CN105666054B - 一种迷宫密封组件加工方法及其卷制模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种迷宫密封组件加工方法及卷制模具，密封组件加工方法包括密封环制作和密封体的加工，包括以下步骤：步骤一、密封环生产备料；步骤二、将生产材料通过迷宫密封环的卷制模具进行卷制；步骤三、密封环胚料镶嵌；步骤四、密封体车加工。还提供一种迷宫密封组件加工方法中使用的卷制模具，包括轮盘、手柄和转盘，轮盘和转盘分别与手柄活动链接，其中，轮盘与转盘之间的距离为2.5mm。本发明中迷宫密封环的卷制模具及加工方法，减小了镶嵌难度和加工难度，将密封环胚料镶嵌在密封体中进行整体车加工，减少了镶嵌难度，相对刚性大，加工较方便；解决了现有技术中，薄壁圆环相对较难加工，加工后再镶嵌进去也是一个问题的现状。

Description

一种迷宫密封组件加工方法及其卷制模具

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。

又例如中国专利CN102135024A公开了一种用于涡轮机的密封组件，所述涡轮机包括固定壳体(18)和围绕轴线(22)旋转的转子(20)，所述密封组件包括：联接到所述固定壳体(18)的内表面上并定位在径向平面中的至少一个弧形板(44)；设置在所述转子(20)与所述板(44)的中间的周向分段式的密封环(46)，其中所述密封环(46)定位成在径向方向(42)上沿着所述板(44)移动；设置在所述密封环(46)与所述转子(20)的中间的多个弧形齿(54)，其中每个齿的间隙从所述涡轮机的上游侧(34)到所述涡轮机的下游侧(36)逐渐减小，其中所述齿的间隙的所述逐渐减小形成由跨越所述密封组件的压差所产生的流体静力上的负反馈，使得随着末梢间隙减小，向外的径向力使得所述密封环(46)远离所述转子(20)移动，并且随着所述末梢间隙增大，向内的径向力使得所述密封环(46)朝所述转子(20)移动；以及设置在所述弧形板(44)与所述密封环(46)的中间并且联接到二者上的偏压部件(48)。该方案解决了现有技术中存在较大的转子瞬变现象，也维持了小的间隙，从而引起更少的泄漏和更高的效率。这是由于当间隙小时负反馈在密封环上引起径向向外的力，而当间隙大时引起径向向内的力。但是如何有效的加工得到解决了存在较大的转子瞬变现象，维持了小的间隙，从而引起更少的泄漏和更高的效率的密封环，是本领域的研究人员的难题。

现有技术中，迷宫密封环(一般为2mm厚铝板)，采用的常规工艺方法为：下整体圆环料，整体加工后沿中分面线切割剖分，然后与密封体进行组装。但是这样的工艺方法容易存在的技术缺点如下：

(1)密封环整体下料为圆环形，制作材料利用率低。

(2)密封环为2mm厚薄铝板，此类薄壁圆环加工难度大。

(3)线切割时中分面对中性有误差，安装时密封环中分面处有高低不平现象且镶嵌难度大。

发明内容

为克服现有技术中存在的镶嵌式迷宫密封环，密封环整体下料为圆环形，制作材料利用率低，薄壁圆环加工难度大、线切割时中分面对中性有误差，安装时密封环中分面处有高低不平现象且镶嵌难度大问题，本发明提供了一种迷宫密封组件加工方法及卷制模具。

本发明采用的技术方案为：一种迷宫密封组件加工方法，其创新点在于：所述密封组件加工方法包括密封环制作和密封体的加工，包括以下步骤：

步骤一、密封环生产备料；

步骤二、将生产材料通过迷宫密封环的卷制模具进行卷制；

步骤三、密封环胚料镶嵌；

步骤四、密封体车加工。

在此基础上，所述步骤一进一步包括：利用厚度为2mm的铝板或不锈钢板条状材料为制作密封环的材料。

在此基础上，所述步骤二进一步包括：通过迷宫密封环的卷制模具将生产材料加工为半环形。

在此基础上，所述步骤三进一步包括：所述密封环胚料与密封体的连接，连接后将密封环胚料的铣加工。

在此基础上，所述步骤四进一步包括：密封环胚料的位置调整和密封体的组合。

在此基础上，所述密封环胚料与密封体通过粘黏连接。

在此基础上，所述铣加工为对中分面高出圆柱密封体部分的密封环进行铣加工。

在此基础上，密封环胚料的两端面与密封体中分面平齐，密封环胚料和密封体同轴车加工。

本发明的另一个目的是提供一种迷宫密封组件加工方法中使用的卷制模具，其创新点在于：所述迷宫密封环卷制模具包括轮盘、手柄和转盘，所述轮盘和转盘分别与手柄活动链接。

在此基础上，所述轮盘与转盘之间的距离为2.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中迷宫密封环的卷制模具及加工方法，减小了镶嵌难度和加工难度，将密封环胚料镶嵌在密封体中进行整体车加工，减少了镶嵌难度，相对刚性大，加工较方便；解决了现有技术中，薄壁圆环相对较难加工，加工后再镶嵌进去也是一个问题的现状。

(2)本发明中迷宫密封环的卷制模具及加工方法中，原材料采用直条状材料，提高了材料利用率，节约了生产成本，经过准确计算和生产实践可知，现有技术采用的圆形料原材料耗料是直条料原材料的近4倍。

(3)本发明中迷宫密封环的卷制模具及加工方法中，采用特定的迷宫密封环的卷制模具，卷制模具简单方便，结构不复杂便于操作，加工成本低，且非常适用于直条状物料的卷制成形，提高了产品质量，卷制的密封环不仅保证了密封环与密封体的同轴度，提高外观质量，还有利于消除中分面错边、齿形不匀称等现象。

附图说明

图1是本发明中迷宫密封环的卷制模具主视图；

图2是本发明迷宫密封环加工流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施方式披露了一种迷宫密封组件加工方法，如图2所示，密封组件加工方法包括密封环制作和密封体的加工，包括以下步骤：

步骤一、密封环生产备料；

步骤二、将生产材料通过迷宫密封环的卷制模具进行卷制；

步骤三、密封环胚料镶嵌；

步骤四、密封体车加工。

作为优选的，本实施方式的密封环生产原料主要利用直条状材料，作为本发明的一个发明点，优选的，直条状材料的材质可以选择为铝板或不锈钢板条，但不作为限定，由于直条状的厚度要求和后面卷制工序的难易度以及卷制效果有关，直条状的厚度要求为1～4mm，作为本实施方式的最优选原材料，可以选择厚度为2mm的铝板或不锈钢板条状材料为制作密封环的材料，也可以优选选择厚度为2.5mm，3mm的厚度。因此，上述加工步骤可以概括为：

(1)密封环生产备料；

(2)加工密封环：首先进行下料，将2mm厚的薄铝板切割成直条状密封条；再将直条状密封条弯曲卷制成半环形密封环；

(3)加工密封体：将步骤(2)中的半环形密封环镶嵌；

(4)最后进行密封体整体车加工。

由于原材料采用直条状材料，提高了材料利用率，节约了生产成本，现以外径φ370、内孔φ330密封环为例，圆环形下料面积113411mm2，而直条下料面积28990mm2，经过准确计算和生产实践可知，现有技术采用的圆形料原材料耗料量是直条料原材料的近4倍，因此该发明点解决了现有技术中密封环整体下料为圆环形导致的制作材料利用率低的问题。

另一个关于如何选择直条状的长度合适范围，也是需要确定的，选择时，应考虑材料的卷制回弹量，将上述直条状密封条的长度选择需大于卷制完成后半环形密封环圆弧的0.4～0.6个弧长为准，如果直条状密封条的长度过长，导致原材料的浪费，增加了无谓的生产成本，如果直条状密封条的长度过短，导致无法完成半环形密封环的卷制，造成加工失误，作为最优选的，将直条状密封条的长度大于半环形密封环圆弧的半个弧长。

由于本发明采用的原料是直条状的，需要制作成半圆环状的迷宫密封环结构，即需要在选定原材料之后，进行下一步的卷制操作，以及需要制造在该卷制操作中使用的特定的卷制模具。具体的，上述步骤二进一步包括：通过迷宫密封环的卷制模具将生产材料加工为半圆环形。

通过卷制模具制作成半圆环状密封环胚料后，需要将密封环胚料与密封体连接，连接后将密封环胚料的铣加工。所谓将密封环胚料与密封体连接，即就是将半环形密封环胚料镶嵌入圆柱密封体内，密封环胚料与密封体固定连接，该固定连接方式可以采用固定粘合的方式，也可以采用其他固定方式并不局限，但是必须要保证使其在车加工时不至于相对位置变动。

上述步骤四进一步包括：密封环胚料的位置调整和密封体的组合。例如，将密封环胚料的两端面与密封体中分面平齐，如出现对中分面高出圆柱密封体部分的密封环，则采用铣加工为对中分面高出圆柱密封体部分的密封环进行铣加工，保证密封环胚料的两端面与密封体中分面平齐，消除了中分面错边、齿形不匀称现象，方便后期密封环胚料和密封体同轴车加工。在密封环胚料和密封体组合进行整体车加工时，可以先用刀背面或小圆柱体将半圆环状密封环胚料扶正，以进一步保证加工的倒角匀称美观。

本发明的另一个具体实施方式，参考图1，披露了一种上述迷宫密封组件加工方法中使用的卷制模具，该迷宫密封环卷制模具包括轮盘1、手柄2和转盘3，轮盘1和转盘3分别与手柄活动链接，轮盘1和转盘3之间留有一定的距离T，该距离范围在2～3mm内均可，需要保证密封环胚料的顺序卷制。本实施例中，轮盘1和转盘3均为标准的圆环结构，该圆环为几何学中通常所说的环形，圆环定义为一个大圆盘挖去一个小同心圆盘剩下的部分，参考图1，轮盘1的圆心固定在手柄的一端，定义轮盘1圆环的大圆的半径为d1，小圆的半径为d2，定义转盘3的圆环大圆半径为D1，小圆的半径为D2，需要注意的是，d1需要大于D1，d2需要大于D2，至于d1比D1、d2比D2大多少，可以根据实际情况进行调整，本实施例就不进行一一列举。作为优选的，所述轮盘1与转盘3之间的距离为2.5mm，试验证明，卷制效果最好，卷制速度最快。本实施方式中，作为优选的，D1设定为100mm，D2设定为85mm。另外的，对于轮盘1、手柄2和转盘3的制作原料、制作方法均无限制。

例如，参考将上面实施方式将2mm厚的薄铝板切割成直条状密封条10后，将直条状铝板密封条放在轮盘1和转盘3之间留有的距离T中，通过轮盘1和转盘3相互转动进行碾压卷制，作为优选的，距离T为2.5mm，比2mm厚的薄铝板直条状密封条10宽裕0.5mm的厚度设置，正好适合薄铝板的厚度需求，因此，卷制速度快，卷制效果好。

上述实施方式，通过改进加工方法和通过特定的卷制模具，减小了镶嵌难度和加工难度，将密封环胚料镶嵌在密封体中进行整体车加工，减少了镶嵌难度，相对刚性大，加工较方便。改善了现有技术中，密封环整体下料为圆环形，制作材料利用率低，薄壁圆环加工难度大、线切割时中分面对中性有误差，安装时密封环中分面处有高低不平现象且镶嵌难度大的问题。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种迷宫密封组件加工方法，其特征在于：所述密封组件加工方法包括密封环制作和密封体的加工，包括以下步骤：

步骤一、密封环生产备料,将一定厚度制作密封环的铝或不锈钢的直条状材料加工为指定的长度和宽度；

步骤二、通过迷宫密封环的卷制模具将加工为指定长度和宽度的铝或不锈钢的直条状材料卷制成半环形密封环胚料；

步骤三、将半环形密封环胚料采用固定方式镶嵌入圆柱密封体的内表面形成密封体胚料，然后采用铣加工对半环形密封环胚料的两端面高出圆柱密封体对中分面部分进行加工；

步骤四、密封体胚料车加工。

2.根据权利要求1所述的迷宫密封组件加工方法，其特征在于：所述步骤一进一步包括：制作密封环的铝或不锈钢的直条状材料的厚度为1～4mm。

3.根据权利要求2所述的迷宫密封组件加工方法，其特征在于：所述步骤一直条状材料指定的长度需为步骤二卷制后半环形密封环胚料圆弧的1.4～1.6倍。

4.根据权利要求1所述的迷宫密封组件加工方法，其特征在于：所述步骤四进一步包括：半环形密封环胚料的位置调整。

5.根据权利要求1所述的迷宫密封组件加工方法，其特征在于：所述半环形密封环胚料与密封体通过粘黏连接。

6.根据权利要求5所述的迷宫密封组件加工方法，其特征在于：密封环胚料的两端面与密封体中分面平齐，密封环胚料和密封体同轴车加工。

7.一种权利要求1所述迷宫密封组件加工方法中使用的卷制模具，其特征在于：所述迷宫密封环卷制模具包括轮盘(1)、手柄(2)和转盘(3)，所述轮盘(1)和转盘(3)分别与手柄(2)活动链接，轮盘(1)的直径大于转盘(3)的直径。

8.根据权利要求7所述的卷制模具，其特征在于：所述轮盘(1)与转盘(3)之间的距离为2.5mm。