蜂窝密封专利技术综述

摘要：蜂窝密封是非接触式动态密封，是针对高温及高压差工况开发的先进密封技术，是当前先进密封技术的前沿性研究方向。目前，蜂窝密封已广泛应用于航天飞机、大功率火箭军用及民用飞机和多种舰船的发动机，以及电力、石化行业的汽轮机、压缩机之中，在减小泄漏量，提高效率以及消除转子低频振动等方面，发挥了重要的作用。本文以蜂窝密封专利技术为研究主题，通过制定检索策略在专利库进行相关现有技术的检索，并针对检索结果进行了相关专利状况的分析，包括申请趋势、地域分布、主要申请人、技术分布等，为该项技术未来的技术研发和专利申请提供借鉴和启发。

关键词：蜂窝密封；申请；状况

中图分类号：TQ050 文献标志码：A

1概述

1.1蜂窝密封简介

蜂窝密封的密封结构是由密封环、蜂窝带和轴等构成一简单密封结构。蜂窝密封的内孔表面是由蜂巢形状的六边形小蜂窝组成，密封环一般为圆环形，材质为含cr的合金钢，其外圆与密封体相连，内圆则与蜂窝带通过钎焊连接在一起。蜂窝带是由一片片冲压成型的箔片组成，各箔片之间是靠激光点焊焊接在一起。蜂窝带箔片是由镍基高温合金制成，其合金牌号一般选用HASTELLOY X。

1.2蜂窝密封的起源

蜂窝密封广泛应用于船舶、航天等行业，诸如，美国的U-2飞机、乌克兰GT25000燃气轮机，我国歼-10飞机发动机等。在汽轮机上应用蜂窝密封最早是美国西屋公司（WH），西屋公司多用于汽轮机的通流改造中，将低压缸的末级叶片的级间密封改为蜂窝密封，蜂窝与叶片的间隙为3mm～5mm，其作用是利用蜂窝带的特殊结构吸附水滴，或者弱化水滴的运行速度，达到有效地除湿和保护叶片，提高局部的真空度，进而提高了机组的效率。然而由于蜂窝密封结构的复杂性，实际应用时主要依靠试验和长期使用的经验来确定蜂窝的尺寸。理论分析时，普遍将蜂窝密封壁面简化成具有一定摩擦因数的粗糙表面，计算与试验结果有较大的差距。事实上，蜂窝密封中的流动现象并不是强烈地与摩擦有关，而是一种复杂的湍流现象。

1.3蜂窝密封的优点

蜂窝密封与传统的曲径式密封相比，具有耐磨损、不伤轴、寿命长、密封效果好等优点；蜂窝密封作为一种可磨耗的先进密封结构，有助于提高叶轮机械的效率，减小振动；蜂窝密封允许较小的密封间隙，甚至无安装间隙；在同样能保证最小泄漏量的前提下，还能有较抑制密封间隙内的流体激振；另外，蜂窝状密封在最小的材料质量下密封具有最大的强度，并且允许在高压降下应用且不增加密封的尺寸，同时简化了旋转机械安装和修理时的装配工作。

2专利技术状况分析

2.1数据库的选择及说明

选用的数据库为VEN（外文摘要库）、USTXT、WOTXT、EPIXT（外文全文库）、CNABS（中文摘要库）、CNTXT（中文全文库），于2017年8月2日完成了檢索，故文中统计分析的对象为2017年8月2日之前公开的专利申请。

数据库部分数据收录不完整的说明：本文统计的专利申请量少于实际申请量，原因是发明专利申请通常自申请日起满18个月才能公开（要求提前公开的除外）；PCT专利申请可能自申请日起30个月甚至更长时间之后才能进入国家阶段，导致与之相对应的国家公布更晚；实用新型专利申请在授权后才能获得公布，其公布日的滞后程度取决于审查周期的长短。

2.2全球专利申请状况

2.2.1申请量趋势

该领域的技术发展从1966年开始大致经历了3个阶段：1966年-1981年为第一阶段，1981年-2000年为第二阶段，2000年以后为第三阶段。

第一阶段：这一阶段，该领域的专利申请持续发展，并出现了一次小高峰。1975以前，每年全球专利申请量都在五项以内，且这些专利申请集中于美国，1975以前该技术处于技术摸索时期。在1975年-1981年，蜂窝密封技术迎来了一次技术上的革新，该技术专利申请量首次突破十项，在1975年～1981年期间陆续有一些英国和日本的技术先进的大公司如ROLLSROYCE和三菱涉足该领域，其申请量在此期间达到了一次小高峰。蜂窝密封技术在第一阶段已经成形，且广泛分布于美国、英国和日本等技术发达国家或地区。

第二阶段：在1981年-2000年期间该技术的研究进入平稳期，其专利申请量平缓中平稳增长，申请量在6项左右。这一时期，美国通用公司、西屋公司仍是研究的主力，日本三菱公司也发挥了很大作用。

第三阶段：这一阶段，该领域的全球申请量呈快速上升态势，在2010年期间达到二次高峰，其申请量远远超过了第一阶段和第二阶段的最大年申请量。

需要说明的是，由于2016年、2017年申请的专利中有相当一部分还没有被公开和收录，因此本文中相关数据统计所显示的2016年、2017年申请数据并不准确。

2.2.2申请地域分布

美国专利申请占据主导地位；此外，日本、欧洲、德国也均有一定数量的专利布局；其他方面主要涉及加拿大、英国、俄罗斯等国家的专利申请。

2.2.3主要申请人

通用公司的蜂窝密封技术起步早，发展成熟，其专利布局的数量遥遥领先于其他主要申请人；联合科技、三菱、ROLLS、希哈芬的专利申请量相当，分居第二至五位；随后的几位主要申请人如西门子、阿斯通电力、日立等的申请数量相差不大。

2.3国内专利申请状况

2.3.1申请量趋势

对比国外而言，国内对于蜂窝密封技术的研发创新起步较晚，最早的专利申请出现在1996年。自2000年起，国内专利申请量总体呈上升趋势，在2011年出现小高峰；由于数据库部分数据收录的不完整性（参见本章2.1节说明），2016年-2017年的国内专利申请量统计尚不全面。

2.3.2主要申请来源国家

北京专利申请的数量占据主导地位；此外，辽宁、上海、黑龙江在蜂窝密封技术上也有一定数量的专利申请；其他省份如山东、河北、江苏、四川等也有一些专利申请。

2.3.3主要申请人

上海丹迪电力技术有限公司、北京蓝爱迪电力技术有限公司的蜂窝密封技术起步早，发展成熟，其专利布局的数量遥遥领先于其他主要申请人；其余主要申请人的申请数量相差不大，以秦皇岛五洲电力设备有限公司、沈阳北碳密封有限公司为代表对蜂窝密封有一定的研究。

2.3.4技术分支情况

国内专利申请所涵盖的技术大体可分为以上5类：密封布置（蜂窝密封件在密封环境中相对于其他组件的布置方式）、蜂窝带（蜂窝形状、排列、材料的选择与设计）、托架（又称载体/承载件，其结构与材料方面的改良）、制造工艺及其他。

从申请比例来看，国内专利申请中占据主导地位的是密封布置和蜂窝带方面的技术创新；此外，托架的结构与材料方面的改良技术也有一定申请比例；相对而言，与蜂窝密封的制造工艺相关的国内专利申请较少；归类于其他方面的技术创新，主要涉及密封补偿与应用等。

结语

现有的蜂窝密封技术主要来源于美国，尤以通用电力公司的相关技术最为突出，其具有起步早、发展成熟、涉及全面的特点。从技术分支来看，蜂窝密封技术整体上主要包括制造工艺、蜂窝带、托架以及密封布置这四方面的改进。

本文以蜂窝密封专利技术为研究主题，通过制定检索策略在专利库进行相关现有技术的检索，并针对检索结果进行了相关专利状况的分析，包括申请趋势、地域分布、主要申请人、技术分布等，为该项技术未来的技术研发和专利申请提供借鉴和启发。

参考文献

[1]何立东.蜂窝密封及其应用的研究[J].中国机械工程，2005.16（20）：1855-1857