CN103091056A - 一种多功能刷式密封实验系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种多功能刷式密封实验系统

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；

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，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。

所述转子外环密封环11、轴端盖密封环14、实验刷环密封环1F、辅助刷环密封环15F、右端盖密封环19、观察窗密封环29及垫块密封环33均为石墨材料。

所述纤维传感器21为测量温度及应力应变的光纤传感器和测量应力应变的含金属芯压电陶瓷纤维传感器。

所述直线导轨30位于外壳5右端上侧铣出的水平面之上或同时位于外壳5右端上、下两侧铣出的水平面之上。

所述观察窗玻璃26的材料为硫化锌或硒化锌。

所述上游测温热电偶20为K型热电偶，测温范围0～800℃；

所述流量计23为涡街型流量计。

所述位移传感器43为激光传感器，测量精度不小于0.005mm。

所述实验刷环背板测温热电偶25为K型热电偶，测温范围为0～800℃。

本发明实验系统能够模拟高速（角速度10000r/min～50000r/min，线速度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。

附图说明

图1为本发明实施例1的剖视图。

图1A为本发明实施例1的剖视图的上部区域放大图。

图1B为本发明实施例1的剖视图的中部区域放大图。

图1C为本发明实施例1的剖视图的下部区域放大图。

图2为本发明实施例1的右视图（拆除外壳、端盖、座环、底座）；

图2A为本发明实施例1的右视图的上部区域放大图。

图2B为本发明实施例1的右视图的左部区域放大图。

图2C为本发明实施例1的右视图的右部区域放大图。

图中标号：

1-实验刷环；1A-实验刷环刷丝束；1B-实验刷环前板；1C-实验刷环背板；1D-实验刷环熔焊区；1E-实验刷环紧钉螺钉；1F-实验刷环密封环；2-转子外环；3-底座；4-座环；5-外壳；5A-热电偶孔道；5B-纤维传感器孔道；5C-弹簧施力孔道；6-外壳紧钉螺钉；7-轴；8-转子内环；9-键；10-转子外环紧钉螺钉；11-转子外环密封环；12-轴端盖；13-轴端盖紧钉螺钉；14-轴端盖密封环；15-辅助刷环；15A-辅助刷环刷丝束；15B-辅助刷环前板；15C-辅助刷环背板；15D-辅助刷环熔焊区；15E-辅助刷环紧钉螺钉；15F-辅助刷环密封环；16-实验腔外壳；16A-供气孔道；16B-热电偶孔道；16C-纤维传感器通道；17-右端盖；17A-观察窗阶梯孔道；17B-流量计螺纹孔道；17C-压力表螺纹孔道；17D-热电偶螺纹孔道；18-右端盖紧钉螺钉；19-右端盖密封环；20-上游测温热电偶；21-纤维传感器；22-纤维传感器引线；23-流量计；24-压力表；25-实验刷环背板测温热电偶；26-观察窗玻璃；27-观察窗压环；28-观察窗紧钉螺钉；29-观察窗密封环；30-直线导轨；30A-滑座；30B-滑轨；31-滑动导轨紧钉螺钉；32-滑动导轨垫块；32A-垫块供气孔道；33-垫块密封环；34-直线导轨支座；34A和34B-直线导轨支座；35-直线导轨支座紧钉螺钉；36-弹簧；37-弹簧施力螺钉；38-弹簧支座；39-支座紧钉螺钉；40-弹簧支架；40A-弹簧施力孔道；41-弹簧支架紧钉螺钉；42-精密螺杆；43-位移传感器；44-位移传感器支架；45-支架紧钉螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1、图1A、图1B、图1C、图2、图2A、图2B、图2C所示，本发明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，起到对整个实验系统的支撑作用；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，起到支撑和定位作用；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，提供预紧力，对外壳5起到定位作用；外壳5保护实验系统内部组件，为径向移动部分提供支撑和定位；

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，有利于降低转动部分设计为悬臂结构的不良影响，提高临界转速，适应高转速的需要，转子内环8外圆周的线速度很高，可以模拟航空发动机高线速度的工况；所述轴7为悬臂结构以便于测量刷式密封的泄漏、拆卸及实验观测，是转动部分的动力来源；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；述转子外环2与转子内环8构成分体结构，便于拆装和更换，也便于研究不同转子外环2的外圆周面上涂层材料、表面粗糙度、转子外环2的几何偏心度对刷式密封性能的影响，内圆周与转子内环8的外圆周相配合；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，保证实验腔部分的气密性；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，防止实验腔部分内部的气体沿轴7圆周泄漏，保证实验腔部分的气密性；

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保护实验系统内部组件，为实验刷环1和辅助刷环15提供定位，保证实验腔腔体的气密性，其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保护实验系统内部组件，为观察窗部分和多种测量装置提供载体，保证实验腔腔体的气密性，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，有利于对实验刷环1的有效观察；沿所述右端盖17周向分布多个提供实验腔外壳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，防止气体通过实验腔外壳16和右端盖17之间可能的接触间隙泄漏，保证实验腔腔体的气密性；

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；察窗玻璃26便于在试验舱舱外观测实验刷环1和转子外环2的运动学及温度分布特性；观察窗压环27确保观察窗玻璃26接触在右端盖17上的观察窗阶梯孔道17A的阶梯面上；观察窗密封环29，防止气体从观察窗玻璃26和观察窗阶梯孔道17A的阶梯面之间可能的接触间隙泄漏，保证实验腔腔体的气密性；

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32一方面将直线导轨30抬升到外壳5右端铣出的水平面之上，另一方面通过垫块供气孔道32A为实验腔部分提供高压气体（压力不大于0.8Mpa）；在滑动导轨垫块32上设置有垫块密封环33，防止高压气体从滑动导轨垫块32和实验腔外壳16之间可能的接触间隙泄漏；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，行程不超过5mm；所述弹簧施力螺钉37，紧盯在外壳5上，传递弹簧力给外壳；所述弹簧36设置在弹簧施力螺钉37端部，弹簧支座38设置在弹簧36外端，为实验腔部分提供预紧力，使其与紧密螺杆42的端部紧密贴合在一起，消除螺纹间隙；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为弹簧支座38提供支撑，其簧施力孔道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，可承受至400℃的高温气体，量程0～1Mpa；

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。

优选的，外环密封环11、轴端盖密封环14、实验刷环密封环1F、辅助刷环密封环15F、右端盖密封环19、观察窗密封环29及垫块密封环33均为石墨材料。

优选的，所述纤维传感器21为测量温度及应力应变的光纤传感器和测量应力应变的含金属芯压电陶瓷纤维传感器。

优选的，所述直线导轨30位于外壳5右端上侧铣出的水平面之上或同时位于外壳5右端上、下两侧铣出的水平面之上。

优选的，所述观察窗玻璃26的材料为硫化锌或硒化锌。

优选的，所述上游测温热电偶20为K型热电偶，测温范围0～800℃；

优选的，所述流量计23为涡街型流量计。

优选的，所述位移传感器43为激光传感器，测量精度不小于0.005mm。

优选的，所述实验刷环背板测温热电偶25为K型热电偶，测温范围为0～800℃。

Claims (9)

1.一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。 

2.根据权利要求1的所述的一种多功能刷式密封实验系统，其特征在于：所述转子外环密封环11、轴端盖密封环14、实验刷环密封环1F、辅助刷环密封环15F、右端盖密封环19、观察窗密封环29及垫块密封环33均为石墨材料。 

3.根据权利要求1的所述的一种多功能刷式密封实验系统，其特征在于：所述纤维传感器21为测量温度及应力应变的光纤传感器和测量应力应变的含金属芯压电陶瓷纤维传感器。 

4.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于：所述直线导轨30位于外壳5右端上侧铣出的水平面之上或同时位于外壳5右端上、下两侧铣出的水平面之上。 

5.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于：所述观察窗玻璃26的材料为硫化锌或硒化锌。 

6.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于： 所述上游测温热电偶20为K型热电偶，测温范围0～800℃。 

7.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于：所述流量计23为涡街型流量计。 

8.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于：所述位移传感器43为激光传感器，测量精度不小于0.005mm。 

9.根据权利要求1的所述的一种多功能的刷式密封实验系统，其特征在于：所述实验刷环背板测温热电偶25为K型热电偶，测温范围为0～800℃。 

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