主轴的密封结构设计及应用(PDF X页)

各站主轴密封结构图
四级站2、4#机主轴密封(原装）四级站1#机主轴密封（2017.3改造）四级站3#机主轴密封（2016.8改造）
使用效果比较：
三级站2、3#机主轴密封(原装）三级站1#机主轴密封（2013.8改造）
使用效果比较：
六级2#机主轴密封（2010.8）六级1、3# 机主轴密封六级1#机主轴密封（2016.3-7）
用效果比较：
七级1、2、3#机主轴密封六级1#机主轴密封
迷宫环磨蚀，配合间隙变大，目前漏水严重
总之，各站主轴密封结构各不相同，以三级站2、3#机（昆明电机厂）这种阶梯环泵板式无接触结构为最佳，真正达到了免维护零泄漏的要求。

目前，已有4台机组进行了改造（三级1#，六级1、3#，四级1#），配合间隙调整好后，效果明显。

当然，机组也要定期检查，保证上冠与顶盖间隙不能过大。

七级站机组主轴密封可以借鉴此结构改造，需将原结构中的部件全部拆除，改造周期较长和成本较高。

摘要：通过对万安水电厂水轮机主轴密封工作原理与作用的介绍，分析主轴密封漏水偏大的原因，提出处理主轴密封漏水大缺陷的方法。

关键词：水轮机主轴密封漏水偏大处理1基本概况万安水电站是赣江上第一座低水头河床式水电站，设计装机容量5×100MW，最大工作水头32.3m，最小水头15m，设计水头22m，水轮机型号ZZ440-LH-850，额定流量550m3/s，额定转速76.9r/min，水轮机安装高程61.9m，水轮机密封安装高程65.7m，水轮机主轴密封分为检修密封和工作密封两种，其中检修密封为橡胶围带式结构，工作密封为橡胶活塞式结构。

结构参考图1(主轴密封结构图)2主轴密封的作用及工作原理为了保证稀油润滑轴承的正常工作，必须在导轴承下采用密封装置，以防止压力水流从主轴和顶盖之间渗入导轴承，破坏导轴承的正常工作。

因此密封装置的好坏是稀油润滑导轴承工作一个相当关键的问题。

主轴密封它又是水轮机一道重要保护装置，如果出现问题，导轴承就有被水淹的危险，妨碍水轮机的正常工作，影响机组的安全稳定运行。

主轴密封的工作原理：工作密封块下腔通入0.02-0.10Mpa压力清洁水，使密封块克服自身重量上浮起来。

顶住固定在主轴上的转动环上。

转动环固定在主轴上，随主轴一起转动，密封块安装在活塞座里，密封块中对称布2根Ф20定位销限制密封块只能作上下运动，不能作环向运动和径向运动。

在密封块上下端面之间8个均布Ф4mm通流孔结构参考图2（密封块结构图）当密封块下腔无压时，密封块能靠自重落到底部，当活塞下腔通入压力水后，密封块在水压作用下上升到顶端，使顶盖与主轴之间的漏水水流受到阻碍，在顶起密封块的同时，水流经通流孔到密封块上端：当密封块与转环接触后，接触面之间就产生了流动水膜，只有一小部分水流漏出。

同时这一定的漏水量也保证密封块不受到干磨过热而烧毁，主轴密封起到密封效果。

当机组处于检修或停机时，检修密封投入，围带通入0.6-0.7Mpa压缩空气，其非约束部分受压鼓起，与大轴保护罩紧密接触，从而阻断尾水窜入水轮机顶盖的通道，起密封作用。

主轴旋转气密封设计
主轴旋转气密封设计是一种用于防止气体或液体泄漏的技术，主要用于高速旋转设备，如汽轮机、压缩机、离心分离机等的主轴密封部位。

其主要目标是在主轴高速旋转的情况下，保证内外空间的隔离，防止压力较高的介质从高压区泄漏到低压区。

设计要点主要包括：
1.密封结构选择：常见的主轴旋转气密封包括迷宫密封、干气密封、碳环密封和机械接触式密封等多种形式。

其中，干气密封利用氮气或其他惰性气体作为密封介质，通过多级密封环形成多道气膜来实现有效密封。

2.动态密封元件：采用耐磨、耐高温、耐腐蚀且具有良好弹性的材料制作密封件，例如碳石墨、陶瓷、硬质合金等。

这些元件在主轴旋转时与定子之间保持微小间隙，以形成稳定的气膜。

3.气压控制与监控：系统中需要有精密的压力调节装置，以维持密封腔体内的气体压力稳定，并配备相应的压力传感器实时监测密封效果，一旦发现异常及时报警。

4.冷却润滑系统：对于高速运转且发热量较大的主轴，还需要设计有效的冷却润滑系统，确保密封部件的工作温度适中，延长使用寿命。

5.密封腔体设计：合理设计密封腔体形状和尺寸，使气体流动路径合理，降低气体动能损失，提高密封效率。

6.平衡措施：为避免高速旋转带来的不平衡力对密封造成破坏，有时还需要考虑主轴动平衡以及密封结构自身的平衡设计。

水轮机主轴密封的几种形式水轮机主轴密封是水轮机的一项重要保护，它装在水导轴承的下面，以防止压力水从主轴和顶盖（或支持盖）之间渗漏机坑内，淹没水导轴承，破坏水导轴承的工作，影响机组的运行。

按水轮机主轴密封的工作性质可以分为检修密封和工作密封。

一、水轮机主轴检修密封。

检修密封是水轮机检修时候工作的一种密封，它是在停机或检修水轮机工作密封和水导轴承时需要的一种轴承密封，它防止在尾水位较高时倒灌进入机坑内。

检修密封按其结构型式可以分为空气围带式、机械式和抬机式检修密封。

但在实际中大多数运用空气围带检修密封。

它主要由固定环和橡胶空气围带组成，在工作时，向空气围带充入0.4〜0.7Mpa的空气压力，使空气围带橡皮膨胀，报紧主轴，防止水进入；当开机时，将空气围带里的压缩气体排除，使其收缩，让空气围带与主轴之间保持 1.5〜2mm勺间隙。

该检修密封结构简单，操作容易，密封效果好，大多数机组检修密封都用此种结构。

二、水轮机主轴密封工作密封。

工作密封按照密封结构型式可以分为：（一）平板密封。

平板密封有单层平板密封和双层平板密封，单层平板密封主要是利用单层橡胶板与固定在主轴上的不锈钢转环端面形成密封，靠水压力进行密封，其结构简单，但密封效果没有双平板密封效果好，使用寿命也没有双平板密封长。

双层平板密封效果好，但其结构复杂，抬机时漏水，目前在中小型轴流机组中还应用。

（二）径向密封。

径向密封它是由若干块扇形碳精块在钢扇形块内靠弹簧紧压在主轴上，形成一层层的密封，在密封圈内开有小排水孔，将漏出的水由此排出，它主要是在清洁水中密封，在含泥沙水中其耐磨性较差。

这种密封结构复杂，安装检修困难，弹簧性能不易保证，磨擦后径向自调量小，所以现在已经基本淘汰被端面密封所代替。

（三）盘根密封。

盘根密封是由底封环、盘根、水封环、水封管和压盖等部件组成，它主要是靠底封环和压盖压紧套在中间的盘根，起到密封作用。

该密封在小型卧式机组中使用比较普遍。

卧式水轮机主轴密封设计及技术改造摘要：主轴密封性效果在很大程度上决定着卧式水轮机运转安全性。

主轴密封一般安装于水导轴承下方，其主要作用是防止水在压力作用下从主轴和顶盖处渗漏到机器造成水导轴承被水淹，导致水轮机断电，漏电，严重威胁水电站的安全，因此，积极探究卧式水轮机主轴密封设计及改造技术具有非常重要的现实意义。

关键词：水轮机；主轴密封；水电站卧式水轮机主轴密封是水轮发电机组的重要组成部分，对于保证水轮机机组安全可靠运行具有十分重要的意义，一般安装在转轮和尾水管上，由导向套、动环和静环组成。

水轮机主轴密封的好坏直接影响到机组运行的可靠性和经济效益，甚至是机组运行的稳定性。

所以，对卧式水轮机主轴密封进行研究，分析其结构设计及技术改造措施，提高其运行可靠性和经济性，具有重要的理论意义和应用价值。

1卧式水轮机主轴密封结构及工作原理卧式水轮机主轴密封主要是由动环、静环和导向套组成，其作用主要是实现转子与固定盘之间的轴向和径向密封。

在动环、静环与轴之间存在着一定的间隙，正是这一间隙保证了动环和静环之间能够良好地贴合在一起，而动、静环的动压和静压也可以根据需要进行调节，从而形成不同的密封效果。

同时在此过程中，为了提高密封性能，动环和静环还可以进行相互转动。

动环可以旋转90°，而静环则只能旋转180°。

另外为了便于管理，动环、静环之间还可以安装垫片进行密封。

同时为了满足不同情况下的需要，动环、静环还可以采用不同的材质进行密封。

2卧式水轮机主轴密封装置的主要参数水轮机主轴密封装置的主要参数包括：工作介质温度、工作介质的压力、主轴转速稳定性、机组负荷等。

工作介质温度为-40℃~+70℃；工作压力：最大工作压力为0.13MPa；主轴转速：最大转速为2000r/min；转速稳定性：工作压力与最大转速之比为0.5~0.75（水轮机的额定工况）。

主轴转速稳定性和机组负荷受主轴密封的影响很大，两者之间存在一个最佳的平衡点，而这个平衡点可以通过提高动环的质量和动环的安装精度来实现。

专利名称：机械主轴的前端密封结构专利类型：实用新型专利
发明人：刘永连
申请号：CN201420353656.7
申请日：20140627
公开号：CN204042008U
公开日：
20141224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种机械主轴的前端密封结构。

该前端密封结构包括主轴以及套在主轴上的前法兰盘和轴承，还包括夹在前法兰盘与主轴之间的气流分配环，前法兰盘设有环绕于气流分配环的外壁的气流环形槽以及与气流环形槽贯通并用于为气流环形槽提供高压气流的供气通道，气流分配环均匀布设有与气流环形槽连通的通气孔，主轴外壁对应气流分配环的位置上设有与通气孔连通的环形沟槽。

本实用新型在传统气密封的结构上加设了气流分配环，让高压气流先通过气流环形槽，再通过通气孔喷射到主轴的环形沟槽上，能有效改善主轴上的气密封层的气压分布均匀性，进而改善了在复杂工况下对微小杂质的密封，降低了对轴承的损坏，提高了轴承的使用寿命。

申请人：深圳市速锋科技有限公司
地址：518000 广东省深圳市宝安区西乡街道西成工业区红山大厦东二楼
国籍：CN
代理机构：深圳市精英专利事务所
代理人：冯筠
更多信息请下载全文后查看。

主轴气密封结构
主轴气密封结构的设计要点主要包括密封结构选择和动态密封元件。

其中，密封结构有多种形式，如迷宫密封、干气密封、碳环密封和机械接触式密封等。

干气密封利用氮气或其他惰性气体作为密封介质，通过多级密封环形成多道气膜来实现有效密封。

动态密封元件则需采用耐磨、耐高温、耐腐蚀且具有良好弹性的材料制作，如碳石墨、陶瓷、硬质合金等。

这些元件在主轴旋转时与定子之间保持微小间隙，以形成有效的密封。

具体到实际应用中，主轴密封结构可以有不同的形式，例如双层平板密封和空气围带密封。

双层平板密封的工作原理是通过清洁压力水将上密封平板顶起并贴紧转动着的金属磨擦面，形成上密封面；同时压力水也将下密封平板向下压，使与主轴一起转动的下密封平板贴紧固定不动的金属磨擦面，形成下密封面。

这两个密封面共同作用，便形成了工作密封，使得来自转轮室内的江水无法通过转动部件与固定部件的间隙而对机组形成破坏。

而空气围带密封的结构则主要包括可自动膨胀和收缩的橡胶弹性围带、充气连接管路等。

主轴密封结构的主要特点包括其良好的耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性，能够保证长期稳定运行。

同时，它们也需要能够承受主轴的高速旋转，并保持稳定的气密性能。

然而，主轴密封结构也存在着一些问题，例如可能会受到机
械磨损和化学腐蚀的影响，从而导致其气密性能下降。

因此，对于主轴密封结构的维护和保养也是非常重要的。

以上内容仅供参考，建议查阅关于主轴气密封结构的文献资料获取更全面和准确的信息。

工装设计—86—粉料输送混合机主轴弹性气密封的设计与应用郑宜洋（双龙集团有限公司，201802）0. 引言在以粉状农药为代表的粉料类物料的生产制备工艺过程中，粉料的输送及伴随输送过程的混合工艺需要借助机械式输送混合设备对连续进出物料的搅拌、推进实现。

考虑生产工艺流程设计的物料制备产线常用的输送混合设备为壳体固定内部搅拌型式的输送混合设备。

根据混合动作执行机构的形式不同分类，输送混合设备分为犁刀式、螺带式、单轴螺旋叶片式等。

其工作过程的共同点是驱动设备通过驱动轴带动混合设备内的工作部件旋转，固定在设备工作部件上的犁头或叶片在旋转的过程中连续搅拌粉料，并将容易结块的物料破碎，完成均匀混合过程。

物料在此搅拌过程中随着主轴做圆周运动，同时受到搅拌桨叶的推动沿设备轴向运动，从设备的进料口向出料口移动，从而实现该粉料的连续输送。

1. 旋转轴密封分类由于此类粉料输送混合设备均需要驱动轴带动工作部件旋转，旋转轴与固定壳体之间的间隙需要设置密封部件保证设备内物料不外泄，从而保证设备的运行效率，防止粉料对环境造成污染，消除粉尘爆炸风险。

密封部件根据工作原理不同可分为非接触式密封和接触式密封。

非接触式密封如迷宫密封、间隙密封等无法确保设备内部粉料完全无泄漏。

接触式密封部件包括橡胶密封件、盘根密封、机械密封等。

盘根密封又称为填料密封，其结构简单成本低，盘根由棉、麻等纤维编织而成，工作过程易发热，且导热性能不良，使用过程需要辅助润滑液体，一旦发生呢干摩擦则会造成盘根烧毁并导致主轴抱死；而且，单一的填料在不同介质的颗粒大小中容易出现泄漏，特别是颗粒细度极小的介质，更加容易泄漏；在填料磨损后，更换维护时操作不方便，使用寿命短。

橡胶密封件以O 型或者异型密封圈为主，其密封性能优于盘根密封，但受限于橡胶材质不耐摩的特点，主轴转速过高也容易导致密封元件损坏，需要辅助润滑油，同时在选型过程中需要兼顾输送物料与橡胶件的材质兼容性，避免橡胶受腐蚀而导致密封失效。

主轴密封的作用主轴密封是一种机械密封，用于防止液体或气体泄漏出轴承或设备的旋转部件。

主轴密封在工业生产中起着非常重要的作用，它可以有效地保护设备的正常运行和延长其使用寿命。

本文将详细介绍主轴密封的作用。

一、主轴密封的基本原理1. 机械密封原理机械密封是指通过摩擦和压力来阻止流体泄漏的一种装置。

它由静环、动环、弹性元件、填料等组成。

当设备运行时，动环与静环之间形成一个摩擦副，通过弹性元件对动环施加压力，使其紧贴静环表面，并形成一个微小间隙。

当流体从这个间隙中流过时，在弹性元件和填料的作用下，这个间隙会自动调整到最小值，从而达到完全密封的效果。

2. 主轴密封原理主轴密封是一种特殊的机械密封，它通常应用于高速旋转设备中。

主轴密封通常由两个部分组成：静态密封和动态密封。

静态密封通常安装在设备的固定部分上，而动态密封则安装在旋转部件上。

当设备运转时，动态密封与静态密封之间形成一个微小间隙，通过弹性元件和填料的作用，这个间隙可以自动调整到最小值，并且保持不变。

二、主轴密封的作用1. 防止泄漏主轴密封的主要作用是防止液体或气体从设备中泄漏出来。

在工业生产中，很多设备都需要处理液体或气体，如果没有主轴密封进行保护，这些液体或气体就有可能泄漏出来，造成严重的环境污染和人身伤害。

2. 提高效率主轴密封可以有效地提高设备的工作效率。

在高速旋转设备中，如果没有主轴密封的保护，液体或气体就会从旋转部件中泄漏出来，并对设备造成损坏。

而主轴密封可以有效地阻止这种情况发生，并保证设备正常运行。

3. 延长使用寿命主轴密封可以有效地延长设备的使用寿命。

在高速旋转设备中，液体或气体的泄漏会对设备的轴承和其他部件造成损坏，从而缩短设备的使用寿命。

而主轴密封可以有效地防止这种情况发生，并保护设备的正常运行。

4. 提高安全性主轴密封可以提高工作场所的安全性。

在工业生产中，液体或气体泄漏会对工作人员造成严重的伤害，甚至危及生命。

而主轴密封可以有效地防止这种情况发生，并保护工作人员的安全。

水轮机主轴密封的几种形式水轮机主轴密封是水轮机的一项重要保护，它装在水导轴承的下面，以防止压力水从主轴和顶盖(或支持盖)之间渗漏机坑内，淹没水导轴承，破坏水导轴承的工作，影响机组的运行。

按水轮机主轴密封的工作性质可以分为检修密封和工作密封。

一、水轮机主轴检修密封。

检修密封是水轮机检修时候工作的一种密封，它是在停机或检修水轮机工作密封和水导轴承时需要的一种轴承密封，它防止在尾水位较高时倒灌进入机坑内。

检修密封按其结构型式可以分为空气围带式、机械式和抬机式检修密封。

但在实际中大多数运用空气围带检修密封。

它主要由固定环和橡胶空气围带组成，在工作时，向空气围带充入0.4～0.7Mpa的空气压力，使空气围带橡皮膨胀，报紧主轴，防止水进入;当开机时，将空气围带里的压缩气体排除，使其收缩，让空气围带与主轴之间保持1.5～2mm的间隙。

该检修密封结构简单，操作容易，密封效果好，大多数机组检修密封都用此种结构。

二、水轮机主轴密封工作密封。

工作密封按照密封结构型式可以分为：(一)平板密封。

平板密封有单层平板密封和双层平板密封，单层平板密封主要是利用单层橡胶板与固定在主轴上的不锈钢转环端面形成密封，靠水压力进行密封，其结构简单，但密封效果没有双平板密封效果好，使用寿命也没有双平板密封长。

双层平板密封效果好，但其结构复杂，抬机时漏水，目前在中小型轴流机组中还应用。

(二)径向密封。

径向密封它是由若干块扇形碳精块在钢扇形块内靠弹簧紧压在主轴上，形成一层层的密封，在密封圈内开有小排水孔，将漏出的水由此排出，它主要是在清洁水中密封，在含泥沙水中其耐磨性较差。

这种密封结构复杂，安装检修困难，弹簧性能不易保证，磨擦后径向自调量小，所以现在已经基本淘汰被端面密封所代替。

(三)盘根密封。

盘根密封是由底封环、盘根、水封环、水封管和压盖等部件组成，它主要是靠底封环和压盖压紧套在中间的盘根，起到密封作用。

该密封在小型卧式机组中使用比较普遍。

机床主轴密封结构设计，不懂密封怎么组装、维护？简介数控机床主轴在运转过程中震动大、转速低、刚性差，主轴轴承经常损坏，无法正常运转，成本增加，从而使机床的加工精度差。

另外，主轴前端密封处的迷宫圈与主轴分离，在运转过程中有擦碰现象，运转时有响声。

因此，现有的主轴传动结构不能满足日益发展的机械精密加工生产领域。

效果和优点机械主轴，与同类产品相比，结构紧凑、安全可靠、零件加工精度高，刚性好，轴承寿命长、承载能力大、精度高、成本低，从而，在机械制造业提高了竞争能力；主轴箱结构小巧，简单便于加工，保证了主轴箱的同心度以及机械刚性，使前、后孔的变形减小，减少主轴箱体给主轴带来的变形量，而且经高速长时间运转使用后发现，主轴噪音小，温度低，在这种条件下使主轴自身负载降低，加大了主轴本身的刚性，承载能力增大，轴承寿命提高，降低了成本；主轴采用轴端密封的迷宫圈与主轴连接为一整体，在主轴前端开有防水槽，保证了主轴端的密封，从而避免了主轴在运转过程中有切削液带人的铁销进入主轴轴承腔内，造成轴承无法正常运转，避免了主轴轴承报废无法正常生产；主轴前、后支承装置都采用万能配对角接触球轴承和左右迷宫式隔套构成，结构紧凑，密封性好，与同类产品相比，结构紧凑、安全可靠、零件加工精度高，刚性好，轴承寿命长、承载能力大、精度高、成本低，从而，在机械制造业提高了竞争能力。

机床主轴密封结构设计图中：1后压帽、2同步带轮、3后隔套、4前轴承、5前隔套、6防水槽、7前轴承座、8主轴、9主轴箱、10后轴承、11后轴承座、12锁紧螺母。

如图1-3所示的一种机械主轴，包括主轴8和同步带轮2，主轴8安装在主轴箱9的内部，且通过锁紧螺母12固定连接，主轴箱9结构小巧，简单便于加工，保证了主轴箱9的同心度以及机械刚性，使前、后孔的变形减小，减少主轴箱9体给主轴8带来的变形量，而且经高速长时间运转使用后发现，主轴噪音小，温度低，在这种条件下使主轴8自身负载降低，加大了主轴8本身的刚性，承载能力增大，轴承寿命提高，降低了成本；主轴8采用轴端密封的迷宫圈与主轴8连接为一整体，在主轴8前端开有防水槽6，保证了主轴8 端部的密封，从而避免了主轴8在运转过程中有切削液带人的铁销进入主轴8轴承腔内，造成轴承无法正常运转，避免了主轴8轴承报废无法正常生产；主轴8前、后支承装置都采用万能配对角接触球轴承和左右迷宫式隔套构成，结构紧凑，密封性好；主轴8与主轴箱9的端部连接处分别设有前轴承座7和后轴承座11，前轴承座7和后轴承座11上分别设有前轴承4和后轴承10与主轴8连接，前轴承4和后轴承10的两侧分别设置有前隔套5和后隔套4，同步带轮2设置在主轴8的后部，且通过后压帽1与主轴8连接，主轴8的前端开设有防水槽6。

主轴密封的作用
主轴密封是一种密封装置，主要用于旋转机械中的主轴或轴承，具有防止液体或气体泄漏的作用。

主轴密封可以分为机械密封和填料密封两种类型。

机械密封是利用由密封环和固定环组成的摩擦副，在两个接触面之间施加一定的压力，形成密封间隙，从而实现密封。

机械密封具有密封性能好、使用寿命长、操作简便等优点，但是需要严格的安装和维护，成本较高。

填料密封是利用填料在轴套和填料室之间形成密封，填料密封的优点是密封性能稳定、耐磨损、可靠性高、适用范围广，但是需要定期添加填料，易受温度变化的影响。

主轴密封的主要作用是防止润滑油、冷却液、气体等在主轴和轴承处的泄漏，从而保证机器的正常运行和工作效率。

主轴密封的质量直接影响到机器的使用寿命和性能，因此对于主轴密封的选择和安装需要非常谨慎。

在选择主轴密封时，需要考虑机器的工作环境、转速、压力、温度等因素，以及密封的材料、结构、尺寸等参数。

在安装主轴密封时，需要注意密封件与轴、轴承的配合精度，以及密封环的压力、润滑等条件。

同时，需要定期检查主轴密封的工作状态，保持密封件的清洁和润滑，及时更换磨损的密封件。

主轴密封是旋转机械中非常重要的密封装置，它的质量和使用寿命直接影响到机器的性能和寿命。

因此，在选择和安装主轴密封时需要认真考虑各种因素，确保密封件的质量和工作状态。