專利名稱：在液壓機的兩個相對運動部件之間的密封的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于密封在液壓機的兩個相對運動部件之間的縫隙的裝置，它有至少一個密封件，該密封件借助至少各一個靜液軸承相對這兩個運動部件支承著，每個靜液軸承包括彼此相對的支承面并且至少一個支承面有至少一個支承件如槽、溝等，可以通過至少一條供應管路給該支承件供應液壓軸承介質。此外，本發明公開了這樣的密封的操作方法和運行方法。
背景技術：
由于在液壓機的葉輪外徑區域內的工作狀態很不利并且在此主要對葉輪直徑達幾米的大型設備來說，目前都無法在葉輪與殼體之間建立起可靠的密封，除了由間隙損耗造成的效率損失外，這也可以導致其它嚴重問題。這主要在于，在葉輪外徑區域內出現非常高的圓周速度，葉輪和殼體受到強烈振動，并且葉輪因為高壓而還經歷了軸向位移。這些工作狀況至今阻礙了建立起幾乎緊密的或在理想狀態下完全不泄漏的密封。目前所用的密封如迷宮密封嚴格地講不是密封，而只是減少間隙水流的裝置。其它的密封如已知的冰環密封又非常復雜且不可靠。
在軸向的葉輪側間隙里，即在內蓋板與殼體之間空間內，由于間隙水流的原因，所以出現有時非常高的壓力，它基本上等于上水壓力并使葉輪軸向位移，結果產生了軸承的高軸向負荷和葉輪的較大的軸向位移。在殼體與內、外蓋板之間產生的兩個葉輪側間隙內產生間隙水流，結果一定量的介質沒有流過葉輪，從而造成效率降低和功率損耗。此外，在兩個葉輪側間隙內產生高速旋轉的水盤，它因為所產生的摩擦而阻礙軸旋轉，因而產生制動作用，這又使效率進一步降低。為此，需要在葉輪與殼體之間設置實際上幾乎完全緊密的密封。
例如，WO 02/23038A1公開了這種密封，它公開了基本上兩類密封，該密封包括特殊浮動安裝在兩個靜液軸承上的密封環。
在第一類密封中，密封環被安裝成可相對殼體和葉輪旋轉并通過從渦輪機通向密封環的柔性管路給靜液軸承供應軸承介質。由于存在上述運行情況，所以該柔性管路通常是薄弱環節，就是說，它必須足夠堅固地構成，并且必須相應縮短維護時間以便通過定期維護來防止由柔性管路磨損而導致的斷裂，這會導致密封失效和相當大的破壞。此外，這種有多個柔性管路的密封環的安裝比較復雜。為此，該密封設計被廠商和使用者所拋棄。
第二類密封涉及以自由旋轉的“浮動”方式相對葉輪和殼體安裝的密封環，它通過在渦輪機殼體內的孔和在密封環自身內的連通孔來接受靜液軸承用的軸承介質。WO 02/23038特別示出了這種密封環的兩個變型方案。
在(根據WO 02/23038的圖3的)第一變型方案中，設置一系列供應管路，這些通入支承面的供應管路的通口與在密封環內的連通孔開口相對。實際上，此環顯示出令人不滿意的功能適用性。因為如果密封環徑向固定支承在殼體上，則難以使密封環徑向升高，即通過供應管路壓入的所有軸承介質通過連通孔被輸向第二軸承并導致在軸向上的嚴重升高。就是說，密封環將摩擦殼體，這導致損害，結果可能出現故障。而在環以一定徑向游隙安裝的情況下，雖然環在運行期間內定心并沿徑向和軸向升高，但它因為缺乏力平衡而無法處于優選位置，它將不穩定并且不太能徑向調節。這是因為如果試圖通過改變體積流量來改變徑向位置，則只會改變軸向位置，因為所改變的體積流量又通過連通孔直接傳給軸向軸承。因此，實際上較少應用這種密封環。
在(根據WO 02/23038的圖4、5的)第二變型方案中，目前設有至少兩排供應管路，它們彼此間隔一定距離，通過它們，彼此無關地將軸承介質輸送給靜液軸承。在這種情況下，只有這兩條供應管路中一條管路的通口與在密封環內的連通孔開口相對。
在該變型方案中，環的優點是，可以盡量單獨驅動和調節徑向和軸向的軸承并能到達一個穩定的運行位置，而缺點是，為了穩定和為了控制這兩個軸承，需要兩排必須彼此獨立地供應和控制的供應管路，即需要至少兩套一方面有相當高的功率的供給泵，其中包括相關的控制機構或附加液壓件如節流閥、過濾器等，所以有效密封的功率增大被所需的泵功率或通過節流損失而部分或甚至完全耗盡了。此外，制造這樣的密封在加工技術方面很費事，因為需要兩倍數量的孔和管路。

發明內容
因而，本發明的目的是消除上述缺點并且提供開頭提及類型的有效可靠密封，該密封需要很少資源并且能簡單實現和工作并有很長的使用壽命。
通過本發明來如此實現該目的，在離第一靜液軸承的第一支承件有一定距離地設有第一靜液軸承的至少另一個第二支承件，第二支承件可以通過液壓流動阻力同所述第一支承件連接，用于該軸承的供應管路只在所述第一支承件的區域內通入該支承面里。
這種密封件減少了供應管路的所需數量，因此，降低了制造成本及所需供給單元和元件的數量。
盡管只設置一個供應管路，但該密封件成功地借助液壓阻力被穩定地調到理想的軸向和徑向軸承間隙，由此產生穩定的運行位置。兩個軸承間隙可通過體積流量來改變并且此時相互間處于基本固定的關系，即密封件只用一條供應管路就完全能在兩個方向上來控制。由于密封件在軸向和徑向上基本被同時均勻地升高，所以能確保密封件不是只在一個方向上被升高，這顯著提高了運行可靠性。
關于本發明密封的運行方法，如此實現該目的，即只在調節出預定軸承間隙后才接通液壓機。結果，在機器高速運轉時，有效防止了摩擦或混合摩擦狀態和密封件的相關磨損、損害或甚至是破壞。因此，顯著延長了密封件的使用壽命。
但在密封投入使用時即在第一次啟用過程里，有利地使密封件可控地進入混合摩擦狀態，從而軸承圖形可以被研磨到靜液軸承的支承面中。因此，補償了密封件或支承面的一定的制造公差并且能改善密封的運行和使用壽命。當然，在研磨出軸承圖形后，密封件被升高至預定的軸承間隙并正常運行。
由于密封件通常用比殼體或葉輪的相關支承面更軟的金屬制成或相反，所以能非常簡單且可控地實現軸承圖形。
如果這兩個靜液軸承依靠液壓連通機構彼此相連，則能非常簡單地制造和運行密封件。因此，足以使唯一的靜液軸承接受軸承介質，由此也自動供給第二靜液軸承。
這樣出現導致密封件在兩個方向上安全升高的非常有利的壓力分布，即與該軸承總寬度相關的第一靜液軸承的支承件的寬度小于與第二靜液軸承的總寬度相關的第二靜液軸承支承件的寬度。對密封件的可靠運行和獲得足夠穩定很有利的是，供應管路通入其中的靜液軸承的兩個支承件之間的距離小于在此基本由密封件的幾何尺寸而定的最大距離。通過遵守該幾何形狀規定條件，可以獲得極為有效的且運行可靠的密封件。
特別簡單的密封件就是呈密封環形式。這樣的環可以非常簡單且有利地制造。
如果密封件浮動支承在靜液軸承上，則由于在液壓機所有工作點上排除了在密封面與密封件之間的固體摩擦，從而顯著延長了密封件的使用壽命。
本發明的密封被有利地用于液壓機且尤其是渦輪機的葉輪和殼體的密封，借助該密封，可以有效密封住葉輪側間隙，并且在適當布置的情況下，如在葉輪外周區域內，除軸承介質以外，沒有裝滿液壓機的工作介質。結果，防止了上述負面效應。
將該密封用于渦輪機且尤其是弗蘭西斯式水輪機或抽水水輪機或泵，這是特別有利的。
支承件可以簡單經濟地成環槽形式，它在外周上或許局部斷開，此外，它可以非常簡單地制造。同樣在設計和制造方面簡單的是孔，它們作為在密封件中的液壓連通機構和在液壓機殼體內的供應管路。
通過在靜液軸承的支承面內布置一個第三支承件或更多個支承件，可以進一步改善密封件和密封本身的性能。附加支承件產生了更寬的壓力分布，這種壓力分布更好地存在并容易通過該壓力分布來調整密封件上的扭矩平衡。
該密封件被有利地設計成中央的支承件比其它支承件寬。通過與該靜液軸承寬度相關地特別選擇多個支承件中的兩個支承件的外邊緣之間的距離，得到了更有利的幾何形狀規定條件，該寬度小于與另一靜液軸承寬度相關的另一靜液軸承的支承件的寬度。在密封件的預定幾何尺寸如密封環的高度和寬度、支承件且尤其是槽、溝等的布置和寬度給定的情況下，也有利的是，第一靜液軸承的第一、第二支承件之間的距離被選擇成小于預定的最大距離。
靜液軸承非常有利地接受軸承介質的不變體積流量。因此，密封件能夠自動起作用并可控地改變外界條件如介質溫度變化和密封件相關長度的改變、殼體或葉輪的振動、制造公差、密封環傾斜等，因為除幾何尺寸外，體積流量主要就是形成壓力分布的原因。因此，密封件自我調節，即自動補償外界干擾。
通過至少一個泵，可以確保靜液軸承的簡單供應。作為泵的可行替換方式，可以采用通常有高靜水壓力的上水；至少一個例如成流量調節閥形式的節流閥應設置在供應管路通口之前，以便能夠預定出基本不變的一定體積流量。
如果依靠密封件的適當幾何形狀來盡量減小由密封環造成的功率損耗，則密封件或密封可以極為有利地低損耗運行。因此，該密封具有最低的功率損耗，結果，由于通過密封防止了間隙水流的形成而能夠顯著提高渦輪機的總效率。
如果在至少其中一個支承面內附加設置至少一個靜液支承件如潤滑腔，則可以一方面顯著提高靜液軸承的軸承作用。就是說，出來傳統的靜液軸承作用外，還增加一個可以在現行速度下構成總軸承作用中的相當大的一部分的靜液軸承作用。
如果供給靜液軸承的體積流量中斷，則應最好關閉液壓機，以防止可能對密封或密封件造成的損害。如果在發生中斷時如依靠風包來確保為靜液軸承緊急供應至少一定時間并最好直至液壓機停止，則提高了運行可靠性。這種緊急供給能避免可能對密封環造成的損害。
在液壓機已經高速運轉后，關閉多個供給源，這能進一步提高效率。此時當然要保證剩余的供給足以使密封件在所有工作狀態下保持浮動狀態，而不出現混合摩擦階段。
當通過改變所輸入的體積流量來補償密封件形狀的自然變化如密封件在介質里的脹起，則可以很簡單地保證基本不變的軸承間隙。


下面，通過表示非限定性的實施例的圖1-圖4來詳細描述本發明，其中圖1是典型的弗蘭西斯式水輪機的橫截面2是在葉輪和帶有本發明密封件的殼體之間的密封區的局部圖，圖3表示密封件的另一特殊實施例，圖4表示密封件的幾何形狀情況。
具體實施例方式
在真正描述之前，以下定義并詳細說明一些術語。
通常，采用術語“支承件”如槽和支承面，在本申請力，它們分別表示環形或圓柱形的結構。此時，支承件或支承面可以有任意的寬度和深度或高度并且在圓周方向上可以是連續的或在一個或幾點上是局部斷開的。當然，支承件可以有任何橫斷面形狀，例如成三角形溝狀，并且不一定成槽狀。
靜液軸承總是由一些彼此相對的支承面組成，其中，在至少一個支承面上設有至少一個支承件如夠槽、溝等。如果在圓周上設置許多支承件，則因為一個支承件如上所述地是局部斷開的，所以也必然提到布置在圓周上的多個靜液軸承。但為了簡單起見，在這種情況下，在本申請中也只永遠提到一個靜液軸承。在本申請中，液壓連通機構或連通孔表示至少一個有至少兩個開口端的空腔，介質可以從一端經任何路徑流過該空腔而達到另一端。
如果提到供應管路則要注意，在圓周方向上可以布置多條這種相同或類似的供應管路，即一連串的供應管路。這當然也適用于連通孔。但為了不使描述變得復雜，通常只提到一條供應管路或一個連通孔，適當時，這自然有時也包括一系列的供應管路或連通孔。
為簡單起見，只結合一臺渦輪機且尤其是弗蘭西斯式水輪機來描述本發明的密封，但該密封自然也可以用在所有其它的有相對運動部件如在機器殼體內運行的葉輪的液壓機如泵、抽水水輪機。
圖1示出一渦輪機1，在此是弗蘭西斯式水輪機，它具有運行在渦輪機殼體12內的葉輪2。葉輪2有多個由內蓋板11和外蓋板10限定的渦輪葉片3。葉輪2借助輪轂蓋9和或許另一個固定機構如螺栓或螺釘并且不能相對軸8轉動地被固定在該軸8的一端上。軸8借助未示出的軸承可旋轉地支承著并且該軸以已知方式驅動如一臺也未示出的發電機以便發電，這發電機最好安置在軸8的另一端上。
在大多數情況下，大多是水的液態介質的從上水如高位蓄水源起流入是通過未示出的但早已為人所知的螺旋殼體中進行的。在螺旋殼體與葉輪2之間存在一個導向裝置4，該導向裝置包括許多導向葉片5，它們此這里依靠一個調整裝置6而能旋轉。可調整的導向葉片5用于通過改變流過渦輪機1的體積流量以及改變葉輪入口渦旋來調節渦輪機1功率。另外，一些支承葉片也通過已知方式布置在螺旋殼體與導向葉片5之間。
如圖1所示，水的排出通過緊接在渦輪機1上的且通向未示出的下水的吸管13來實現。由此產生了從螺旋殼體起經導向裝置4和葉輪2達到吸管13的、由箭頭表示的主水流F。除主水流F以外，在傳統密封14中，還通過在渦輪機殼體12和外蓋板10或內蓋板11之間的葉輪側間隙形成間隙水流。依靠管路7并通過節流閥排出徑向的葉輪側間隙的間隙水并將其排入吸管13。另外，如圖1所示，泄流孔通常設置在內蓋板內，通過泄流孔將徑向的葉輪側間隙連接至主水流F。通過進一步如下所述的本發明密封，阻止間隙水流，因而，可以沒有間隙損失地充分利用流過葉輪2的全部水流及其流動能量。此外，因為在這種密封的情況下在葉輪側間隙內不再形成旋轉的水盤，而是空氣占據著該空間(除軸承用水外)，所以，減小甚至最大程度地減小了在葉輪側間隙內的摩擦。此外，由此顯著減小了作用于軸8和軸承上的軸向推力。
現在，圖2以細節圖表示在渦輪機殼體12與內蓋板11之間的渦輪機1葉輪2的本發明密封的實施例，該密封借助成密封環狀的密封件12來實現。在這里，渦輪機殼體12有一個其上布置有一個徑向支承面24的凸肩。同樣，一個軸向支承面23布置在內蓋板11上。這些支承面23、24可以是隨后如經焊接、螺紋連接等安置于所需位置上的獨立部件，或者，它們當然也可以被機加工到相應的部件里，如在內蓋板11上的平面磨削部分。
此時，取向“軸向”和“徑向”是指靜液軸承的作用方向并且主要用來簡單地區分開這兩個靜液軸承21、22。
在渦輪機殼體12和內蓋板11上的徑向支承面24和軸向支承面23分別對應于一個在密封環20上的徑向支承面24和軸向支承面23，它們分別在軸向和徑向上形成靜液軸承21、22的一部分。
在根據圖2的實施例中，通過渦輪機殼體12并借助供應管路28將軸承介質如水供應給徑向的靜液軸承22。在此，供應管路28由孔構成，它們通過其它管路間接或直接與未示出的供應源如泵和/或水源連接，或許借助輔助機構如過濾器、旋流器等。當然，在圓周上可以分布多個供應管路28，在此擬定了對充分供應有利的布置形式如三個供應管路28分別錯開120°角。當然，任何其它布置形式也是可行的。
徑向軸承22有兩個槽形的支承件25、26，一個槽25在供應管路28的開口區域內布置在密封環20內，第二槽26與第一槽25間隔開地也布置在密封環20內。第二槽26通過一個或多個連通孔29被接在一個布置于密封環20內的且屬于軸向軸承21的槽27。徑向軸承22的這兩個槽25、26這樣布置，即供應管路28在密封環20的任何工作位置上既不完全通入第二槽26里，也不部分通入第二槽里。
此時尤其要注意，支承件即槽25、26和27也能同樣布置在渦輪機殼體12或葉輪2的軸向或徑向支承面23、24內，如在這里是布置在內蓋板11內。也可以將軸承件設置在密封件和渦輪機殼體12內或在葉輪2的任何位置上。
因此，由唯一的供應管路28或一系列供應管路28給靜液軸承21、22供應軸承介質。在這里，軸承介質被輸入徑向軸承22并通過連通孔29流入軸向軸承21。為確保軸向軸承21的充分供給，在密封環20的圓周上設置多個連通孔29，如根據圓周長度每3厘米-8厘米設置一個孔。軸向軸承21的槽27也可以同樣地設計，因而在密封環20的外徑區和內徑區內各設有一個較窄的槽，該較窄的槽分別通過一個連通孔29與徑向軸承21連接接受供應。
當然，供應管路28也能在軸向軸承21內有通口，槽25、26和27的布局也能在密封環的對角線上相應地成鏡像。
為了能夠描述密封環20的功能，在圖2中還示出了在軸向和徑向軸承21、22里出現的壓力分布。軸承介質如上所述地以不變的體積流量Q通過供應管路28被輸入軸向軸承21。軸承介質的體積流量Q在徑向軸承22內被分成兩股。一股向下流動并最終以壓力p0通入軸向葉輪側間隙。體積流量Q中的較大一股向上流動到第二槽26并通過連通孔29流入徑向軸承21且部分以在葉輪入口處的壓力p1通入軸承空間31。
體積流量Q造成所示的壓力分布，其最大壓力p3在供應管路28通入其中的槽25內，它使密封環20徑向升高。在這方面，徑向升高當然意味著密封環20變寬，這種變寬受到上水壓力p1的抑制并且根據彈性原理也受到回復彈力的抑制。因此，最大壓力p3必須高到足以使密封環20變寬到預期的軸承間隙如通常為50μm-100μm。在第二槽26內，由于幾何形狀的原因，形成了同時也通過連通孔29作用于軸向軸承21的較低壓力p2。壓力p2必須高到足以使密封環20軸向升高的程度，這可以如此實現，即很不對稱地且非常靠近地不止徑向軸承22的兩個槽25、26，如圖2所示。
如果槽25、26離得太遠，則槽25、26之間的壓降變得太高并不會達到所需的升高壓力p2。即，用于圖2例子的壓力p2由密封環20的軸向軸承的幾何形狀即主要由相應的軸承22的槽的寬度和位置、密封環20的外尺寸和或許有的凹槽30來限定。如果要進一步增大體積流量Q，則壓力p2仍然基本保持不變，而密封環20只會進一步軸向升高。
通過將基礎的液壓原理用于密封環20的任何幾何形狀和槽25、26、27的預期布置，可以得到在兩個槽25、26之間的最大距離fmax，它只取決于幾何形狀并且必須遵守該距離，以使密封環20在兩個方向上升高。最大距離fmax的確定對本領域技術人員而言是一項標準任務。圖4(在此涉及圖2的幾何形狀)表示這樣確定的最大距離fmax的曲線。在這個例子中，密封環20的外尺寸和軸向靜液軸承21的幾何尺寸及徑向靜液軸承22的幾何尺寸保持不變，只改變密封環20頂邊距第二槽26的距離d，結果以曲線方式示于圖4中。在這里，圖中所用參量涉及徑向軸承21的寬度Br并因此變成無量綱。圖4所示的點此時表示根據圖2的幾何形狀的距離f。可以清楚看到，密封環處于穩定范圍內。
當然，如果其它幾何參數變了，則當然可以獲得其它形式的曲線或面積，例如在兩個參數有變化時。當然，也可以為密封環20的其它構造規定同樣的關系，如圖3所示。
就是說，密封環20實際上無摩擦地浮動支承在兩個滑動薄膜上。在工作中，密封環20因為自由支承而以約為葉輪2圓周速度一半的速度同步旋轉。這樣出現了動態穩定性增強，因為極限圓周速度或振動極限由此降低。此外，摩擦損耗也由此變小。
由于靜液軸承的高穩定性，密封環20能夠補償葉輪2和/或渦輪機殼體12的振動及葉輪2的軸向位移，而不損失密封效果且不會接觸葉輪2和/或渦輪機殼體12。結果，密封環20實際上未磨損，由此一來，密封環20的使用壽命非常長。由于密封環20可以被制成非常細而幾乎沒有重量的環，所以，進一步增強了這種作用。
與渦輪機1尺寸相比，密封環20可被構造成非常小，如果外徑有幾米，則幾厘米如5cm或8cm的邊緣長度就夠了，并且它可以由任何材料如鋼、軸承青銅、塑料(如PE)制成。此外，支承面23、24也可以覆有適當的層如特氟隆、軸承青銅等，以進一步加強密封性。通常，密封環20由比液壓機殼體12或葉輪2軟的金屬制成。這樣，它一方面通常較輕，另一方面，在極端的情況下，密封環20而不是葉輪2或殼體12受損甚至毀壞。
由于密封環20能被構造成橫斷面非常小，但能作用非常高的壓力，所以存在著密封環20卷起的危險。為了能彌補出現的卷起，密封環20應被構造成無力矩，即密封環20在工作中應沒有合成運動。如可以簡單設計的那樣，這能通過這樣設計密封環20來完成，即在密封環20側的當時壓力分布上水壓力p1和出現在靜液軸承21、22內的壓力分布的合力位于一條作用線上。為了實現上述情況，除密封環20的整體形狀外，還可以使用如槽25、26、27的尺寸、軸承間隙寬度、外部尺寸等，在其它情況下也包括凹槽30。
當然，密封環20可以具有任何所需的橫斷面，如L形橫斷面，從制造觀點出發，優選方形或矩形橫斷面。
圖3表示本發明密封環20的另一例子。密封環20在徑向軸承22內有三個槽25、26，在中央槽25的區域內，供應管路28如圖2所示地有通口，通過該供應管路28來供應軸承介質的體積流量Q。這兩個布置在中央槽25兩側的槽26分別通過連通孔29連接至軸向靜液軸承23的兩個槽27上。在這個例子里，設有兩個槽27，這展示出與連續的槽27相同的作用，如圖2所示。即，在左槽外徑與右槽27內徑之間的距離可被視為軸向的靜液軸承23的槽寬度。
在此，徑向軸承22的兩個外槽26里的每一個通過一系列的連通孔29與軸向軸承23的每個槽27連接，連通孔布置在密封環20的一橫斷面內。但可以想到斷開連接并將它們布置在密封環的不同橫斷面內。例如，在一個橫斷面內，上面的槽26被接在右槽27上，在下個橫斷面內，下槽26被接在左槽27上，在再下個橫斷面內，可以又布置一系列連通孔29，如圖3所示。此時，如果必要，當然任何一種組合形式都是可行的。
如果考慮此密封環20的壓力分布，則可以看到，與根據圖2的實施例相比，在軸向靜液軸承21內的壓力分布在幾何形狀狀況范圍里基本保持不變，而在徑向靜液軸承22內的壓力分布變化相當大。由第三槽26引起的壓力分布變寬并有較低的壓力峰值，就是說，密封環20可以以較低的供給壓力工作。
當然，可以基本上隨意不止徑向靜液軸承的這三個槽25、26。例如，兩個外槽26一樣寬并且對稱布置在中央槽25的周圍或相對密封環20本身來布置。另一方面，三個槽25、26的布置也能完全不對稱地完成。
也可以想到設置多于三個的槽，結果，在某些情況下能獲得更平的壓力分布。
在圖2、3所示實施例中，供應管路28一直通向徑向靜液軸承22并經連通孔29供給軸向靜液軸承21。必要時，當然也可以完全相反地設計這種布置。
另外，目前一直假定支承面23、24是平的。但當然也可以想到支承面23、24是不平的，例如被磨削成呈凹面或呈階梯面，在這里，本發明密封的基本原理沒變。在支承面23、24不平的情況下，只是壓力分布會略微改變，但這對本領域技術人員來說可以清楚看到。
密封環20的工作造成一定的功率損失，例如由于一臺或多臺供應泵的所需功率，由于在軸承間隙內的液壓摩擦，由于下水損耗，就是說，不能經過葉輪2的軸承介質應盡量少。功率損失的一部分當然可以通過使軸承介質的一部分流入主水流F并在葉輪2中轉換成能量來重新獲得。但仍然希望盡量減小密封環20的功率損耗。為此，調整密封環20的幾何形狀即槽25、26、27和支承面23、24的寬度、高度、位置和尺寸、供應管路28和連通孔29的尺寸和位置等，以使所產生的功率損失最小。例如，這可以通過借助密封環的數學物理模型的數學計算如數值計算來完成，其中解決了一個相應表述的優化問題。使用常規的計算機和適當的軟件，可以解決優化問題。當然，在計算中也可包括液壓機的幾何形狀和/或運行特征如計算點、功率和壓力等。
為加強軸承作用和穩定性，支承面23、24中的一個或多個也可以具有早已公開的流體動力學的潤滑腔。
原則上，許多供應管路28可以一起通向一個大的收集管路，由一個軸承介質源如泵給收集管路供應軸承介質。當然，可以隨意根據需要來選擇軸承介質源和收集管路的數量。
有一個密封環20的本發明密封當然可以設置在任何適當位置上，而不局限于根據圖2、3的實施例。例如，密封環20也可設置在葉輪2或內蓋板11的端面與渦輪機殼體12之間。同樣可以想到將密封設置在外蓋板10與渦輪機殼體12之間的適當位置上。
另外，圖2、3中的槽25、26、27和連通孔29和供應管路28的布置形式只是例子。就是說，在本發明范圍內可以根據需要來選擇布置形式。例如通過連通孔29接在另一靜液軸承21的槽27上的槽26也可以同樣布置在凹槽30附近，即在圖2里在槽25的下方。整個布局也可以在密封環的對角線上成鏡像。當然，本申請包括所有可能的及可想到的變型方案。
上述密封是非常緊密的密封。流入的總水流過葉輪并且可以被轉變成旋轉能量。此時，間隙水流損耗只被減小到所出現的軸承介質，即損耗非常少，并能通過將間隙水流引入主水流F來部分重新獲得。
在所有工作階段內，應盡量避免密封環20與支承面23、24接觸或避免在靜液軸承21、22內出現混合摩擦狀態，因為這可能非常容易損害甚至毀壞密封環20。因此，當起動渦輪機1時，密封環20應已被升高，即應已達到預期的軸承間隙。這可以通過先啟動靜液軸承21、22的供給并隨后啟動渦輪機1來簡單實現。
如果發生靜液軸承21、22供給失效的情況，則例如可以采取緊急供給措施，如使用風包，以避免損壞液壓機的密封環20，否則，將需要復雜的維護工作。
但在密封環20的第一次啟動時，可能需要在靜液軸承21、22內建立可控的混合摩擦狀態，以便支承面23、24中磨削出軸承圖形，借此能彌補一定的制造公差。由于軸承間隙位于幾百μm范圍內或更低，此時當然要適當加以注意。
為簡單起見，在以上描述中作為軸承介質描述了水。當然，主要對泵來說，軸承介質當然也可以是任何其它的適用介質如油。
為清楚起見，在整篇申請中，槽、溝等一直被描述成支承件。但完全能想到不這樣明確地限定一個或多個支承件。即使在無槽光滑面之間，任何間隙流當然有一定的流動阻力，所以靜液軸承甚至沒有明顯的支承件而只以平面來工作。此外，表面粗糙度還進一步影響了流動阻力；例如，支承面23、24可以被不同地磨削以形成“支承件”。
權利要求
1.一種用于密封液壓機的兩個相對運動部件之間縫隙的裝置，該裝置有至少一個密封件，所述密封件借助至少各一個靜液軸承相對這兩個運動部件支承，每個靜液軸承包括彼此相對的支承面并且至少一個支承面有至少一個支承件如槽、溝等，可以通過至少一條供應管路給所述支承件供應液壓軸承介質，其特征在于，在離第一靜液軸承的第一支承件有一定距離地設有第一靜液軸承的至少另一個第二支承件，第二支承件可以通過液壓流動阻力同所述第一支承件連接，用于該軸承的供應管路只在所述第一支承件的區域內通入該支承面里。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，第一靜液軸承的第二支承件依靠液壓連接同第二靜液軸承的支承面的一個支承件連接。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，第一靜液軸承的第一支承件沒有直接與第二靜液軸承液壓連接。
4.如權利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于，第一靜液軸承的第二支承件沒有直接配屬有一條供應管路的通口。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，與第一靜液軸承寬度相關的第一靜液軸承的第二支承件的寬度小于與第二靜液軸承寬度相關的第二靜液軸承的該支承件的寬度。
6.如權利要求1-5之一所述的裝置，其特征在于，該密封件成密封環形式。
7.如權利要求1-6之一所述的裝置，其特征在于，該密封件浮動支承安置在這些靜液軸承上。
8.如權利要求1-7之一所述的裝置，其特征在于，所述液壓機的活動部件是該液壓機且尤其是渦輪機的葉輪或殼體。
9.如權利要求1-8之一所述的裝置，其特征在于，該液壓機是渦輪機，尤其是弗蘭西斯式水輪機或抽水水輪機。
10.如權利要求1-9之一所述的裝置，其特征在于，該液壓機是泵。
11.如權利要求1-10之一所述的裝置，其特征在于，該支承件被構造成在周面上或許局部斷開環槽的形狀。
12.如權利要求2-11之一所述的裝置，其特征在于，在該密封件內的液壓連接至少在局部被構造成孔的形式。
13.如權利要求1-12之一所述的裝置，其特征在于，該供應管路至少部分被構造成在液壓機殼體內的孔的形式。
14.如權利要求1-13之一所述的裝置，其特征在于，在該密封件的幾何尺寸如密封環的高度和寬度以及該支承件且尤其是槽、溝等的布置和寬度預定的情況下，第一靜液軸承的第一與第二支承件之間的距離小于預定的最大距離。
15.如權利要求1-14之一所述的裝置，其特征在于，三個或更多彼此間隔的支承件設置在第一靜液軸承的支承面內，所述至少一個供應管路通入中央的支承件，并且第一靜液軸承的其余的支承件中的至少兩個通過至少各一個液壓連通機構與第二靜液軸承的至少一個支承件相連。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，該中央的支承件被設計成比第一靜液軸承的其余支承件寬。
17.如權利要求15或16所述的裝置，其特征在于，第一靜液軸承有多個支承件如三個支承件，第二靜液軸承有一個支承件，與該靜液軸承寬度相關的支承件中的兩個靠外支承件的外邊緣之間的距離小于與第二靜液軸承寬度相關的第二靜液軸承的支承件的寬度。
18.如權利要求1-17之一所述的裝置，其特征在于，這些靜液軸承可以通過該供應管路接受軸承介質的基本不變的體積流量。
19.如權利要求1-18之一所述的裝置，其特征在于，所述供應管路或一系列供應管路與至少一個泵相連。
20.如權利要求1-19之一所述的裝置，其特征在于，所述供應管路或一系列供應管路與一個具有密封的液壓機的上水連接。
21.如權利要求19或20所述的裝置，其特征在于，至少一個節流閥設置在該供應管路或系列供應管路通入該靜液軸承的通口之前。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述節流閥成流量調節閥的形式。
23.如權利要求1-22之一所述的裝置，其特征在于，該密封件的幾何形狀如支承件和支承面的寬度、高度、位置和尺寸、供應管路和液壓連通機構的尺寸等可以這樣預定，即該密封的功率損耗基本上為最小值。
24.如權利要求1-23之一所述的裝置，其特征在于，至少一個流體動力學支承件且最好是一個潤滑腔設置在至少其中一個支承面內。
25.一種操作用于液壓機的兩個相對運動部件之間縫隙的密封的方法，該密封有至少一個密封件，該密封件依靠至少各一個靜液軸承相對這兩個運動部件支承，其特征在于，在接通液壓機之前，一個供給源給至少一個第一靜液軸承供應軸承介質的體積流量且最好是基本不變的體積流量，其中，與所述靜液軸承的密封面相關地，該密封件被升高并且基本穩定地出現預定的軸承間隙，然后接通該液壓機。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，如果供給靜液軸承的體積流量中斷，則關閉該液壓機。
27.如權利要求25或26所述的方法，其特征在于，如果液壓軸承的供給中斷，則一個緊急供給源如風包池或緊急供應容器供應該靜液軸承至少達一段時間。
28.如權利要求25-27之一所述的方法，其特征在于，在該液壓機已經高速運轉后，例如通過關閉多個供給源使該體積流量基本上減小到最小值。
29.如權利要求25-28之一所述的方法，其特征在于，通過改變所輸入的體積流量來補償例如由溫度影響、離心力作用、在介質中的密封件脹起等造成的密封件幾何形狀的自然變化，從而軸承間隙基本上保持不變
30.一種運行用于液壓機的兩個相對運動部件之間縫隙的密封的方法，該密封有至少一個密封件，該密封件依靠至少各一個靜液軸承相對這兩個運動部件支承，其特征在于，在接通液壓機之前，給至少一個靜液軸承輸入基本不變的體積流量，從而該密封件相對所述靜液軸承的密封面升高并且出現預定的軸承間隙，然后接通所述液壓機，該體積流量可控制地減小到該密封件的支承面和該液壓機上的相關支承面轉到一個摩擦狀態且最好是混合摩擦狀態并且開始摩擦，從而將一個軸承圖形研磨到該支承面里。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，在軸承圖形研磨之后和/或之中，增大該體積流量，從而基本調節出用于運行的預定軸承間隙。
32.一種設計用于液壓機的兩個相對運動部件之間縫隙的密封的方法，該密封有至少一個密封件，該密封件依靠至少各一個靜液軸承相對這兩個運動部件支承著，其特征在于，設定該密封的功率損耗，并且該密封的幾何形狀如密封件的支承面和支承件的寬度、高度、位置和尺寸、該供應管路和液壓連通機構的尺寸等結合該密封的數學物理模型來計算，在計算時要考慮液壓機的預定的功率損耗和/或幾何形狀和/或運行特性。
33.如權利要求32所述的方法，其特征在于，與能耗相關地優化幾何形狀，就是說，該密封的功率損耗基本最低。
34.如權利要求32或33所述的方法，其特征在于，在計算機中完成該計算。
全文摘要
本發明涉及一種布置在液壓機的相對運動部件如葉輪與殼體之間的密封，所述部件幾乎是密封的，但結構仍然很簡單，其特征是，一個密封件支承在兩個靜液軸承上。
文檔編號F16J15/34GK1625651SQ03803128
公開日2005年6月8日 申請日期2003年7月2日 優先權日2002年7月31日
發明者菲利普·吉特勒 申請人:菲利普·吉特勒