專利名稱：回轉電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種回轉電機，其具有一個軸密封裝置，所述軸密封裝置使用一種冷卻介質例如氫氣冷卻回轉電機本體，并且密封軸貫通部。
背景技術：
作為示例，在氫氣冷卻發電機中，氫氣密封在機內，并且構成發電機本體(回轉電機本體)的轉子和定子均使用氫氣冷卻。由于氫氣具有比空氣低的密度和高的比熱，因此，所述氫氣冷卻發電機可高效率地操作。因此，許多大功率的渦輪發電機均使用上述這種系統。在這種氫氣冷卻發電機中，用于防止機內的氫氣從軸承泄漏到外部的軸密封裝置安裝在發電機的兩端上(見(現有技術文獻1日本特開平7-75291號公報)和(現有技術文獻2日本特開平10-14158號公報))。
下面，將參看附圖描述傳統的軸密封裝置。圖28是在傳統的氫氣冷卻回轉電機中將氫氣密封在機內的軸密封裝置99附近的回轉電機的一端的剖視圖。附圖標記1表示具有圓筒形狀的定子框架，并且一個尾架3借助于一個定子框架端板2固定在定子框架1的一端上。一個軸承座4固定在尾架3上，一個軸承臺5連接在軸承座4的內側，并且一個軸承裝置(軸承)6連接在軸承臺5的內側。軸承6以可使轉軸(軸)7轉動的方式支承著轉軸7。
構成軸密封裝置99的一個密封殼9和一個密封圈10用于將氫氣8密封在由定子框架1、定子框架端板2、尾架3和類似物包圍著的機內，目的是使氫氣不要從隨著回轉電機的運轉而轉動的轉軸7處所形成的間隙泄漏掉。而且，拋油器11和12分別設在機外側和機內側，從而，軸密封裝置99和軸承6中所使用的潤滑油不會泄漏，并且有一個稱為密封腔13的空間設在內側拋油器12和外側拋油器11之間。
圖29是一個放大圖，示出了構成軸密封裝置99的密封殼9和密封圈10的細節。在圖29中，密封圈10包括兩個密封圈10A和10B，它們在軸向上彼此對正，并且每個密封圈均被加工成內徑稍大于轉軸7的外徑。
密封油17從密封殼9供給，其壓力稍大于用于發電機冷卻的氫氣的氣體壓力。密封油17借助于密封圈10A和10B之間的軸向間隙18供給至由密封圈10A和10B和轉軸7形成的狹窄間隙19。通過在此形成油膜，就可防止機內的氫氣8泄漏到機外。一個彈簧20擠壓著密封圈10A和10B，其可調節轉軸7與密封圈10A和10B之間的圓周方向間隙19。
圖30是沿著圖29中的箭頭30-30所作的剖視圖，密封圈10B由一個密封圈上半部10Ba和一個密封圈下半部10Bb形成，所述密封圈上半部10Ba和密封圈下半部10Bb相對于轉軸7在圓周方向上分別形成一個半圓。密封圈10A與密封圈10B相同。
彈簧20由設在密封殼9中的螺釘20a固定。彈簧20以環形狀態沿著密封圈10A和密封圈10B之間的結合處安置，并且在施加了最佳的擠壓力的情況下與轉軸7形成圓周方向間隙19。通過調節圓周方向間隙19供給最佳油量，以使密封油17充滿圓周方向間隙19，從而，可將氫氣8密封在機內。
已從圓周方向間隙19流出的密封油17流至密封腔13側和所述軸承裝置側。已流出至密封腔13側的密封油17被單獨或選擇性地回收，已流出至所述軸承裝置側的密封油與來自軸承裝置6的潤滑油一同回收。每種回收的油在回收之后再次混合起來，如圖30和31所示，它們使用壓力泵59加壓，并且分別送至所述軸密封裝置和所述軸承裝置。然而，已從圓周方向間隙19流至軸承裝置6側的密封油17和來自所述軸承裝置的潤滑油周圍包圍著空氣，因此，會在油中混合有空氣的狀態下返回到壓力泵59。由于油是在加壓之后送至所述軸密封裝置的，因此，已從圓周方向間隙19流至密封腔13側的密封油17中混入的部分空氣會逸出到密封腔13側。這樣，取而代之的就是處于密封腔13內的機內的氫氣8與密封油17混合和排放到機外。逸出至密封腔13中的空氣會借助于拋油器12與轉軸7之間的間隙取代機內的氫氣8，這樣，機內的氫氣8的純度就會降低。
為了避免出現以上問題，在通常的軸密封裝置中，油要在進入壓力泵59之前在抽真空裝置(排氣裝置)58中經受抽真空(脫氣)處理，從而，油可在沒有混入氣體例如冷卻氫氣8或空氣的狀態下供給至所述軸密封裝置或軸承裝置6。
然而，抽真空裝置58相對較貴，因此，這是導致氫氣或類似物用作冷卻介質的回轉電機的成本增加的一個重要因素。
應當指出，在圖31中，除了上述結構以外，回轉電機本體可容納在所述框架中，或其可包括一個將在循環系統(未示出)中循環的氫氣抽出的氫氣抽出裝置55、一個用于將空氣從軸承裝置6內的潤滑油中抽出的空氣抽出裝置56以及一個用于將已去除空氣的潤滑油送至抽真空裝置58和軸承裝置6的潤滑油系統57。
除了上述軸密封裝置的現有技術實例以外，還有一個非接觸式密封裝置，其以如下方式構造。例如如圖28所示，密封圈10容納于連接在尾架3上的密封殼9內，并且彈簧20被支承得可在其自身與轉軸7之間形成一個狹窄間隙。密封圈10在轉軸7的軸向上并排布置成兩列，壓力稍大于機內的氣體壓力的油從外部供給至密封圈10與轉軸7之間的間隙。高壓油通過所述間隙，并且機內的氣體由于圖29中的箭頭所示的泄漏油的形成而得到密封。在這種類型的結構中，由于密封圈10、密封殼9和轉軸7等在操作過程中會以復雜的方式發生熱變形，因此，密封油(沖洗用油)的量可超過設計值，有時會增加到超過過渡中(特別是在起動時)所期望的量。而且，由于變形，油膜的局部厚度會減小，從而這部分的摩擦力會引起振動。近年來，用于解決上述這些問題的刷式接觸密封件已取得了巨大發展，現正用作氣體渦輪機或蒸汽渦輪機的空氣密封件、低壓差的液體密封件或灰塵防護密封件。然而，在使用液體作為密封介質(沖洗用油)的用于高壓差的液體密封件中，例如在將氣體密封在渦輪發電機內的情況下，不能獲得足夠好的密封性能，而且，需要大量的密封油。
除了上述現有技術以外，還存在以下現有技術文獻現有技術文獻3(日本特開2002-81552號公報)、現有技術文獻4(日本特開2003-161108號公報)、現有技術文獻5(日本特開2002-303371號公報)和現有技術文獻6(日本特開2001-90842號公報)。
在現有技術文獻3中，類似轉軸的轉動體具有一個改進的刷式密封裝置，其設在貫通壓力隔壁的部分上，下面將對其進行描述。換言之，該實例描述的是具有“在圓周方向上分割的多個刷式密封段”的這種結構的刷式密封裝置，目的是在制造時或在已開始操作之后的檢查時可拆開刷式密封裝置和便于取出內部的轉軸。然而，沒有描述用于解決刷式密封件因泄漏油的壓力而可能出現的翻倒的任何措施。
現有技術文獻4僅描述了一種為了在密封裝置的安裝方法中便于連接和拆卸和用于防止安裝誤差的結構。在所述密封裝置中，迷宮式密封件與刷式密封件一起使用，以提高具有迷宮式密封件的渦輪裝置中的轉軸的密封性能。現有技術文獻4為一種迷宮式密封件，其是一種安置在高壓側和低壓側之間以抑制流體從高壓側泄漏到低壓側的密封機構，并且其與使軸承位于中間的拋油器不同。基本上，在拋油器中，夾裝有拋油器的兩側的流體壓力相同，并且拋油器不能限制流體泄漏量。而且，拋油器的目的是防止或抑制霧狀油或液狀油泄漏，因此，其與迷宮式密封件不同。
同時，在現有技術文獻4中，描述了迷宮式密封件的作用效果，其中，通過在所述迷宮式密封件的高壓側和所述刷式密封件的低壓側設置一個背板可改善密封性能，或作為一種替代性方法，通過在所述迷宮式密封件的兩側連接一個刷式密封件也可改善密封性能，這一點與拋油器不同。
現有技術文獻5描述了一種將油霧(霧狀油粒)密封在軸承腔內的裝置。為了將軸承腔中產生的油霧密封在軸承腔內，軸承腔可連接在軸承殼的一側或連接在兩側的側面上。從而，當現有技術文獻5將油霧(霧狀油粒)密封在軸承腔內時，會出現兩種類型，一種類型是，從所述軸承的側面噴出的液狀油(通常稱為側漏)與使用將氣體密封在機內的油的軸密封裝置的密封油彼此分離(不會彼此接觸)，另一種類型是，在機內使用的所有油(密封油和軸承油)均被切斷與外部空氣的接觸。因此，兩種類型下均不必設在軸承側面上。
現有技術文獻6描述了一種特殊的密封刷(其中，編織有極細纖維)用于減少流體的泄漏，并且，不會像金屬刷那樣出現異常放電，而且，不會像金屬刷和陶瓷刷那樣出現破損。然而，使用這種特殊的密封刷的刷式密封件可連接在機內外之間具有壓力差的機器上，其與基本上不能對具有壓力差的情況實現密封的刷式密封件明顯不同。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種回轉電機，其包括一個可防止冷卻氣體與密封油接觸和在不需要對密封油脫氣的情況下抑制機內的冷卻氣體的純度降低的軸密封裝置。
本發明的第二個目的是提供一種回轉電機，其中，對從起動到正常轉動的所有運轉條件來說少量油就足夠，并且沒有過大的油量變動，所述回轉電機還包括一個具有良好的振動穩定性的耐高壓的刷式接觸密封裝置。
本發明的第三個目的是提供一種回轉電機，其中，機內的冷卻介質的純度不會降低，并且不必在密封介質供給之前對其進行脫氣處理，所述回轉電機包括一個不需要抽真空裝置的低成本軸密封裝置。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求1所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架中；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；密封圈裝置，其將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，并且可防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及密封機構，其被布置成與所述轉軸的外周面接觸，并且防止所述冷卻介質和所述密封介質，或是所述密封介質和/或所述軸承裝置內的潤滑介質與外部空氣接觸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求2所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內外側中的至少一側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架內側或流到所述框架外側；密封裝置，其被安置成用于在所述框架內在所述軸承裝置與所述框架內側的所述拋油器之間形成密封腔，并且將密封介質供給至所述轉軸的所述外周面側，以防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及密封機構，其被布置成與所述轉軸的外周面接觸，并且防止所述冷卻介質和所述密封腔內的介質，或是所述冷卻介質和所述密封介質，或是所述密封介質和/或所述軸承裝置內的潤滑介質與外部空氣接觸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求9所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；冷卻介質循環系統，其將冷卻介質供給至所述框架內，以冷卻所述回轉電機本體；刷式密封件保持器，其位于所述框架的內部和/或所述框架的外部，并且包圍著所述轉軸的外周側和形成預定容納空間；一個刷式密封機構本體，其包括一個圓環形刷式密封件和一個支承部，所述圓環形密封刷處于所述刷式密封件保持器中，并且被以下述方式容納，即在所述轉軸的軸向上形成多段，每段均與所述轉軸接觸，所述支承部用于在所述轉軸相反側中的每側支承著所述刷式密封件，每個所述刷式密封件均沿著所述軸向設有多個徑向分割部，相鄰各段刷式密封件的所述分割部的位置相互錯開，以防止所述框架內的冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及翻倒防止件，其防止所述刷式密封件保持器中的所述刷式密封件由于所述冷卻介質與所述框架外側之間的壓力差而在軸向上翻倒。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求15所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架內側或流到所述框架外側；密封圈裝置，其以比所述軸承裝置更靠近機內側的方式安置在所述框架內，并且將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，而且防止所述冷卻介質泄漏到所述框架外側；以及密封機構，其由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，并且防止所述密封介質與所述潤滑介質彼此接觸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求16所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；密封介質循環系統，其使密封介質從所述框架內的所述軸承裝置循環至位于所述回轉電機內側的轉軸外周面側，并且將要被供給所述軸承裝置的潤滑介質與所述密封介質彼此分開；拋油器，其被安置成與位于所述軸承裝置的框架內側和/或外側的轉軸外周面接觸，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；以及密封機構，其由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，并且防止所述密封介質和所述潤滑介質彼此接觸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求18所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；密封圈裝置，其以比所述軸承裝置更靠近所述框架內側的方式安置在所述框架內，并且將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，而且防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外側；以及密封機構，其位于所述軸承裝置的所述框架內側，并且由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，而且防止所述密封介質與所述軸承裝置中的所述潤滑介質彼此接觸。
為了實現上述目的，本發明提供了一種如權利要求19所述的回轉電機，其包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；以及密封機構，其位于所述軸承裝置的所述框架外側，并且由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，而且防止所述軸承裝置中的所述潤滑介質與所述密封介質彼此接觸。
圖1是剖視圖，示出了包括根據本發明的第一實施例的軸密封裝置的回轉電機的一端；圖2是剖視圖，示出了根據本發明的第二實施例的回轉電機的軸密封裝置；圖3是剖視圖，示出了包括根據本發明的第三實施例的軸密封裝置的回轉電機的一端；圖4是剖視圖，示出了根據本發明的第四實施例的回轉電機的軸密封裝置；圖5是剖視圖，示出了根據本發明的第五實施例的回轉電機的軸密封裝置；圖6是剖視圖，示出了根據本發明的第六實施例的回轉電機的軸密封裝置；圖7是示出了根據本發明的第七實施例的示意性結構的視圖；圖8A和8B均是示出了根據圖7所示的第七實施例的刷式密封件的正面結構的視圖；圖9是解釋圖，示出了根據本發明的第八實施例的刷式密封件的一種翻倒防止方法；圖10是解釋圖，示出了根據圖9所示的本發明的第八實施例的刷式密封件的另一種翻倒防止方法；圖11是解釋圖，示出了用于塞填根據本發明的第九實施例的刷式密封件之間的間隙的一種方法；圖12是解釋圖，示出了用于塞填根據圖11所示的第九實施例的刷式密封件之間的間隙的另一種方法；圖13是解釋圖，示出了根據本發明的第十實施例的轉軸與刷式密封件的同心狀態的一種保持方法；圖14是解釋圖，示出了根據圖13所示的第十實施例的所述轉軸與所述刷式密封件的同心狀態的另一種保持方法；圖15是解釋圖，示出了根據圖13和14所示的本發明的第十實施例的所述轉軸和所述刷式密封件的同心狀態的一種外部控制保持方法；圖16是解釋圖，示出了根據圖13至15所示的本發明的第十實施例的所述轉軸和所述刷式密封件的同心狀態的另一種外部控制保持方法；圖17示出了本發明的第十一實施例，示出的是說明一種用于將刷式接觸密封件應用于渦輪發電機的方法的結構；圖18示出了圖17所示的第十一實施例，示出的是當所述刷式接觸密封件應用于所述渦輪發電機時的結構；圖19示出了圖17和18所示的第十一實施例，示出的是當所述刷式接觸密封件應用于所述渦輪發電機時的結構；圖20是根據本發明的第十二實施例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖21是根據本發明的第十二實施例的一種改型例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖22是根據本發明的第十三實施例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖23是根據本發明的第十三實施例的一種改型例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖24是根據本發明的第十三實施例的另一種改型例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖25是根據本發明的第十四實施例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖26是根據本發明的第十六實施例的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖；圖27是剖視圖，示出了包含一個傳統軸密封裝置的回轉電機的一端；圖28是所述傳統軸密封裝置的剖視圖；圖29是剖視圖，其中，圖28的密封殼部分被放大；圖30是當從箭頭的方向看時的沿著圖29中的線30-30所作的剖視圖；以及圖31是所述傳統回轉電機的軸承裝置和密封介質的管道系統圖。
具體實施例方式
下面，將參看附圖描述根據本發明的包括軸密封裝置的回轉電機的實施例。圖1是根據本發明的第一實施例的回轉電機的軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖，其與示出了上述現有技術的圖28的不同之處在于，不需要由密封刷形成的潤滑件的用作密封機構的刷式密封件21設在一個內側拋油器12的密封腔13處。換言之，在本實施例中，軸密封裝置100由安裝在密封殼9的內側的密封圈10和安裝在內側拋油器12上的刷式密封件21構成。
在根據第一實施例的所述回轉電機的如此構造的軸密封裝置100中，由于內部壓力和轉軸7或類似物的攪拌作用，用作機內的冷卻介質的氫氣8會試圖從內側拋油器12與轉軸7之間的間隙進入密封腔13。然而，由于本身與轉軸7之間基本沒有任何間隙的刷式密封件21安裝在內側拋油器12的密封腔13側，因此氫氣8不會進入密封腔13中。
因此，密封油17可進入密封腔13中，但密封油17和氫氣8決不會彼此接觸，從而，機內的氫氣8的純度決不會由于密封油17內的混入氣體(空氣)而降低。這樣，就不必對密封油17進行脫氣處理，因此，不必在圖31所示的潤滑油供給系統中設置一個抽真空裝置(排氣裝置)58。在這種情況下，必須在所述密封圈與轉軸7之間供給(充滿)沒有混入空氣的密封介質例如密封油。
應當指出，刷式密封件21根據其特性自然不需要潤滑件。而且，刷式密封件21可由內周面上具有巴氏合金(白金屬)的密封圈替換。
下面，將參看圖2描述本發明的回轉電機的軸密封裝置的第二實施例。換言之，提供了這樣一種結構，其中，作為密封機構的刷式密封件22安裝在密封殼9的密封腔13側，所述密封殼9保持著密封圈10A和10B，所述密封圈10A和10B與現有技術中所安裝的密封圈相同。
在具有上述結構的第二實施例的軸密封裝置101中，密封油從密封腔側的密封圈10A和軸承側的密封圈10B的軸向間隙18分別流至密封圈10A與轉軸7之間和密封圈10B與轉軸7之間的狹窄間隙19，然后，分別向密封腔側和軸承側流動。然而，由于刷式密封件22設在密封腔13側，因此，來自密封腔13側的密封油17決不會流回密封腔13。
因此，從內側拋油器12與轉軸7之間的間隙進入密封腔13的氫氣8不會與密封油17接觸。因而，即使來自外部的空氣混入了密封油17中，用作機內的冷卻氣體的氫氣8的純度也決不會降低。從而不需要對密封油17進行脫氣處理。因此，不必在圖31所示的現有技術的潤滑油供給系統中設置抽真空裝置58。
下面，將參看圖3描述本發明的回轉電機的軸密封裝置的第三實施例。在本實施例中，沒有設置圖27中的內側拋油器12，而是在一個尾架3上于這部分處安裝密封機構，其中，多個刷式密封件24由刷式密封件保持器23支承著，并且所述密封機構不需要一個潤滑件。刷式密封件24在軸向上設有多段(在圖3中為3段)。軸密封裝置102由刷式密封件24和安裝在密封殼9上的密封圈10構成。
在如上構造的第三實施例中，刷式密封件24可阻止用作機內的冷卻氣體的氫氣8進入密封腔13中。而且，刷式密封件24可以相同的方式阻止從密封圈10與轉軸7之間的間隙流出的密封油17從密封腔13流出至機內。因而，由于機內的氫氣8和密封油17決不會彼此接觸，因此，即使密封油17中混入了空氣，密封油17中混入的空氣也不會排放到機內的氫氣8中，從而，氫氣的純度不會降低。因此，不必在密封油17的供給系統中設置一個用于對密封油17進行脫氣處理的抽真空裝置，從而，就不必設置圖31所示的密封油17的供給系統中的抽真空裝置58，而這一裝置在現有技術的回轉電機的軸密封裝置中已成為必需。
下面，將描述包括本發明的軸密封裝置的回轉電機的第四實施例。如圖4所示，在本實施例中，在由密封腔側的密封圈10C和軸承側的密封圈10B構成的密封圈10中，密封圈10C的軸向長度(寬度)大于密封圈10B的軸向長度(寬度)。
在以上述方式形成的第四實施例的密封圈裝置103中，密封油17從密封圈10的軸向間隙18分別流入密封圈10C與轉軸7之間和密封圈10B與轉軸7之間的狹窄間隙19中，然后，分別流出至密封腔側和軸承側。
在這種情況下，由于密封腔側的密封圈10C的軸向長度大于軸承側的密封圈10B的軸向長度，因此，當密封油17流動至軸向間隙(狹窄間隙)19時，密封腔側的密封圈10C的流路阻抗大于軸承側的密封圈10B的流路阻抗。這樣，即使間隙19處于同一圓周方向上，流出至密封腔13側的所述密封油(圖中虛線箭頭所示)也會少于流出至軸承側的密封油17。
通過以這種方式調節密封腔側的密封圈10C和軸承側的密封圈10B的軸向長度，流出至密封腔13側的密封油17的量可變得極少，從而，排放到密封腔13內的氫氣8中的密封油17中的混入空氣的量也會極少。
除了密封腔側的密封圈10C的形狀以外，第四實施例具有與現有技術相同的構造，并且密封腔13由處于機較內側的內側拋油器12形成。由于機內側的冷卻氫氣8與密封腔13側的氫氣8之間的循環量由于存在內側拋油器12而會降低，因此，密封油17中混入的空氣使機內的氫氣8的純度降低的程度會非常低。
因此，不必在圖31所示的密封油17的供給系統中設置用于對密封油17進行脫氣處理的抽真空裝置58。從而，就不再需要密封油17的供給系統中的抽真空裝置58，而這一裝置在現有技術的回轉電機的軸密封裝置中已成為必需。
下面，將描述包括本發明的軸密封裝置104的回轉電機的第五實施例。如圖5所示，所述密封腔側的密封圈用一個刷式密封件25代替，并且刷式密封件25和軸承側的密封圈10B均由密封殼9保持著。刷式密封件25和密封圈10B之間具有一個軸向間隙18，并且其外周由一個彈簧20擠壓著。刷式密封件25的內周與轉軸7的外周面接觸，但在所述密封圈10B的內周與轉軸7的外周之間具有一個圓周方向間隙19。
在以上述方式構造的實施例中，密封油17借助于軸承側的密封圈10B與轉軸7之間的圓周方向間隙19從軸向間隙18僅流出至所述軸承側。而且，由于存在刷式密封件25，已借助于內側拋油器12與轉軸7之間的間隙進入密封腔13中的機內的氫氣8不會與密封油17直接接觸，并且密封油17內的空氣不會排放到氫氣8中，從而，機內的氫氣8的純度不會降低。因此，不必在圖30、31所示的密封油17的供給系統中設置用于對密封油17進行脫氣處理的抽真空裝置58，從而，在密封油17的供給系統中就不需要抽真空裝置58，而這一裝置在現有技術的回轉電機的軸密封裝置中已成為必需。此外，由于所述氫氣因刷式密封件21A不會進入密封腔13中，因此也不需要抽真空裝置58。
下面，將描述包括本發明的軸密封裝置105的回轉電機的第六實施例。如圖6所示，內側拋油器12和外側拋油器11分別由刷式密封件21A和21B代替，并且這些可以以相同的方式通過將尾架3和軸承座4連接起來獲得。根據圖6的實施例，由于沒有設置拋油器11和12，因此，部件數目較少，從而可使成本降低。
圖7是一個示出了根據本發明的第七實施例的示意性結構的視圖。如圖7所示，刷式密封機構包括刷式密封件保持器15和一個刷式密封機構本體。
刷式密封件保持器15包圍著回轉電機的框架的內部和/或回轉電機的框架的外部和轉軸7的外周側，并且其中形成了一個預定的容納空間。所述刷式密封機構本體被這樣容納，即多段刷式密封件21沿著位于刷式密封件保持器15內的轉軸7的軸向形成，并且每個刷式密封件21均具有一個與轉軸7接觸的圓環形密封刷21b和一個在轉軸相反側支承著所述刷式密封件的基端支承部21a。如圖8A和8B所示，每個刷式密封件21均被沿著徑向分割成多段，并且相鄰段的基端支承部21a的分割部21ac和密封刷21b的分割部21bc的位置偏移錯開，從而，框架中的冷卻氣體不會泄漏到框架之外。圖8A和8B分別示出了當沿著軸向看時的圖7所示的兩個刷式密封件21的結構，它們被形成為包圍著轉軸7的圓形。而且，如圖8A和8B所示，所述刷式密封件由于組裝原因在徑向上被分割成2段(或3段以上)。在這種情況下，由于在分割部中形成有間隙，因此，在這點上可能出現圖7中的大量的油泄漏14。
然后，刷式密封件21以兩段或多段的形式沿著所述轉軸的軸向布置，并且刷式密封件21的分割部21ac和21bc這樣地容納在所述刷式密封件保持器中，即它們的位置在圓周方向上錯開，在這種情況下，從分割部的油泄漏14可得到減少。
應當指出，如圖7所示，設在刷式密封件21的基端支承部21a上的夾持部的寬度大于密封刷21b的寬度，因此，會在刷式密封件保持器15與刷式密封件21之間和密封刷21b之間形成間隙。
由于上述原因，刷式密封件21會因從高壓部向低壓部的油的壓力作用而翻倒(彎曲)，并且在轉軸7與密封刷21b的前端之間形成一個間隙，因此，不能再維持著合適的擠壓(轉軸外徑-密封刷內徑)。
圖9是用于說明已被設想用于解決這些問題的本發明的第七實施例的視圖。刷式密封件保持器15的內周部具有一個翻倒防止件35(臺階)，其可防止刷式密封件21翻倒。通過上述方式，在翻倒防止件35的作用下可夾卡著刷式密封件21，因此，可防止刷式密封件21翻倒，從而，可具有耐壓性和良好的密封性能。
圖10是用于說明本發明的第八實施例的視圖。刷式密封件21具有一個可移動的翻倒防止件26，其用于任意地改變刷式密封件21的夾卡寬度，從而，翻倒防止件26的推出量可通過調節螺釘28調節。通過采用這種結構，可提供合適的夾卡寬度。
如圖7所示，具有多段的刷式密封件21之間具有間隙。從第一段刷式密封件21的分割部21ac和21bc泄漏的液體可通過所述間隙，然后沿著所述轉軸的圓周方向流動，最后泄漏到下一段刷式密封件21的分割部。
通過上述這種方式，存在以下可能液體可到達最后一段刷式密封件并泄漏掉。在圖9和10所示的實施例中，上述間隙可被形成得較小，但如圖9和10所示仍然保留著非常大的間隙。
圖11是用于說明已被設想用于解決上述問題的本發明的第九實施例的視圖，在本實施例中，用作間隔件的密封板29交替設在多個刷式密封件21之間。這樣，在刷式密封件21之間就會只有很小或沒有間隙，從而，流體泄漏的路徑就會堵塞，因此，可降低泄漏量。
圖12是用于說明本發明的第十實施例的視圖，在本實施例中，圖11中所示的間隔件29由與轉軸7接觸的小的刷式密封件30代替，從而，可獲得與圖11相同的效果。
刷式密封件21和轉軸7在操作過程中需要保持在同心狀態下，但上述同心狀態可能與在組裝時的不同，這是由于轉軸7的上浮或刷式密封件保持器15的熱變形引起的。
圖13是用于說明用于解決上述問題的方法的本發明的第十一實施例的視圖。設有一個保持器支承殼51，所述密封機構容納在保持器支承殼51內，并且彈簧42支承著圓周上的多個位置，從而，可沿著徑向移動所述密封機構。因此，所述密封機構會由于刷式密封件21在轉軸7的偏心方向上的反作用力作用回到同心位置。
圖14是用于說明本發明的第十二實施例的視圖，在本實施例中，圖13的功能通過另一種結構實現。換言之，一個支承板34安裝在刷式密封件21的外周面上，并且由支承板34與刷式密封件保持器15之間的彈簧33支承著。應當指出，密封墊圈53設在刷式密封件保持器15與支承板34之間的滑動面上，從而，可防止從滑動面發生泄漏。
圖15是用于說明本發明的第十三實施例的視圖。圖14中的彈簧33由波紋管50和一個用于探測管36、轉軸7和刷式密封件21的相對位置的間隙傳感器38代替，其中，所述管36用于供給和排放波紋管50中的高壓流體37，從而，可從外部控制同心狀態。
轉軸7和刷式密封件保持器15的偏心狀態可通過安裝在刷式密封件保持器15上的間隙傳感器38測量。供給或排放所述高壓流體37，以通過降低已被偏壓的波紋管50中的壓力來消除偏心量，或增加相反側的波紋管50內的壓力，從而，波紋管50的長度可得到調節。
通過至少在圓周上以90°的間隔安置四個間隙傳感器38和波紋管50，任何方向上的偏心均可得到處理。
圖16是用于說明本發明的第十四實施例的視圖。圖15中的波紋管50由一個壓電元件39代替，壓電元件39的長度可通過改變施加給其的電壓來控制，從而，可獲得與圖15相同的功能。
圖17和18均示出的是本發明的第十五實施例，在本實施例中，一個刷式接觸密封裝置應用于渦輪發電機上。所提供的所述接觸密封裝置即為密封件安裝座44的機外側和機內側的接觸密封件40和41，其中，所述密封件安裝座44安裝在軸承座4的內周上。所述接觸密封裝置在接觸密封件40和41之間供給密封油17，以將氫氣8密封在機內。
第十五實施例即所述接觸密封裝置的應用可使現有技術的系統的浮動密封件中所產生的過多密封油量的增大或由摩擦力引起的摩擦振動降低。
圖19是用于說明本發明的第十六實施例的視圖。除了設在圖17中所示的尾架3的內周緣上的密封件安裝座44以外，刷式接觸密封件40A和41A如圖15所示地設在回轉電機的內側和外側。其他可能結構的實例自然包括間隙傳感器38A和38B、波紋管50A和50B、間隙傳感器38A和38B和密封墊圈27A和27B。在這種情況下，同樣可獲得與圖15相同的效果。
圖20是回轉電機的軸密封裝置區域的軸向剖視圖，用于說明本發明的第十七實施例。本實施例與圖27中所示的現有技術的不同之處在于，包括一個刷式密封件的密封機構31安裝在密封殼9中的與軸承6相對的側面上，所述密封殼9安裝在現有技術的尾架3上，從而，所述刷式密封件可與所述轉軸的外周面接觸。除了上述以外，其他結構元件與圖27中的相同，并且軸密封裝置(其包括密封殼9和密封圈10)的基本作用完全相同。
在如此構造的圖20的實施例中，安裝在現有技術軸密封裝置的密封殼9的軸承裝置(包括軸承座4、軸承臺5和軸承6)側的刷式密封件31可防止供給至構成現有技術軸密封裝置的密封殼9和轉軸7之間的間隙的密封油17與供給至所述軸承裝置的潤滑油混合。由于每一種油分別在不同的循環系統中循環，因此，不會出現油的混合。因此，潤滑油中的混入空氣決不會通過刷式密封件31和排放到現有技術軸密封裝置內。而且，混入到密封油17中的機內的氫氣8決不會通過刷式密封件31和排放到所述軸承裝置側。因此，機內的氫氣8的純度不會由于密封油17中的混入空氣降低，從而，不必對密封油17進行脫氣處理，因而也不必如現有技術中那樣在潤滑劑供給系統中設置抽真空裝置58。刷式密封件31根據其特性自然不需要潤滑劑。
圖21是用于解釋圖20的一個改型例的視圖，在本改型例中，圖20中所示的刷式密封件31沒有安裝在所述軸密封裝置的密封殼9的側面上，而是安裝在軸承6的與密封殼9相對的側面上。可獲得與圖21和22的情況下相同的作用效果。
下面，將參看圖22、23、24和25描述包括本發明的軸密封裝置的回轉電機的第十八實施例。圖22是根據本發明的第十八實施例的所述回轉電機的所述軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖。本實施例與圖27中所示的現有技術的不同之處在于，刷式密封件安裝在軸承6的與外側拋油器11相對的側面上。除了上述以外，其他結構構件與圖27中的相同，并且軸密封裝置107的基本作用與現有技術完全相同。
在如此構造的第十八實施例中，通過在所述軸承裝置的軸承6的軸端側的側面上設置刷式密封件31，供給至現有技術的軸密封裝置的密封油17和供給至所述軸承裝置的潤滑油決不會與外部空氣接觸。空氣不會混入這些油中，而是僅混入與機內側接觸的冷卻氫氣8中，因此，空氣決不會從這些油排放到機內的氫氣8中。因此，機內的氫氣8的純度決不會降低，并且不需要對密封油17進行脫氣處理，從而，圖30所示的潤滑劑供給系統中不需要具有抽真空裝置58。
圖23示出了一個實例，其中，刷式密封件31設在外側拋油器11中的靠近機內側的側面上，而不是設在軸承6的軸端側的側面上。如圖23所示，通過將刷式密封件31設在機外側的外側拋油器11的側面上，潤滑油也可對軸承6的軸端側的側面進行潤滑，并且軸承裝置的冷卻性能不會降低。
圖24示出了一個實例，其中，刷式密封件31設在外側拋油器11的軸端側上，而不是設在軸承6的軸端側的側面上。在刷式密封件31如圖24所示設在外側拋油器11的軸端側的情況下，刷式密封件31容易安裝，并且也可用于已被設計好的裝置。
圖25示出了一個實例，其中，外側拋油器11用刷式密封件保持器23代替，所述刷式密封件保持器23安裝在軸承座4的位于軸端一側的側面上，并且刷式密封件31設在刷式密封件保持器23上。在刷式密封件31如圖25所示地代替外側拋油器11的結構中，部件數目會較少，因此，可降低成本。
下面，將參看圖26描述包括本發明的軸密封裝置108的回轉電機的第十九實施例。圖26是所述回轉電機的所述軸密封裝置的附近區域的軸向剖視圖。
本實施例與圖27中所示的現有技術的不同之處在于，沒有外側拋油器11設在軸承座4上，取而代之的是具有一個嵌入的刷式密封件31的刷式密封件保持器23安裝在軸承座4上，并且沒有安裝作為現有技術軸密封裝置的密封圈9。其他結構元件與圖27中相同。
在以上述方式構造的第十九實施例中，對軸承6進行潤滑的潤滑油和機內的氫氣8由一個新設在軸端部的刷式密封件31密封起來，從而，不會泄漏到機外，其中刷式密封件31在徑向上相對于轉軸7的間隙基本為零。因此，潤滑油不會與外部空氣接觸，氫氣也不會泄漏到外部。因此，即使在潤滑油借助于循環裝置再次供給到軸承6和流出至機內側的情況下，空氣也決不會從所述潤滑油排放到機內的氫氣8中，從而，機內的氫氣8的純度不會降低。因此，由于不必在圖29所示的潤滑劑供給系統中設置抽真空裝置58來對潤滑劑進行脫氣處理，因而，潤滑油供給系統中不再需要抽真空裝置58，而這一裝置在現有技術的回轉電機的軸密封裝置中已成為必需。
本發明并不局限于上述實施例，而是可以以各種不同的改型例實現。例如，上述刷式密封件21、21A、21B和31可由耐火材料形成。由于由耐火材料形成，即使在氫氣8泄漏和點燃的不太可能出現事件的情況下，密封部也不會被火焰損壞而導致氫氣8的泄漏量增加。因此，可使泄漏量最小化，從而，可提高使用氫氣8作為冷卻氣體的回轉電機的安全性。
工業實用性本發明可應用于連續循環冷卻介質的回轉電機、具有使軸承潤滑劑和密封介質分別單獨循環的潤滑系統的發電機和使用冷卻介質冷卻的回轉電機中的任意一種。
權利要求
1.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架中；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；密封圈裝置，其將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，并且防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及密封機構，其被布置成與所述轉軸的外周面接觸，并且防止所述冷卻介質和所述密封介質，或是所述密封介質和/或所述軸承裝置內的潤滑介質與外部空氣接觸。
2.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內外側中的至少一側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架內側或流到所述框架外側；密封裝置，其被安置成用于在所述框架內在所述軸承裝置與所述框架內側的所述拋油器之間形成密封腔，并且將密封介質供給至所述轉軸的所述外周面側，以防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及密封機構，其被布置成與所述轉軸的外周面接觸，并且防止所述冷卻介質和所述密封腔內的介質，或是所述冷卻介質和所述密封介質，或是所述密封介質和/或所述軸承裝置內的潤滑介質與外部空氣接觸。
3.如權利要求1或2所述的回轉電機，其特征在于，所述密封機構安裝在所述拋油器、所述密封圈裝置、所述軸承裝置之一上。
4.如權利要求1或2所述的回轉電機，其特征在于，所述密封機構代替所述拋油器設置。
5.如權利要求1至4中任一所述的回轉電機，其特征在于，所述密封機構包括與所述轉軸的外表面接觸的刷式密封件和支承著所述刷式密封件的刷式密封件保持器。
6.如權利要求1至4中任一所述的回轉電機，其特征在于，與所述轉軸的外表面接觸的所述密封機構由巴氏合金制成。
7.如權利要求1至4中任一所述的回轉電機，其特征在于，所述密封圈裝置包含刷式密封件，其中密封圈在與所述轉軸的軸向垂直的方向上具有多個分割部，并且在所述刷式密封件中，位于所述框架內側的密封圈與所述轉軸接觸。
8.如權利要求1至7中任一所述的回轉電機，其特征在于，所述密封圈裝置在軸向上由多個密封圈形成，并且所述框架內側的密封圈具有比所述框架外側的密封圈大的軸向長度。
9.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；冷卻介質循環系統，其將冷卻介質供給至所述框架內，以冷卻所述回轉電機本體；刷式密封件保持器，其位于所述框架的內部和/或所述框架的外部，并且包圍著所述轉軸的外周側和形成預定容納空間；刷式密封機構本體，其包括圓環形刷式密封件，其處于所述刷式密封件保持器中，并且被以下述方式容納，即在所述轉軸的軸向上形成多段，每段均與所述轉軸接觸；以及支承部，其用于在所述轉軸相反側中的每側支承著所述刷式密封件，每個所述刷式密封件均沿著所述軸向設有多個徑向分割部，相鄰各段刷式密封件的所述分割部的位置相互錯開，以防止所述框架內的冷卻介質泄漏到所述框架的外部；以及翻倒防止件，其防止所述刷式密封件保持器中的所述刷式密封件由于所述冷卻介質與所述框架外側之間的壓力差而在軸向上翻倒。
10.如權利要求9所述的回轉電機，還包括調節機構，用于調節所述翻倒防止件在徑向上的安裝位置。
11.如權利要求9或10所述的回轉電機，還包括間隔件，其位于所述刷式密封件保持器內并且置于所述刷式密封件之間。
12.如權利要求9至11中任一所述的回轉電機，還包括對正機構，其用于在所述框架內沿著所述轉軸的圓周方向對正所述刷式密封件保持器。
13.如權利要求9至11中任一所述的回轉電機，還包括間隙傳感器，其測量所述刷式密封件保持器與所述刷式密封件之間和所述刷式密封件保持器與所述轉軸之間的間隙，其中，所述對正機構用于自動對正的位移量可通過使用所述間隙傳感器的輸出自動調節。
14.如權利要求9至13中任一所述的回轉電機，其特征在于，在所述轉軸的軸向上的至少兩個位置設置均由所述刷式密封件保持器和所述刷式密封機構本體形成的刷式接觸密封裝置，并且在所述刷式接觸密封裝置之間供給沖洗用油。
15.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架內側或流到所述框架外側；密封圈裝置，其以比所述軸承裝置更靠近機內側的方式安置在所述框架內，并且將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，而且防止所述冷卻介質泄漏到所述框架外側；以及密封機構，其由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，并且防止所述密封介質與所述潤滑介質彼此接觸。
16.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；密封介質循環系統，其使密封介質從所述框架內的所述軸承裝置循環至位于所述回轉電機內側的轉軸外周面側，并且將要被供給所述軸承裝置的潤滑介質與所述密封介質彼此分開；拋油器，其被安置成與位于所述軸承裝置的框架內側和/或外側的轉軸外周面接觸，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；以及密封機構，其由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，并且防止所述密封介質和所述潤滑介質彼此接觸。
17.如權利要求15或16所述的回轉電機，其特征在于，所述密封機構安裝在所述密封圈裝置、所述軸承裝置、所述拋油器之一上。
18.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；密封圈裝置，其以比所述軸承裝置更靠近所述框架內側的方式安置在所述框架內，并且將密封介質供給至所述轉軸的外周面側，而且防止所述冷卻介質泄漏到所述框架的外側；以及密封機構，其位于所述軸承裝置的所述框架內側，并且由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，而且防止所述密封介質與所述軸承裝置中的所述潤滑介質彼此接觸。
19.一種回轉電機，包括軸承裝置，在該軸承裝置中，帶有轉子的轉軸可旋轉地支承在容納著回轉電機本體的框架內；潤滑介質循環系統，其用于使潤滑介質在所述軸承裝置中循環；冷卻介質循環系統，其用于使冷卻介質在所述框架內循環，以冷卻所述回轉電機本體；拋油器，其安置在位于所述軸承裝置框架的內側和/或外側的轉軸外周面上，并且防止供給至所述軸承裝置的潤滑介質流到所述框架的內側或流到所述框架的外側；以及密封機構，其位于所述軸承裝置的所述框架外側，并且由刷式密封件形成以與轉軸外周面接觸，而且防止所述軸承裝置中的所述潤滑介質與所述密封介質彼此接觸。
20.如權利要求1至19中任一所述的回轉電機，其特征在于，所述刷式密封件由耐火材料制成。
全文摘要
公開了一種回轉電機，其可通過循環氫氣(8)冷卻回轉電機本體，在所述回轉電機中，一個刷式密封件(21)被安裝得在指定位置與轉軸(7)的外周面接觸，在這種情況下，就可防止密封油與氫氣(8)接觸，軸承的潤滑油與密封油接觸和氫氣(8)泄漏到所述回轉電機的外部。
文檔編號F16J15/18GK1738986SQ200380108749
公開日2006年2月22日 申請日期2003年11月13日 優先權日2002年11月13日
發明者橋場豐, 三上誠, 林猛, 風尾幸彥, 齊藤育夫, 鹽見英一, 谷山賀浩, 加幡安雄 申請人:株式會社東芝