CN107907216A - 刷式密封动态温度场测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种刷式密封动态温度场测量装置，包括底座、转轴、密封对象件、安装座、供气装置、红外成像仪及计算机；安装座、刷式密封试验件、刷式密封对象件及刷式密封陪试件组成一个环形的高压腔；供气装置用于向高压腔内供入不同温度及压力的气体以模拟刷式密封试验件的不同工况；红外成像仪在第一位置处测量刷式密封试验件的整体的温度场，在第二位置处测量刷式密封试验件与密封对象件的外环摩擦面的接触位置处的最高温度；计算机用于处理红外成像仪的数据。本测量装置可以动态测量刷式密封的温度场，实时跟踪温度场的变化。

Description

刷式密封动态温度场测量装置

技术领域

本发明涉及一种对航空发动机的刷式密封结构的温度进行测量的刷式密封动态温度场测量装置。

背景技术

刷式密封是一种航空发动机领域的新型密封技术。刷式密封为接触式密封，工作时刷丝与转子间由于剧烈摩擦产生的热量就会严重影响刷式密封的性能和寿命，甚至在高温瞬间产生烧结而导致密封失效，所以刷式密封动态时(工作状态下)温度场的分布测量就至关重要。

目前对刷式密封在工作状态下进行测温时，主要有两种温度测量方式：一是将热电偶节点位于前/后挡板上，在刷式密封工作时，其位置保持静止，由于节点与刷丝端出存在温度差，故该方式所测量温度值不能正确反映刷丝动态时的真实温度；二是将热敏电阻粘结在刷丝束附近的耐磨涂层上，但是随着转速的提高，电阻片无法继续附着在转子上，故该种测温方式只能测量静态或低转速时转子的温度。

此外，目前温度的测量均为某时刻、某点的温度值，不能得到在某一时刻、某一区域内温度场的分布，也不能获得在某时间段内观测点的温度由于工作环境变化而导致的动态变化情况。

由于刷丝区域为一根根的细丝组成的刷丝束，在工作时会随着工况的变化自身形态发生变化，且刷丝温度从摩擦面处沿径向减小，目前刷式密封工作过程中整体刷式密封温度场分布尚未得到。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够对刷式密封的温度场进行动态测量的刷式密封动态温度场测量装置。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种刷式密封动态温度场测量装置，包括底座、转轴、密封对象件、安装座、供气装置、第一红外成像仪、第二红外成像仪及计算机；转轴水平转动设置于所述底座，并在转速可调的动力装置驱动下进行转动；密封对象件同轴固定设置于所述转轴，具有与所述转轴同轴的由耐磨涂层构成的圆环形的外环摩擦面；环形的安装座固定设置于所述底座并与所述转轴共轴线设置，所述安装座的轴向方向上的两侧分别安装有用于与所述密封对象件的外环摩擦面配合的刷式密封试验件以及刷式密封陪试件，所述刷式密封试验件的刷丝裸露于空气中，所述安装座、刷式密封试验件、刷式密封对象件及刷式密封陪试件组成一个环形的高压腔；供气装置用于向所述高压腔内供入不同温度及压力的气体以模拟所述刷式密封试验件的不同工况；红外成像仪，能够位于一第一位置以及一第二位置；其中，于第一位置处，所述红外成像仪位于所述转轴外侧并与转轴共轴线设置，用于测量所述刷式密封试验件的整体的温度场；于第二位置处，所述红外成像仪位于所述转轴的外侧，用于测量所述刷式密封试验件与密封对象件的外环摩擦面的接触位置处的最高温度；计算机用于处理所述红外成像仪的数据。

根据本发明的一实施方式，所述红外成像仪于第二位置处倾斜设置于所述转轴的外侧，并且较所述第一位置更靠近所述刷式密封试验件。

根据本发明的一实施方式，所述供气装置包括外接气源以及对气体进行加热的电炉。

根据本发明的一实施方式，所述刷式密封试验件及刷式密封陪试件通过孔用弹性挡圈安装于所述安装座的两侧。

根据本发明的一实施方式，所述计算机将温度场的信息转换为随时间的变化曲线，并经过统计分析特定时间段、特定区域的最高温度和平均温度。

根据本发明的一实施方式，所述刷式密封陪试件及所述刷式密封试验件采用相同的规格。

根据本发明的一实施方式，所述刷式密封陪试件及所述刷式密封试验件采用不同的规格。

根据本发明的一实施方式，所述计算机为台式计算机或者嵌入式计算机。

根据本发明的一实施方式，所述动力装置包括电动机以及增速器。

根据本发明的一实施方式，所述供气装置还包括消声器。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明刷式密封动态温度场测量装置可以动态测量刷式密封的温度场，实时跟踪温度场的变化。可以快捷的改变刷式密封的工况(环境温度、高压腔与外界压差、转子转速等)，使用方便。能够获得观测点在某段时间内温度随工况变化而变化的趋势。能够获得不同时刻整个刷式密封装置的区域温度场分布，能够获得在某时间段内观测点的温度由于工作环境变化而导致的动态变化情况。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一实施方式的刷式密封动态温度场测量装置的示意图；

图2是图1中显示密封对象件、刷式密封陪试件，刷式密封试验件及安装座的局部视图。

图中：1、底座；2、供气装置；3、计算机；4、第一位置；5、孔用弹性挡圈；6、刷式密封试验件；7、刷式密封陪试件；8、密封对象件；9、转轴；10、安装座；11、第二位置；12、高压腔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1及图2，本发明实施方式公开了一种刷式密封动态温度场测量装置，用于测量刷式密封的动态温度场。其中，该刷式密封用于飞机的航空发动机。本发明实施方式的刷式密封动态温度场测量装置包括一底座1、一转轴9、密封对象件8、安装座10、供气装置2、红外成像仪以及计算机3。

底座1设置于地面上。转轴9水平转动设置在底座1上，该转轴9由一动力装置驱动，该动力装置的转速是可调的，以带动转轴9能够在不同的转速下进行转动，如此一来可以模拟刷式密封在不同转速下的工况。航空发动机的转子速度可在万转以上，该转轴9的最高转速可达到航空发动机的转子最高转速。在本实施方式中，动力装置可包括一电动机以及增速器，利用增速器可以提高动力装置的输出轴的转速。

密封对象件8同轴固定设置在转轴9上。该密封对象件8大致呈轮盘状结构，其具有一个与转轴9同轴的圆环形的外环摩擦面。当转轴9转动时，能够带动该密封对象件8一起同步地高速转动。该密封对象件8的外环摩擦面与刷式密封实际工作时所接触的工作面的状况应尽量接近，因而可以根据试验要求对该外环摩擦面进行喷涂或表面处理。

安装座10是环形结构，其高度设置在底座1上，并与转轴9共轴线设置，该安装座10的轴向方向上的两侧分别安装有用于与该密封对象件8的外环摩擦面配合的刷式密封试验件6以及刷式密封陪试件7。该刷式密封试验件6即为待测试的刷式密封结构。该刷式密封陪试件7也为刷式密封结构，其与刷式密封试验件6可选用相同的规格，也可选用不同的规格。该刷式密封试验件6的刷丝裸露于空气中，以便能够测量其完整的温度场，而不会被其他零件所遮挡。由图1及图2可知，该安装座10、刷式密封试验件6、刷式密封陪试件7以及刷式密封对象件8组成了一个环形的高压腔12。

在本实施方式中，该刷式密封试验件6以及刷式密封陪试件7通过孔用弹性挡圈5轴向安装固定于安装座10的两侧。在安装座10上可以设置相应的环形沟槽，以容纳孔用弹性挡圈5。孔用弹性挡圈5能够方便地进行拆卸，同时不会遮挡刷式密封试验件6的刷丝。在本发明的其他实施方式中，也可以通过螺栓等紧固件来实现刷式密封试验件6的安装。

该高压腔12内部可通过供气装置2供气。其中该供气装置2可向高压腔12内部供入不同温度及压力的气体，以便能够模拟刷式密封试验件6在实际工作时的不同工况。供气装置2可包括一外接气源以及对该外接气源所供应的气体进行加热的电炉。通过调节外接气源的压力以及电炉的加热温度，可以实现对供入该高压腔12内的气体的调节。该供气装置2还可以包括消声器，以减少高温高压的气体在管路中产生的噪音。

红外成像仪能够位于一第一位置4以及一第二位置11，其中在第一位置4处，红外成像仪位于转轴9的外侧，并且与转轴9供轴线设置。该红外成像仪也基本上处于刷式密封试验件6所在的轴线上。该红外成像仪在第一位置4处能够用于测量刷式密封试验件6的整体温度场。

当红外成像仪位于第二位置11处时，该红外成像仪设置在转轴9的外侧，并设置为倾斜设置的状态，但是较第一位置4更靠近刷式密封试验件6，以便能够更加精确地对刷式密封试验件6与密封对象件8的外环摩擦面的接触位置处的最高温度进行测量。在使用时，可以用一台红外成像仪，使其分别位于第一位置和第二位置进行测量，也可以设置两台红外成像仪，这两台红外成像仪分别位于第一位置4处和第二位置11处。

计算机用于处理该红外成像仪的数据，使其更加直观地展示给操作者。该计算机可为台式计算机、笔记本电脑或嵌入式计算机等。计算机可以将刷式密封试验件6的温度场的信息转换为随时间的变化曲线，并经过统计分析特定时间段、特定区域的最高温度和平均温度。例如分析刷丝与外环摩擦面的接触处在开始测试后0-100秒、0-30分钟时间段内的最高温度及平均温度。

本发明实施方式的刷式密封动态温度场测量装置在使用时，将合适尺寸的密封对象件8固定在转轴9上，将刷式密封试验件6和刷式密封陪试件7一同安装在安装座10上。然后使转轴9达到设定的转速，并将加压、加温后的气体引入高压腔12中。在设定的转速、温度和压力工作时，利用红外成像仪观察刷式密封装置的整体温度场及外环摩擦面处的最高温度，从而测得刷式密封在不同工况下的动态温度场分布。

本发明的刷式密封动态温度场测量装置，具有如下优点。

1、可以动态测量刷式密封的温度场，实时跟踪温度场的变化。

2、可以快捷的改变刷式密封的工况(环境温度、高压腔与外界压差、转子转速等)，使用方便。

3、能够获得观测点在某段时间内温度随工况变化而变化的趋势。

4、能够获得不同时刻整个刷式密封装置的区域温度场分布，能够获得在某时间段内观测点的温度由于工作环境变化而导致的动态变化情况。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，包括：

底座；

转轴，水平转动设置于所述底座，并在转速可调的动力装置驱动下进行转动；

密封对象件，同轴固定设置于所述转轴，具有与所述转轴同轴的由耐磨涂层构成的圆环形的外环摩擦面；

环形的安装座，固定设置于所述底座并与所述转轴共轴线设置，所述安装座的轴向方向上的两侧分别安装有用于与所述密封对象件的外环摩擦面配合的刷式密封试验件以及刷式密封陪试件，所述刷式密封试验件的刷丝裸露于空气中，所述安装座、刷式密封试验件、刷式密封对象件及刷式密封陪试件组成一个环形的高压腔；

供气装置，用于向所述高压腔内供入不同温度及压力的气体以模拟所述刷式密封试验件的不同工况；

红外成像仪，能够位于一第一位置以及一第二位置；其中，于第一位置处，所述红外成像仪位于所述转轴外侧并与转轴共轴线设置，用于测量所述刷式密封试验件的整体的温度场；于第二位置处，所述红外成像仪位于于所述转轴的外侧，用于测量所述刷式密封试验件与密封对象件的外环摩擦面的接触位置处的最高温度；

计算机，用于处理所述红外成像仪的数据。

2.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述红外成像仪于第二位置处倾斜设置于所述转轴的外侧，并且较所述第一位置更靠近所述刷式密封试验件。

3.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述供气装置包括外接气源以及对气体进行加热的电炉。

4.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述刷式密封试验件及刷式密封陪试件通过孔用弹性挡圈安装于所述安装座的两侧。

5.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述计算机将温度场的信息转换为随时间的变化曲线，并经过统计分析特定时间段、特定区域的最高温度和平均温度。

6.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述刷式密封陪试件及所述刷式密封试验件采用相同的规格。

7.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述刷式密封陪试件及所述刷式密封试验件采用不同的规格。

8.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述计算机为台式计算机或者嵌入式计算机。

9.根据权利要求1所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述动力装置包括电动机以及增速器。

10.根据权利要求1至9中任一所述的刷式密封动态温度场测量装置，其特征在于，所述供气装置还包括消声器。