[發明專利]一種臺階式密封結構及水輪機

在審

• 申請號: 202210700235.6
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN114856885A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 楊夢起;王正偉;楊海霞;賀淇楝;胡冬陽;畢慧麗;李青;趙亞康;吳雨希;胡德江;賈亞琳;黃明浩;蔣軍
• 申請（專利權）人: 南方電網調峰調頻發電有限公司檢修試驗分公司
• 主分類號: F03B11/00
• 分類號: F03B11/00;F03B13/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 李林

本發明涉及水輪機制造技術領域，尤其涉及一種臺階式密封結構及水輪機。主要包括第一部件水輪機上冠腔密封和第二部件水輪機下環腔密封，其中第一部件水輪機上冠腔密封位于轉輪上冠與頂蓋配合處，為轉輪上冠與頂蓋之間的間隙流道，與轉輪上冠和頂蓋接觸；第二部件水輪機下環腔密封位于轉輪下環與底環配合處，為轉輪下環與底環之間的間隙流道，與轉輪下環和底環接觸。該臺階式密封結構主要包括的膨脹空腔和節流間隙。膨脹空腔和節流間隙呈第一預設角度，這樣使得膨脹空腔和節流間隙能夠形成臺階狀的迷宮流道，進而能夠實現增加密封流道內部流動阻力，進而提高水輪機的穩定性和可靠性，延長水輪機的使用壽命，節約成本。

技術領域

本發明涉及水輪機制造技術領域，尤其涉及一種臺階式密封結構及水輪機。

背景技術

抽水蓄能電站運行中經常出現由于壓力脈動過大導致的機組結構振動和噪聲超標等問題，尤其是高水頭大容量機組在設計工況運行時，更容易出現了壓力脈動較大的情況；過大的壓力脈動會導致頂蓋等結構部件出現異常振動，并可能會引起頂蓋螺栓應力超標、甚至導致螺栓疲勞斷裂，嚴重威脅機組安全運行。因此，研究并提出能有效降低抽水蓄能機組過大的壓力脈動的方法具有重要的工程價值。

機組壓力脈動的產生與機組幾何結構設計緊密相關，通過優化幾何結構部件與造型來改善機組壓力脈動是一種有效的技術方法。在現有技術中，對于改善水輪機密封的壓力脈動存在兩方面的不足：一是大部分的研究對象是轉輪、無葉區、活動導葉等過流部件流道的壓力脈動，此時，密封件直接與頂蓋、座環等固定部件接觸，目前對改善水輪機密封壓力脈動的研究與發明很少，不足以指導現有水電站機組設計。二是現有改善機組壓力脈動的技術多以調整導葉葉型、轉輪葉型或數量、蝸殼鼻端開孔等為主，成本高，結構復雜。

因此，亟需設計一種臺階式密封結構及水輪機來解決現有技術中由于壓力脈動過大導致的水輪機劇烈振動的技術問題。

發明內容

本發明的第一目的在于提出一種臺階式密封結構，該臺階式密封結構能夠有效減小水輪機的劇烈振動，降低噪聲分貝，進而提高水輪機的穩定性和可靠性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種臺階式密封結構，包括第一部件水輪機上冠腔密封和第二部件水輪機下環腔密封，所述臺階式密封結構為迷宮間隙流道，內部承載水體；

所述水體從無葉區流域進入第一部件上游與第二部件，其中第一部件上游與轉輪上冠和頂蓋接觸，第一部件膨脹空腔與第一部件節流間隙構成了臺階式迷宮結構，其中第一部件節流間隙結構截面極窄，以此造成所述水體流動阻力，所述水體流經所述第一部件上游與所述第二部件后，分別從所述第一部件下游流入平衡管，或從所述第二部件流入尾水管；

所述第一部件膨脹空腔和所述第一部件節流間隙呈第一預設角度。

作為一種臺階式密封結構的可選技術方案，沿Y軸方向，所述第一部件膨脹空腔的高度設置為10mm-20mm之間。

作為一種臺階式密封結構的可選技術方案，沿X軸方向，所述第一部件節流間隙的寬度設置為1.5mm-3.5mm之間。

作為一種臺階式密封結構的可選技術方案，所述第一部件膨脹空腔的數量等于所述第一部件節流間隙的數量，且所述第一部件膨脹空腔的數量和所述第一部件節流間隙的數量均設置為正整數N。

作為一種臺階式密封結構的可選技術方案，所述第一預設角度為90°-120°。

作為一種臺階式密封結構的可選技術方案，與所述第一部件上游接觸的頂蓋，以及與所述第二部件接觸的底環均采用不銹鋼材質制成。

本發明的第二目的在于提出一種水輪機，降低水輪機中的壓力脈動，提高水輪機運行的可靠性，延長使用壽命。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：