汽輪機(jī)密封專利概況

郭琦 黃晶華

摘? ?要：密封問題的設(shè)計(jì)研究對(duì)火力發(fā)電的主要設(shè)備汽輪機(jī)等透平機(jī)械的設(shè)計(jì)尤為重要，先進(jìn)的轉(zhuǎn)子和靜子間的密封技術(shù)可顯著提高透平機(jī)械的工作效率和可靠性。文章通過檢索、統(tǒng)計(jì)、分析國內(nèi)外汽輪機(jī)密封專利申請(qǐng)，從中獲得了汽輪機(jī)密封專利申請(qǐng)量的趨勢、主要申請(qǐng)人等。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);密封;專利

1? ? 汽輪機(jī)簡介

汽輪機(jī)由轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分兩個(gè)方面組成，轉(zhuǎn)子和靜子之間的間隙會(huì)導(dǎo)致漏汽，不僅會(huì)降低汽輪機(jī)機(jī)組效率，還會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。為了防止蒸汽泄漏和空氣漏入，需要有密封裝置，通常稱為汽封。汽封根據(jù)安裝位置的不同，分為通流部分汽封、隔板汽封、軸端汽封。其中密封問題的設(shè)計(jì)研究對(duì)火力發(fā)電的主要設(shè)備汽輪機(jī)等透平機(jī)械的設(shè)計(jì)尤為重要。目前汽輪機(jī)應(yīng)用的主要密封裝置包括迷宮密封、阻尼密封和刷式密封。

2? ? 汽輪機(jī)密封專利基礎(chǔ)狀況分析

2.1? 申請(qǐng)量分析

在確定了汽輪機(jī)密封的各技術(shù)領(lǐng)域定義后，在外文數(shù)據(jù)庫（VEN數(shù)據(jù)庫）中選取關(guān)鍵詞和分類號(hào)進(jìn)行檢索，并對(duì)2015年以前該領(lǐng)域的檢索結(jié)果進(jìn)行了分析。各技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量，如圖1所示。

圖1為在VEN數(shù)據(jù)庫對(duì)汽輪機(jī)密封專利的統(tǒng)計(jì)，其更能反映汽輪機(jī)密封技術(shù)的整體發(fā)展?fàn)顟B(tài)，因汽輪機(jī)首先是從國外發(fā)達(dá)工業(yè)國家（如美國、德國）逐漸發(fā)展起來的，由最初的小功率汽輪機(jī)，逐漸發(fā)展到幾百兆瓦等級(jí)，再到現(xiàn)在的1 000 MW以上等級(jí)的汽輪機(jī)，同時(shí)與汽輪機(jī)相關(guān)的密封技術(shù)的發(fā)展也越來越多元化。從申請(qǐng)量來看，圖1反應(yīng)出關(guān)于汽輪機(jī)密封專利的申請(qǐng)總量呈逐年上升趨勢。從圖1可以看出，在20世紀(jì)50年代以前，由于汽輪機(jī)主要為小功率機(jī)組，對(duì)汽輪機(jī)密封要求也不高，因此汽輪機(jī)密封技術(shù)處于技術(shù)的起步初期，為傳統(tǒng)的迷宮式密封技術(shù);在20世紀(jì)60—70年代，隨著世界大戰(zhàn)結(jié)束，各國都在大力恢復(fù)工業(yè)，逐漸開發(fā)出了幾百兆瓦等級(jí)汽輪機(jī)，與此密切相關(guān)的汽輪機(jī)密封技術(shù)也迅猛發(fā)展，但主要還是對(duì)傳統(tǒng)的迷宮密封技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，先進(jìn)的阻尼密封和刷式密封技術(shù)發(fā)展處于萌芽期;在20世紀(jì)80年代以后，隨著汽輪機(jī)等級(jí)進(jìn)一步提高，對(duì)汽輪機(jī)密封技術(shù)要求也越來越高，此時(shí)阻尼密封技術(shù)得到快速發(fā)展，但刷式密封技術(shù)還處于起步階段;在20世紀(jì)90年代，更先進(jìn)的刷式密封技術(shù)得到了迅速發(fā)展;在21世紀(jì)，雖然出現(xiàn)了先進(jìn)多元化的密封技術(shù)，但并沒有忽視對(duì)傳統(tǒng)的迷宮密封技術(shù)的改進(jìn)，相反迷宮密封技術(shù)、阻尼密封技術(shù)和刷式密封技術(shù)呈現(xiàn)齊頭并進(jìn)的趨勢。由于國內(nèi)的汽輪機(jī)技術(shù)主要都是從國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家（如美國、日本）進(jìn)行引進(jìn)后消化吸收，因此國內(nèi)對(duì)傳統(tǒng)的迷宮密封技術(shù)研究比較多，但也逐漸重視對(duì)先進(jìn)的阻尼密封技術(shù)和刷式密封技術(shù)的研究，其相關(guān)的專利申請(qǐng)量也在逐年增加。

從各技術(shù)領(lǐng)域來看，傳統(tǒng)的迷宮式密封技術(shù)申請(qǐng)量比較多，整體走勢上升中趨向平穩(wěn)，說明該技術(shù)處于成熟期或者存在某種不足而發(fā)展緩慢。而阻尼密封技術(shù)在20世紀(jì)80年代、刷式密封技術(shù)在20世紀(jì)90年代快速發(fā)展起來，其申請(qǐng)量也逐漸增加，說明這是汽輪機(jī)密封技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2.2? 重要申請(qǐng)人分析

根據(jù)申請(qǐng)量分析，并結(jié)合前期統(tǒng)計(jì)結(jié)果將上述關(guān)于汽輪機(jī)密封專利申請(qǐng)量較大的申請(qǐng)人總結(jié)如圖2所示。

由圖2可知，在汽輪機(jī)密封領(lǐng)域，通用電氣公司可謂是行業(yè)巨頭，其相關(guān)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)處于全球領(lǐng)軍地位，對(duì)汽輪機(jī)密封技術(shù)的發(fā)展作出了一定的貢獻(xiàn)。其在全球與汽輪機(jī)密封相關(guān)專利申請(qǐng)共801件，其中在中國或進(jìn)入中國的申請(qǐng)共317件。其相關(guān)申請(qǐng)涉及迷宮密封、阻尼密封和刷式密封。而國內(nèi)涉及汽輪機(jī)密封的公司主要在3大汽輪機(jī)公司（哈爾濱汽輪機(jī)廠、東方電氣和上海電氣），這3大汽輪機(jī)公司都有引進(jìn)、消化和吸收國外先進(jìn)汽輪機(jī)組的經(jīng)歷，其有關(guān)汽輪機(jī)密封的申請(qǐng)量旗鼓相當(dāng)?？梢哉f，汽輪機(jī)技術(shù)是由國外引領(lǐng)發(fā)展的，而與之相關(guān)的汽輪機(jī)密封技術(shù)也是國外公司處于領(lǐng)軍位置。在汽輪機(jī)行業(yè)，通用電氣、西門子、三菱和西屋等公司十分注重在中國的專利申請(qǐng)。國內(nèi)的專利申請(qǐng)數(shù)量雖逐年攀升，但是總體質(zhì)量還是與國外公司有一定差距，大多是實(shí)用型申請(qǐng)，而發(fā)明專利數(shù)量較少，這也顯示了我國汽輪機(jī)技術(shù)核心競爭力的薄弱，需要向國外先進(jìn)企業(yè)學(xué)習(xí)的地方還有很多。

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