华大学能源与环境学院，成都610039) 摘要：基于流体静压支承原理，本研究提出了一种全贯流式水轮机水力静压环形密封，并对这 种密封的工作原理、结构、特点和注意的问题进行了详尽的阐述和分析。 关键词：全贯流式水轮机；水力静压；密封 ●-J一‘_一 1 月IJ舌 全贯流式水轮机是将发电机转子直接装在水轮机转轮叶片外缘上的管型水轮机。具有优 良的水力性能。结构十分紧凑，是一种非常适合低水头水能开发的水轮机型。然其结构特殊， 转子轮缘密封要求特别严格，因此全贯流式水轮机产品在国内外少见。全贯流式水轮机轮缘 密封的最大特点在于密封尺寸大、线速度高，轮缘上、下游两侧都要求密封，对较大尺寸的 机组，若采用接触式密封方式，其密封材料的磨损率和功率消耗都将很大，这不仅直接影响 到机组的效率，而且关系到机组的运行是否安全可靠。本研究基于液体静压支承原理，提出 了一种水力静压非接触密封，能适应全贯流式水轮机的密封特点，将对全贯流水轮机开发和 普及起作重要作用。 2本密封的原理 我们将环形密封沿周向展开，其横剖面示意图如图l所示。设转轮轮缘l绕定轴旋转，轮 缘部分于密封体上滑动。正常运行时轮缘没有轴向位移。转轮内(图l右侧)充满工作水体， 其压力为n。密封体下部设置弹性元件(或可压缩流体)其弹性力F构成对密封体的载荷。 密封体上缘的密封面由环形水腔口及其两侧的封水面构成，由一公共水源供水，供水 压力为只：在通往密封腔的管路上设置节流器(液压阻力器)，由于节流器的调压作用， 使密封腔压力尸，随载荷的变化而自动调节，保持密封腔压力于载荷平衡。 当密封水进入密封腔后，水压力尸，受两部分节流作用的控制。一是节流器的液阻R (称进水液阻)，另一是密封腔封水面与相对滑动件问的间隙脯邑形成密封腔液阻见(称出 水液阻)。这两个液阻在水力方向上是串联的，由如图2所示液电模拟电路，可得密封腔压 力。 只=只彘 ㈩ 在开始建立密封压力时，密封体在载荷F的作用下移动，使密封体与滑动件贴合，密封 218 间隙h=1，，水轮机内的水体外泄通道被阻断，起到了常规水轮机密封的作用。如图3，此 时出水液阻焉趋于无穷大，按式(1)，P，趋近于供水压力只并随之增大而增大。 当密封腔’口的压力与密封腔面积之积大子载荷F时，密封体移动，密封间隙h≠0， 此时封水面上也了压力分布。承载面积增大，致使P，Ps。压力降只-尸，消耗子进水液阻 匙上。若继续增大只，而尸r不会继续随之增大。因在承载面积(环形密封面面积)A。一 定的情况下，它唯一地由载荷F=A，·尸，所决定。在密封面右侧，如果Pr≥Ph，则水轮机的 工作水体便不能通过密封面而被封堵，密封面的外侧则与大气接近，有密封水溢出。应设置 收集装置将溢出水体排除，决不能让水进入发电机内。因此，只要根据水轮机的运行水头， 合理确定密封的结构和载荷F的量值，始终保持密封水压力，PrPh，便能达到密封的目 的。 但由式(1)可知，若密封腔压力尸，与进水液阻磁不变，当提高供水压力只时，出 水液阻焉必须减小，由于平板间隙流动计算知，出水液阻凰与间隙h的三次方成反比， 因此风的减小必须要求h增大，以泄走多余的流量。而轮缘在轴向没有位移时，只能迫 使密封体下移一个位置。反之亦然。所以，只要适当调节进水压力只，而使h保持在一个较 小的范围。由于h相对于密封面宽度小得多，一般在间隙内流动的水体为层流流态。 而水轮机运行工况改变时轴向力变化，事实上转轮轮缘存在轴向位移，此时的轴向力结 构成了密封的载荷F’，如图4所示，如果进水液阻墨固定不变，当F’F时，轮缘有下沉 的趋势。是间隙h减小，出水液阻增大，由式(1)知，只亦增大，密封体下移，直至与，’ 平衡，而保持较小的间隙h，轴向位移若与上相反，情况则与上相反，间隙h将有所增大。 因此，无论转子位置怎么变化，本密封装置都将有与之相适应的间隙，不致使轮缘与密 封体产生硬接触。 3本密封的主要特点 (1)适应水轮机的转速范围宽：水力静压密封的密封能力主要决定于密封的结构尺寸 和所供密封水的压力或流量。而受滑动表面相对速度的影响较小，即便在极低的转速