CN103558016B - 全工况密封试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种试验台架与全工况密封试验装置；其中，试验台架包括转子，用于支撑转子的轴承，轴承座与支座，试验台架内设置有高压腔，高压腔分别与出气腔、排气道连通，排气道与冷气通道连通，在排气道与转子间设有热空气密封环隔离。试验台架内可以通入高温高压气体，模拟航空发动机密封装置的实时工况条件，并能保证转子等部件的正常运转，能够真实反映密封装置的实际情况，对密封装置在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。
Description
技术领域
本发明涉及试验装置，特别地，涉及一种试验台架与全工况密封试验装置。
背景技术
目前航空发动机常用的密封装置通常还是依靠经验进行设计，进行静动态试验验证，根据试验结果对其结构进行必要的修改。而对于一些新型密封装置的设计，它们是建立在新的理论上，更需要进行大量试验，以验证理论分析和设计是否正确。试验结果正确与否直接关系密封装置设计成败。
随着航空发动机性能的提高，循环参数(压力、温度)增高，转子速度增大，密封的工作条件日趋恶化，密封装置所导致的问题日益突出。因此，对航空发动机密封装置而言不仅要进行常温下的静动态试验，还需要在能模拟发动机环境的密封试验器中进行全工况的试验验证。只有这样才能对密封装置在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。
目前密封试验装置均不能同时模拟航空发动机密封装置的工况条件(温度、压力、转速)，试验结果不能真实反映密封装置的实际情况，无法对密封装置在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。
发明内容
本发明目的在于提供一种全工况密封试验装置，以解决现有技术中的密封试验装置不能同时模拟航空发动机密封装置的工况条件，试验结果不能真实反映密封装置的实际情况的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种试验台架，包括转子，用于支撑转子的轴承，轴承座与支座，试验台架内设置有高压腔，高压腔分别与出气腔、排气道连通，排气道与冷气通道连通，在排气道与转子间设有热空气密封环隔离。
进一步地，轴承座内设置有冷却水道，冷却水道沿转子的轴向分布于轴承座内。
根据本发明的另一方面，还提供了一种全工况密封试验装置，包括试验台架、为试验台架输送与输出气源的空气系统、驱动试验台架的动力单元、为试验台架及动力单元提供润滑的滑油系统；试验台架包括转子，用于支撑转子的轴承，轴承座与支座，试验台架内设置有高压腔，高压腔分别与出气腔、排气道连通，排气道与冷气通道连通，在排气道与转子间设有热空气密封环隔离。
进一步地，轴承座内设置有冷却水道，冷却水道沿转子的轴向分布于轴承座内。
进一步地，空气系统包括与高压腔连接的空气加温系统及与出气腔连接的空气冷却系统。
进一步地，空气加温系统包括依次连接的空压机、压力调控柜与空气加热器，空气加热器与高压腔连接。
进一步地，空气冷却系统包括冷却器，冷却器一端与出气腔连接，另一端的管路上设有质量流量计。
进一步地，动力单元包括电机、齿轮箱及控制电机运转的电控柜；电机通过齿轮箱与试验台架的转子连接。
进一步地，电机与齿轮箱之间采用金属叠片挠性联轴器连接；齿轮箱与转子之间采用膜盘联轴器连接。
进一步地，还包括测试与报警系统，测试与报警系统分别与空气系统、试验台架、动力单元、滑油系统电信号连接。
本发明具有以下有益效果：
试验台架内可以通入高温高压气体，模拟航空发动机密封装置的实时工况条件，并能保证转子等部件的正常运转，能够真实反映密封装置的实际情况，对密封装置在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明试验台架优选实施例的结构示意图；以及
图2是本发明全工况密封试验装置优选实施例的结构示意图。
附图标记说明：
1、空气系统；2、电机；3、齿轮箱；4、试验台架；5、滑油系统；7、转子；8、轴承座；9、支座；10、轴承；11、排气道；12、热空气密封环；13、高压腔；14、冷却水道；15、出气腔；101、空压机；102、压力调控柜；103、空气加热器；104、冷却器；105、质量流量计。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参阅图1，本发明的优选实施例提供了一种试验台架，包括转子7，用于支撑转子7的轴承10，轴承座8与支座9；以及，设置在试验台架内的高压腔13，高压腔13分别与出气腔15、排气道11连通；高压腔13与出气腔15连接的通道为密封试验件的放置位置，用于放置试验件进行测试，高压腔13与排气道11连接的通道为陪试件的放置位置，用于放置陪试件。排气道11与冷气通道连通，在排气道11与转子7间设有热空气密封环12隔离。
在进行密封试验时，将试验件放置在高压腔13与出气腔15连接的通道内，高压腔13与排气道11连接的通道放入陪试件；然后，向高压腔13内注入高温高压的空气，以模拟航空发动机密封装置的实时工况条件；高压腔13内的高温高压空气，一部分流经试验件排入到出气腔15，排入到出气腔15内的气体直接排出；另一部分流经陪试件后，进入到排气道11，而排气道11与转子7间设有热空气密封环12隔离；由于，冷压缩空气在热空气密封环12表面产生一面“压力墙”阻止排气道11内的高温空气进入到转子7的运行空间内，进而使转子、轴承等部件在高温、高速测量时可以正常运转。
优选地，为进一步降低转子等部件在工作中的温度，轴承座8内设置有冷却水道14，冷却水道14沿转子7的轴向分布于轴承座8内。进行试验时，冷却水道14内会通入冷却介质(如冷水)不断对转子等部件进行降温，进一步提高部件在高温、高速测量时运行的稳定性。
请参阅图1与图2，本发明的优选实施例提供了一种全工况密封试验装置，包括试验台架4、为试验台架4输送与输出气源的空气系统1、驱动试验台架4的动力单元、为试验台架4及动力单元提供润滑的滑油系统5。试验台架4为上述实施例所述的试验台架，因此，在此就不再进行赘述。
优选地，为使空气系统1能够满足试验台架4的运转需求，同时能够降低试验产生的高温高噪声的废气对环境的污染，空气系统1包括与高压腔13连接的空气加温系统及与出气腔15连接的空气冷却系统。空气加温系统包括依次连接的空压机101、压力调控柜102与空气加热器103，空气加热器103与高压腔13连接。空气冷却系统包括冷却器104，冷却器104一端与出气腔15连接，另一端的管路上设有质量流量计105。
进行测试时，常温空气经空气加温系统的空压机101压缩稳压后，进入压力调控柜102，除去空气中的水分、油份及固体杂质，并经压力调控柜102对压缩空气的压力进行调节，然后，空气加热器103按照控制信号对压缩空气进行加热，形成高温高压的空气流入至试验台架4的高压腔13内，以模拟航空发动机密封装置的实时工况条件。在完成试验后，流经试验件排出到出气腔15的空气会经过空气冷却系统排出，空气冷却系统的冷却器104会对高温高噪声的废气进行冷却、降噪处理，并经质量流量计105计量后，排入到大气。
优选地，动力单元包括电机2、齿轮箱3及控制电机2运转的电控柜；电机2通过齿轮箱3与试验台架4的转子7连接。电机2与齿轮箱3之间采用金属叠片挠性联轴器连接。齿轮箱3与转子7之间采用膜盘联轴器连接。电机2优选采用交流变频电机，变频调速控制系统通过计算机和外接电位器可以实现转速自动与手动控制。电机2与齿轮箱3之间采用金属叠片挠性联轴器连接，齿轮箱3与转子7之间采用膜盘联轴器连接，金属叠片挠性联轴器和膜盘联轴器能传递转矩，并补偿电机2与齿轮箱3、齿轮箱3和试验台架4中的转子7之间由于制造误差、安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等所引起的轴向、径向和角向偏移。
滑油系统5分别对齿轮箱3、试验台架4进行润滑。供齿轮箱3的滑油系统5最大供油流量为70L／min，工作压力范围：(0.1～0.8)MPa，最大回油流量：140L／min。供试验台架4的滑油系统5最大供油流量为50L／min，工作压力范围：(0.1～1.5)MPa最大回油流量：118L／min。
优选地，本优选实施例提供的全工况密封试验装置还包括测试与报警系统，测试与报警系统分别与空气系统1、试验台架4、动力单元的齿轮箱3、滑油系统5电信号连接，测试包括转速、滑油压力、滑油温度、轴承温度、各腔体内的高温气体压力、气体温度、试验件上下游压差、振动、气体流量等参数。同时，在试验中对转速超转、滑油超温超压、振动超限、空气压力温度超限等进行报警保护。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
试验台架内可以通入高温高压气体，模拟航空发动机密封装置的实时工况条件，并能保证转子等部件的正常运转，能够真实反映密封装置的实际情况，对密封装置在航空发动机上使用的可能性、可靠性、耐久性做出正确的判断。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全工况密封试验装置，包括试验台架(4)、为所述试验台架(4)输送与输出气源的空气系统(1)、驱动所述试验台架(4)的动力单元、为所述试验台架(4)及动力单元提供润滑的滑油系统(5)；所述试验台架(4)包括转子(7)，用于支撑所述转子(7)的轴承(10)，轴承座(8)与支座(9)，其特征在于：所述试验台架内设置有高压腔(13)，所述高压腔(13)分别与出气腔(15)、排气道(11)连通，所述排气道(11)与冷气通道连通，在所述排气道(11)与所述转子(7)间设有热空气密封环(12)隔离。
2.根据权利要求1所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述轴承座(8)内设置有冷却水道(14)，所述冷却水道(14)沿所述转子(7)的轴向分布于所述轴承座(8)内。
3.根据权利要求1所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述空气系统(1)包括与所述高压腔(13)连接的空气加温系统及与所述出气腔(15)连接的空气冷却系统。
4.根据权利要求3所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述空气加温系统包括依次连接的空压机(101)、压力调控柜(102)与空气加热器(103)，所述空气加热器(103)与所述高压腔(13)连接。
5.根据权利要求3所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述空气冷却系统包括冷却器(104)，所述冷却器(104)一端与所述出气腔(15)连接，另一端的管路上设有质量流量计(105)。
6.根据权利要求1所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述动力单元包括电机(2)、齿轮箱(3)及控制所述电机(2)运转的电控柜；所述电机(2)通过所述齿轮箱(3)与所述试验台架(4)的转子(7)连接。
7.根据权利要求6所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
所述电机(2)与所述齿轮箱(3)之间采用金属叠片挠性联轴器连接；所述齿轮箱(3)与所述转子(7)之间采用膜盘联轴器连接。
8.根据权利要求1所述的全工况密封试验装置，其特征在于：
还包括测试与报警系统，所述测试与报警系统分别与所述空气系统(1)、所述试验台架(4)、所述动力单元、所述滑油系统(5)电信号连接。
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