[发明专利]一种多功能刷式密封实验系统

说明书

技术领域

本发明属于密封技术和实验器械领域，具体涉及一种多功能刷式密封实验系统。

背景技术

刷式密封是近年发展起来的一种高效可接触式密封，其泄漏量仅是传统的梳齿迷宫密封的1/5～1/10。刷丝本身的柔性允许动静部件之间瞬态严重偏心而维持良好的密封性能，这样可以显著提高透平机械的密封效率和可靠性。有着优异性能的刷式密封技术已经越来越多的应用于航空发动机、地面及舰船燃气轮机等旋转机械中。此外，刷式密封还具有结构小重量轻的特点，这对于减轻发动机的重量非常有益，更符合航空发动机尤其是军用航空发动机的使用要求。

刷式密封由刷环和对偶的转子跑道组成。其中，刷环主要由前板、背板及夹持在两者之间的紧密排列的刷丝组成。刷丝的直径一般为0.05～0.2mm，非金属刷丝直径一般为0.0125mm～0.15mm，周向密度大约为90～180根/毫米，刷丝厚度一般不超过2mm。刷丝材料一般为钴基、镍基高温合金，非金属材料如芳纶纤维也已经应用于刷丝材料。刷丝根部可通过高能束真空焊接等工艺方法固定在前板和背板之间。为减少刷丝对轴表面的磨损，与刷环对偶的跑道表面一般喷涂有0.1～0.25mm的耐磨涂层，涂层材料可为铬基合金、钨基合金、Al₂O₃陶瓷、ZrO₂等。在安装时，刷丝相对轴的旋转方向倾斜一定角度，刷丝径向与刷丝根部位置的圆周切线之间的角度为安装角φ（一般为30^°～60^°，通常取40^°～45^°），刷丝自由端紧贴在转子上。在工作时，上游高压介质径向流作用在刷丝上，产生“吹伏效应”（blow down），刷丝与转子之间一般保持接触，但是工作一段时间后可能出现间隙，这会导致泄漏量的大幅提高，使密封性能有较明显的下降。由于刷丝具有弯曲柔性和回弹性，因此能适应转子的径向跳动和偏心运动，在动态工况下维持良好的密封性能。

泄漏量和寿命是刷式密封的两个重要的性能参数。泄漏量和寿命与刷式密封中的流动、摩擦、磨损和传热密切相关。刷式密封中的流动、摩擦和传热对其工作性能的影响是综合的、交叉的、复杂的，国内外的研究基本围绕这些点的研究方兴未艾。

实验研究在刷式密封的研究中占有相当的分量，主要关注于刷式密封的泄漏流动、传热、摩擦、磨损、刷丝变形等方面，实验研究为理论研究提供了支撑和依据并用以探索新式的高性能刷式密封结构。是否能够模拟高速、高温及有径向偏心的航空密封工作环境，是否便于拆装和观察实验结果，是否能够探测关键部位的数据（如刷丝束内部的温度、应力、应变等），能否用可靠方便的技术集成上述多个功能是衡量刷丝密封实验台性能的主要依据。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种多功能刷式密封实验系统，能够测试工作状态下实验刷环刷丝束内部的温度及应力应变。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

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，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；