[发明专利]一种迷宫密封组件加工方法及其卷制模具

说明书

技术领域

本发明涉及迷宫密封环制造技术领域，尤其涉及一种迷宫密封环的卷制模具及加工工艺。

背景技术

迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和各级间的密封，其他的动密封的前置密封。

迷宫密封的密封机理：流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。

摩阻效应

泄漏液体在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量(泄漏量)减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄漏量减小。

流束收缩效应

由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为CcA，此处Cc是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为U,实际流速比U小，令Cd为速度系数，则实际流速U1为：U1＝Cd·U于是，通过孔口的流量Q为：Q＝CcCdA U式中Cc·Cd＝α(流量系数)

迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还与压力比和马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫里，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在0.7左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取α＝1，计算的泄漏量是偏大。

热力学效应

理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为P0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，在间隙最小处的后面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降(热焓值h减小)，气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中的气流所吸收而升高温度，热焓又恢复到接近进入间隙前的值，只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。

透气效应

在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而靠光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。

例如中国专利CN103438021A公开了一种鼓风机迷宫密封结构，其特征在于：包含鼓风机定子(1)、迷宫密封体(2)、鼓风机转子(3)、转子密封梳齿(4)、鼓风机主轴、进气轴承座和出气轴承座，鼓风机转子安装在鼓风机定子内，鼓风机主轴安装在相互匹配的进气轴承座和出气轴承座内的轴承上，在鼓风机定子与鼓风机转子配合处的鼓风机定子上设有沟槽，沟槽内设有迷宫密封体，在鼓风机转子配合处设有转子密封梳齿，转子密封梳齿与迷宫密封体接触匹配，所述转子密封梳齿为环状，断面为梳齿形状，随着鼓风机转子一起转动，转子密封梳齿与迷宫密封体一起构成类似迷宫的密封结构。该技术方案中，如果鼓风机的迷宫密封体是由铝合金或其它金属材料制成，为了保护叶轮和迷宫密封体，转子和迷宫密封体之间的间隙较大，容易造成气体通过转子和定子之间的内部间隙回流，降低鼓风机的效率。