一种多功能刷式密封实验系统

摘要

一种多功能刷式密封实验系统，包括外部支撑部分、转动部分、刷环部分、实验腔部分、观察窗部分、径向移动部分以及测量部分；本发明实验系统能够模拟高速，即角速度为10000r/min～50000r/min，线速度为200m/s～400m/s、高温300℃～600℃及有径向偏心5mm以内的航空密封工作环境，便于拆换实验刷环及与之接触并有相对运动的转子外环，能够记录系统在工作状态下的压力及泄漏量，便于观察实验刷环在工作状态下的刷丝运动特性和表面温度场分布，可以测试工作状态下实验刷环刷丝束内部的温度及应力应变。

主权项

一种多功能刷式密封实验系统，其特征在于：包括外部支撑部分、转动部分、刷环部分、实验腔部分、观察窗部分、径向移动部分以及测量部分，其中： 所述外部支撑部分包括底座3、座环4、外壳5、外壳紧钉螺钉6，其中：所述底座3固定于静止的基准面上，所述座环4的外圆周面与所述底座3的内圆周面相配合，所述座环4外圆周左侧开槽与外壳5相配合，在座环4周向分布多个连接座环4和外壳5的外壳紧钉螺钉6； 所述转动部分包括轴7、转子内环8、键9、转子外环2、转子外环紧钉螺钉10、转子外环密封环11、轴端盖12、轴端盖紧钉螺钉13、轴端盖密封环14，其中：所述转子内环8向左侧有弯折，所述轴7为悬臂结构，所述键9连接轴7和转子内环8，并传递轴7的转矩给转子内环8，所述转子外环2与转子内环8构成分体结构，其内圆周与转子内环8的外圆周相配合，沿转子外环2周向分布多个将转子外环2与转子内环8紧固在一起的转子外环紧钉螺钉10，在转子外环2内转子外环紧钉螺钉10处设置转子外环密封环11，所述轴端盖12与转子内环8紧密接触，由轴端盖紧钉螺钉13提供轴端盖12与转子内环8紧密接触的预紧力，所述轴端盖12内侧设置有轴端盖密封环14； 所述刷环部分，包括实验刷环1和辅助刷环15，其中： 实验刷环1包括实验刷环刷丝束1A、实验刷环前板1B、实验刷环背板1C、实验刷环熔焊区1D、实验刷环紧钉螺钉1E、实验刷环密封环1F； 辅助刷环15包括辅助刷环刷丝束15A、辅助刷环前板15B、辅助刷环背板15C、辅助刷环熔焊区15D、辅助刷环紧钉螺钉15E、辅助刷环密封环15F； 其中：实验刷环刷丝束1A和辅助刷环刷丝束15A的靠近转子外环2的自由端与转子外环2配对接触；实验刷环刷丝束1A另一端分别被实验刷环前板1B和实验刷环背板1C夹持，同样，辅助刷环刷丝束15A另一端分别被实验刷环前板15B和实验刷环背板15C夹持；利用高能束真空焊接工艺在刷丝根部形成熔焊区，即实验刷环熔焊区1D和辅助刷环熔焊区15D，用于固定实验刷环刷丝束1A和辅助刷环刷丝束15A；实验刷环紧钉螺钉1E和辅助刷环紧钉螺钉15E分别固定实验刷环背板1C和辅助刷环背板15C到实验腔外壳16；实验刷环密封环1F和辅助刷环密封环15F确保气体只能通过实验刷环刷丝束1A和辅助刷环刷丝束15A形成泄漏； 所述实验腔部分包括实验腔外壳16、右端盖17、右端盖紧钉螺钉18、右端盖密封环19，其中： 实验腔外壳16上端设置有高压气体进入的供气孔道16A，下端设置有上游测温热电偶20的探针通过的热电偶孔道16B以及纤维传感器21和纤维传感器引线22通过的纤维传感器通道16C； 右端盖17从上到下依次设置有用于安装观察窗部分的观察窗阶梯孔道17A、用于安装流量计23的流量计螺纹孔道17B、用于安装压力表24的压力表螺纹孔道17C以及用于安装实验刷环背板测温热电偶25的热电偶螺纹孔道17D，所述观察窗孔道17A在轴线方向上与实验刷环1和转子外环2基本对齐；沿所述右端盖17周向分布多个提供轴实验腔外壳16和右端盖17紧密接触的预紧力的右端盖紧钉螺钉18；在实验腔外壳16和右端盖17之设置有右端盖密封环19； 所述观察窗部分包括位于右端盖17上的观察窗阶梯孔道17A的阶梯面上的观察窗玻璃26、设置在观察窗玻璃26上的观察窗压环27、在观察窗玻璃26周向分布的多个提供观察窗玻璃26和观察窗阶梯孔道17A的阶梯面紧密接触预紧 力的观察窗紧钉螺钉28以及设置在观察窗玻璃26上的观察窗密封环29。 所述径向移动部分包括直线导轨30、滑动导轨紧钉螺钉31、滑动导轨垫块32、垫块密封环33、直线导轨支座34A和34B、直线导轨支座紧钉螺钉35、弹簧36、弹簧施力螺钉37、弹簧支座38、支座紧钉螺钉39、弹簧支架40、弹簧支架紧钉螺钉41、精密螺杆42、位移传感器43、位移传感器支架44、支架紧钉螺钉45，其中： 直线导轨30为标准件，包括滑座30A和滑轨30B，位于外壳5右端铣出的水平面之上，通过滑动导轨紧钉螺钉31紧钉在滑动导轨垫块32上表面上；所述滑动导轨紧钉螺钉31将直线导轨30、滑动导轨垫块32与实验腔外壳16紧钉在一起；所述滑动导轨垫块32的垫块供气孔道32A为实验腔部分提供压力不大于0.8Mpa高压气体；在滑动导轨垫块32上设置有垫块密封环33；所述直线导轨支座紧钉螺钉35将直线导轨支座34A和34B上与外壳5紧钉在一起； 精密螺杆42穿过外壳5上的精密螺纹孔，驱动实验腔实现沿滑轨30B方向移动，所述弹簧施力螺钉37，紧盯在外壳5上，所述弹簧36设置在弹簧施力螺钉37端部；所述弹簧支座38设置在弹簧36外端，所述支座紧钉螺钉39将弹簧支座38紧盯在弹簧支架40上；弹簧支架40的弹簧施力孔道40A以及外壳5上的弹簧施力孔道5C为弹簧施力螺钉37提供通道；所述弹簧支架紧钉螺钉41，将弹簧支架40紧钉在外壳5前侧铣出的垂直端面上；所述支架紧钉螺钉45将位移传感器支架44紧盯在外壳5后侧铣出的垂直端面上；所述位移传感器43设置在于位移传感器支架44上； 所述测量部分包括上游测温热电偶20、纤维传感器21、纤维传感器引线22、流量计23、压力表24、实验刷环背板测温热电偶25，其中： 上游测温热电偶20穿过外壳5上的热电偶孔道5A和实验腔外壳16上的热 电偶孔道16B测量实验刷环1和辅助刷环15之间的密封上游的温度； 纤维传感器21穿过外壳5上的纤维传感器孔道5B和实验腔外壳16上的纤维传感器通道16C，测量实验刷环刷丝束1A内部的温度及应力应变,纤维传感器孔道5B和实验腔外壳16上的纤维传感器通道16C在周向上避开实验刷环紧钉螺钉1E；在纤维传感器21设有纤维传感器引线22，将纤维传感器21测得的实验数据传到外壳5以外； 流量计23安装于右端盖17上的流量计螺纹孔道17B，用于测量泄漏流量； 压力表24安装于右端盖17上的压力表螺纹孔道17C，用于测量密封下游的压力，为不锈钢外壳结构； 实验刷环背板测温热电偶25安装于右端盖17上的热电偶螺纹孔道17D，用于测量实验刷环背板1C开孔内部的温度。