CN111947933B - 一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置及试验方法，包括试验装置底座；所述试验装置底座上设有依次相连的伺服电机、扭矩转速传感器、试验腔体和电滑环；所述试验腔体包括主轴；所述试验腔体分为轴承腔段和密封件测试段，主轴穿设于试验腔体中部；所述伺服电机与扭矩转速传感器由电机支座支撑，试验腔体由试验腔体固定支座与试验腔体可调支座共同支撑；本发明所述试验腔体可以实现对多种形式、多种尺寸气路动密封的试验功能，包括但不限于多测点压力和温度数据的采集，测量测试密封上游供气流量、密封下游气体泄漏流量、密封上下游气体压力和温度、密封表面温度、试验转盘外表面动态温度。

Description

一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验 装置及试验方法

技术领域

本发明属于动密封试验技术领域，特别涉及一种航空发动机气路动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置及试验方法。

背景技术

典型的航空发动机中存在着多种形式的动密封结构，承担着风扇、压气机和涡轮叶片叶尖、压气机出口与涡轮进口、压气机和涡轮级间、轴承滑油腔、各种附件系统及传动轴端等部位的密封任务。研究表明，密封性能的恶化可导致大型涡扇发动机的燃油消耗率每年增加约1％，而对于小型发动机的内流系统而言则可导致功率损失高达17％、燃油消耗率增加超过7％。由此可见，动密封的性能对航空发动机各部件的工作可靠性和耐久性乃至整机的燃油消耗率和维修成本等方面都起着至关重要的作用。

航空发动机动密封通常工作在高温、高压差和高转速的环境中，因而采用试验研究的手段获得其流动传热与摩擦磨损特性，进而预测其密封性能、工作极限与寿命，对提高动密封的使用安全性与可靠性具有重要意义。此外，结合试验结果，通过对动密封的各项性能进行分析，也有利于开展动密封结构的优化设计研究。

针对现有的航空发动机动密封试验装置而言，仅能够进行多种压差、转子转速以及高温来流等工况下密封装置的泄漏量与磨损量测量，从而获得其密封性能与寿命。然而，动密封引起的转轴摩擦阻力进而导致的发动机轴功率损失以及密封与转子摩擦生热导致的局部温升都会影响密封性能乃至航空发动机的工作效率。因此，开发专用于航空发动机动密封综合性能(包含泄漏、摩擦阻力、传热及磨损与寿命等)测试的试验装置是非常有必要的。

发明内容

发明目的：本发明为了解决背景技术中存在的问题，提供了一种用于模拟高空飞行中航空发动机气路动密封工况环境，并能够进行多种形式、多种尺寸气路动密封泄漏、磨损与寿命、特别是传热及摩擦阻力性能综合测试的试验装置及其试验方法，为航空发动机气路动密封装置的改进设计提供技术支撑。

技术方案：一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，包括试验装置底座；所述试验装置底座上设有依次相连的伺服电机、扭矩转速传感器、试验腔体和电滑环；所述试验腔体包括主轴；所述试验腔体分为轴承腔段和密封件测试段，主轴穿设于试验腔体中部，并通过高速角接触球轴承和高速圆柱滚子轴承支撑，主轴两端均通过止动垫圈配合小圆螺母实现轴向位置限定；所述伺服电机与扭矩转速传感器由固定在试验装置底座上的电机支座支撑，试验腔体由固定在试验装置底座上的试验腔体固定支座与试验腔体可调支座共同支撑；所述伺服电机与扭矩转速传感器通过第一刚性联轴器连接；所述扭矩转速传感器的另一端与试验腔体中的主轴通过第二刚性联轴器连接；所述电滑环采用过孔方式固定在主轴的另一端。

进一步地，所述轴承腔段包括依次安装在主轴上的第一轴套、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、高速圆柱滚子轴承、第二轴套和试验转盘；所述第一角接触球轴承和第二角接触球轴承之间设有轴承间内隔环；与主轴垂直方向依次设有第一油封端盖、第一油封、第一油封与轴承间隔环、第一喷油杆、第一喷油杆组合隔环、轴承腔通气管、回油收集管、第二喷油杆、第二喷油杆组合隔环、第二油封、第二与第三油封间隔环、第三油封、第三油封端盖、密封座、第一指尖密封、第一指尖密封端盖、密封转接座、第二指尖密封、第二指尖密封端盖和盖板；所述第一角接触球轴承与第二角接触球轴承的外圈间通过第一喷油杆组合隔环隔开，内圈间采用轴承间内隔环隔开；所述第一油封与轴承间隔环、第一油封与第一油封端盖，第一油封端盖与试验腔体之间均采用螺栓连接固定；第三油封端盖通过螺栓与试验腔体连接；通过在第一油封端盖、第一油封与轴承间隔环、第一喷油杆组合隔环、第二喷油杆组合隔环与第二与第三油封间隔环上开设槽道，并配合试验腔体轴承腔段上相应的槽道分别形成第一回油通道、第二回油通道、第三回油通道、第四回油通道、第五回油通道；同时在试验腔体轴承腔段的主轴固定端与浮动端分别开设有第一集油通道和第二集油通道。

进一步地，所述第一油封、第二油封与第三油封均包含依次相连的油封前挡板、油封隔片、油封指尖密封片、油封后挡板以及用于连接上述部件的油封装配铆钉；所述油封指尖密封片采用线切割加工工艺，在薄金属板材上加工得到的具有径向柔性的指型悬臂梁结构，所述油封与轴套相互配合，形成密封装置。

进一步地，所述试验腔体密封测试段包括沿圆周切向分布的四个进气管和两个端面上分别沿周向均布的三个出气管、第一指尖密封、第一指尖密封端盖和密封转接座、第二指尖密封和第二指尖密封端盖；所述密封座与试验腔体通过周向均布的圆锥销与螺栓实现定位与连接；所述第一指尖密封与密封座通过圆周面过渡配合的方式连接，并利用第一指尖密封端盖压紧；第一指尖密封端盖通过周向均布的螺栓固定在密封座上，密封转接座通过周向均布的螺栓固定在密封座上；第二指尖密封与密封转接座通过圆周面过渡配合的方式连接，并利用第二指尖密封端盖压紧，第二指尖密封端盖通过周向均布的螺栓固定在密封转接座上；第一指尖密封与第二指尖密封分别布置在以四个进气管轴线所在平面为对称面的两侧；试验转盘固定于主轴上并与第一指尖密封和第二指尖密封形成密封结构；试验转盘通过两个对称分布的平键进行周向定位、通过止动垫片配合小圆螺母进行轴向定位，试验转盘上开设有用于布置温度传感器的小孔以及用于穿设温度传感器引线的螺纹孔；试验腔体密封测试段与盖板之间通过周向均布的圆锥销与螺栓实现定位与连接，盖板与试验转盘配合形成轴端迷宫密封；试验腔体密封测试段在圆周面与端面均开设有若干用于布置引压管或测温传感器的螺纹孔。

进一步地，所述盖板开设有周向均布的盖板定位销孔、用于连接的通孔以及用于电滑环动环导线引出的中心孔，并且还安装有用于排气的周向均布的三个出气管、用于引出第二指尖密封下游气流压力的周向均布的两个密封下游外侧引压管、用于检测第二指尖密封下游端面温度场的红外光学玻璃和用于监测测试密封与转盘工作状态的钢化玻璃；所述红外光学玻璃通过红外光学玻璃压盖压紧且红外光学玻璃压盖与盖板通过螺栓连接；所述钢化玻璃通过钢化玻璃压盖压紧且钢化玻璃压盖与盖板通过螺栓连接。

进一步地，所述试验腔体可调支座包括滑轨底座、调节丝杆、第一支撑块、第二支撑块和卡箍；所述第一支撑块中部开设有正向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，所述第二支撑块中部开设有反向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，滑轨底座开设“T”型滑轨槽；第一支撑块与第二支撑块通过底部“T”型块可在滑轨底座上滑动；第一支撑块与第二支撑块配合形成“V”字型支撑块，用于支撑试验腔体，调节丝杆穿设于第一支撑块与第二支撑块间，用于调节二者间距以及试验腔体中主轴的高度；卡箍通过长螺杆一端与第一支撑块相连，另一端与第二支撑块相连，将试验腔体与试验腔体可调支座连接固定。

一种采用上述航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置的试验方法，所述试验腔体可以进行多测点压力和温度数据的采集，包含用于测试密封上游气体压力测量的密封上游引压铜管，用于第一指尖密封下游气流总压与静压测量的密封下游内侧引压管，用于第二指尖密封下游气流总压与静压测量的密封下游外侧引压管，用于测试密封上游气流温度测量的密封上游测温热电阻，用于第一指尖密封以及第二指尖密封下游气流温度测量的密封下游测温热电阻，用于试验转盘外表面温度测量的转盘测温热电偶，用于指尖密封温度测量的密封测温热电偶，用于轴承外环温度监测的轴承测温热电偶；密封下游引压管均包含端面布置的总压孔和圆周面布置的静压孔，如密封下游外侧第一引压管的密封下游外侧第一引压管静压孔与密封下游外侧第一引压管总压孔。

进一步地，所述试验腔体可以用于篦齿密封试验；具体地，将第一指尖密封与第一指尖密封端盖替换为台阶齿篦齿密封衬套，将密封转接座、第二指尖密封与第二指尖密封端盖替换为直齿篦齿密封衬套，将试验转盘替换为篦齿密封转盘，篦齿密封转盘与台阶齿篦齿密封衬套配合，形成台阶齿篦齿密封；所述篦齿密封转盘与直齿篦齿密封衬套配合，形成直齿篦齿密封，此时可以进行篦齿气路动密封的试验测试。

有益效果：本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下效果：

1、本发明所提供的一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置及测试方法其试验腔体采用卧式工装、方便密封件和试验转盘的拆换；试验腔体为单轴悬臂结构，密封件测试段为桶式对称结构可消除轴向力并同时进行两组试验件的试验；试验腔体主要部件上均留有适当数量的反顶螺纹孔、组装定位销孔和吊装螺栓孔，方便拆装、定位于吊装。

2、试验腔体采用圆周面四个切向进气口，两侧端面各三个出气口排气，从而保证进排气均匀稳定，设置的油封及轴端迷宫密封气密性良好；试验腔体所有零部件在加工制造过程中均进行了固溶处理，具有较均匀和稳定的热变形特性，可以进行高温空气来流状态的试验；试验腔体各部件的强度已经全面校核满足要求。

3、试验装置的制造和装配精度较高：试验腔体与试验腔体固定支座、密封座与试验腔体以及盖板与试验腔体之间都有一个定位的工装，通过这三处工装可以在装配过程中进行盖板、密封座及试验腔体的定位，保证各主要零部件装配同轴度满足要求；试验腔体、伺服电机与扭矩转速传感器三者之间通过两个刚性联轴器连接，通过专用工装可确保其装配同轴度满足要求，从而可以进行测试密封摩擦阻力的测量。

4、本发明使用伺服电机连续调节转轴转速，润滑油循环供给确保可进行长时间耐久性试验；校核转动部件的刚度、强度、挠度、临界转速以及动平衡性能满足使用要求。

5、试验装置可测量的参数种类丰富、测点数量多、测量精度高，包括测试密封上游供气流量、测试密封下游气体泄漏流量、测试密封上下游气体压力和温度、测试密封表面温度、试验转盘外表面动态温度、密封下游端面温度场、轴承外圈温度以及转轴的扭矩和转速。

附图说明

图1是本发明提供的航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置结构示意图；

图2是本发明提供的试验腔体可调支座装置的结构示意图；

图3是本发明提供的试验腔体的结构示意图；

图4是本发明提供的试验腔体轴承腔段的结构示意图；

图5是本发明提供的油封装置的结构示意图；

图6是本发明提供的试验腔体试验件测试段的结构示意图(安装指尖密封)；

图7是本发明提供的试验腔体试验件测试段的结构示意图(安装篦齿密封)；

图8是本发明提供的试验腔体主要压力、温度测点布局示意图(以指尖密封为例)；

图9是本发明提供的试验腔体盖板的结构示意图。

附图标记说明：

1-伺服电机；2-第一刚性联轴器；3-扭矩转速传感器；4-第二刚性联轴器；5-试验腔体；6-电滑环；7-试验腔体固定支座；8-试验腔体可调支座；9-试验装置底座；10-电机支座；11-主轴；12-第一油封；13.1-第一喷油杆；13.2-第二喷油杆；14-轴承腔通气管；15.1-第一出气管；15.3-第三出气管；15.4-第四出气管；15.5-第五出气管；15.6-第六出气管；16-第二油封；17-第二与第三油封间隔环；18-第三油封；19-第三油封端盖；20.1-密封下游第一测温热电阻；20.4-密封下游第四测温热电阻；20.5-密封下游第五测温热电阻；21.1-第一进气管；21.3-第三进气管；22.1-密封上游第一引压铜管；22.2-密封上游第二引压铜管；23.1-密封上游第一测温热电阻；23.2-密封上游第二测温热电阻；24-密封转接座；25-盖板；26.1-密封下游外侧第一引压管；26.11-密封下游外侧第一引压管静压孔；26.12-密封下游外侧第一引压管总压孔；26.2-密封下游外侧第二引压管；27-试验转盘；28-第二指尖密封；29-密封座；30-第一指尖密封；31.1-密封下游内侧第一引压管；32-回油收集管；33-第二喷油杆组合隔环；34-第一喷油杆组合隔环；35-第一油封与轴承间隔环；36-第一油封端盖；37.1-第一氟橡胶密封圈；37.2-第二氟橡胶密封圈；38-第二轴套；39-两球轴承间内隔环；40-第一轴套；41.1-转盘第一测温热电偶；41.2-转盘第二测温热电偶；42.1-密封第一测温热电偶；42.2-密封第二测温热电偶；43.1-轴承第一测温热电偶；43.2-轴承第二测温热电偶；43.3-轴承第三测温热电偶；44.1-第一指尖密封端盖；44.2-第二指尖密封端盖；45-台阶齿篦齿密封衬套；46-直齿篦齿密封衬套；47-篦齿密封转盘；81-滑轨底座；82-调节丝杆；83-第一支撑块；84-第二支撑块；85-卡箍；121-油封后挡板；122-油封装配铆钉；123-油封指尖密封片；124-油封隔片；125-油封前挡板；251-钢化玻璃压盖；252-钢化玻璃；253.1-盖板第一定位销孔；253.2-盖板第二定位销孔；254-红外光学玻璃；255-红外光学玻璃压盖；501-第五回油通道；502-第四回油通道；503-第二集油通道；504-第一集油通道；505-第三回油通道；506-第二回油通道；507-第一回油通道；508-轴端迷宫密封。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

本发明提供了一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，如图1-6及8-9所示，包括试验装置底座9，试验装置底座9上设有依次相连的伺服电机1、扭矩转速传感器3、试验腔体5和电滑环6，伺服电机1与扭矩转速传感器3由固定在试验装置底座9上的电机支座10支撑，试验腔体5由固定在试验装置底座9上的试验腔体固定支座7与试验腔体可调支座8共同支撑，伺服电机1与扭矩转速传感器3的一端通过第一刚性联轴器2相连，扭矩转速传感器3的另一端与试验腔体5的主轴11的一端通过第二刚性联轴器4相连，电滑环6采用过孔方式固定在主轴11的另一端。

其中伺服电机1控制主轴11的转速，扭矩转速传感器3监测主轴11的扭矩与转速，试验腔体5完成主轴轴承的润滑、冷却以及测试密封件上下游压力、泄漏量与温度等性能参数的采集，电滑环6传导布置在试验转盘27上测温热电偶的电信号，试验腔体可调支座8调节扭矩转速传感器3与主轴11的同轴度。装配时首先将试验腔体5通过圆锥定位销和螺栓固定在试验腔体固定支座7上，并将试验腔体固定支座7与试验装置底座9连接固定；其次，利用试验腔体可调支座8调节主轴11的轴线两端处于同一高度并将试验腔体可调支座8与试验装置底座9连接固定；再次，初步确定电机支座10的位置并将其与试验装置底座9连接固定，利用第二刚性联轴器4连接扭矩转速传感器3与主轴11并通过扭矩转速传感器3底部的“U”型螺栓孔以及在底部垫薄铜片的方式来调整其轴线与主轴11轴线的同轴度；最后，利用第一刚性联轴器2连接伺服电机1与扭矩转速传感器3并通过电机支座10上部的“U”型螺栓孔以及在伺服电机1底部垫薄铜片的方式来调整其轴线与扭矩转速传感器3轴线的同轴度。

试验腔体5包含主轴11上依次相连的第一轴套40、两个高速角接触球轴承以及两球轴承间内隔环39、高速圆柱滚子轴承、第二轴套38和试验转盘27；同时包含沿轴向依次布置的第一油封端盖36、第一油封12、第一油封与轴承间隔环35、第一喷油杆13.1、第一喷油杆组合隔环34、轴承腔通气管14、回油收集管32、第二喷油杆13.2、第二喷油杆组合隔环33、第二油封16、第二与第三油封间隔环17、第三油封18、第三油封端盖19、密封座29、第一指尖密封30、第一指尖密封端盖44.1、密封转接座24、第二指尖密封28、第二指尖密封端盖44.2和盖板25等固定部件。主轴11穿设于试验腔体5中部并通过两个高速角接触球轴承和一个高速圆柱滚子轴承支撑，主轴11两端均通过止动垫圈配合小圆螺母实现轴向位置限定。试验腔体5又可分为轴承腔段(如图4所示)和密封件测试段(如图6和图7所示)两个部分，试验腔体轴承腔段为主轴轴承提供润滑与冷却，试验腔体密封件测试段是测试密封与转盘及关键压力、温度测点安装空间。

其中，试验腔体5轴承腔段的主轴11轴向固定端设有依次相连的两个高速角接触球轴承，其中两个角接触球轴承通过背对背的布置方式确保主轴不会产生轴向位移，且二者的外圈与内圈分别采用第一喷油杆组合隔环34和两球轴承间内隔环39隔开；第一油封与轴承间隔环35、第一油封12与第一油封端盖36，第一油封端盖36通过周向均布的八个内六角螺栓与试验腔体5连接。试验腔体5轴承腔段的主轴11轴向浮动端设有依次相连的高速圆柱滚子轴承。圆柱滚子轴承允许主轴轴向热胀冷缩时在一定游隙范围内浮动。第二喷油杆组合隔环33、第二油封16、第二与第三油封间隔环17、第三油封18和第三油封端盖19，第三油封端盖19通过周向均布的八个内六角螺栓与试验腔体5连接。通过在第一油封端盖36、第一油封与轴承间隔环35、第一喷油杆组合隔环34、第二喷油杆组合隔环33与第二与第三油封间隔环17上开设槽道并配合试验腔体5轴承腔段上相应的槽道分别形成第一回油通道507、第二回油通道506、第三回油通道505、第四回油通道502、第五回油通道501，此外，通过在试验腔体5轴承腔段的主轴11固定端与浮动端分别开设有第一集油通道504和第二集油通道503。轴承润滑冷却系统工作时，在试验腔体5轴承腔段的主轴11固定端，冷的润滑油通过第一喷油杆13.1进入第一喷油杆组合隔环34，之后将润滑油分别喷射至两个高速角接触球轴承的球体上用于润滑和冷却轴承，一部分润滑油经由第三回油通道505汇集至第一集油通道504，另一部润滑油则经由第二回油通道506汇集至第一集油通道504，还有一部分润滑油通过第一油封12与第一轴套40配合形成的密封泄漏至第一回油通道507并汇集至第一集油通道504；在试验腔体5轴承腔段的主轴11浮动端，冷的润滑油通过第二喷油杆13.2进入第二喷油杆组合隔环33，之后将润滑油喷射至高速圆柱滚子轴承的滚体上用于润滑和冷却轴承，一部分润滑油经由第四回油通道502汇集至第二集油通道503，另一部润滑油则通过第二油封16与第二轴套38配合形成的密封泄漏至第五回油通道501并汇集至第二集油通道503；第一集油通道504和第二集油通道503内热的润滑油最终通过回油收集管32流出试验腔体5，本实施例中采用的轴承润滑油为壳牌万利得S2 B 32工业轴承与循环润滑油，与该牌号润滑油粘度与使用条件相近的润滑油均可采用。试验腔体5轴承腔段的两端均开设有环形槽，槽内分别安装有位于第一油封端盖36和试验腔体5之间的第一氟橡胶密封圈37.1以及位于第三油封端盖19和试验腔体5之间的第二氟橡胶密封圈37.2，第一氟橡胶密封圈37.1与第二氟橡胶密封圈37.2均为“O”型氟橡胶密封圈，能够进一步防止润滑油泄漏，氟橡胶的极限工作温度大于本试验装置允许的最高工作温度。此外，轴承腔通气管14的作用在于控制轴承腔内空气压力以防止由于轴承腔内气压过大所导致的润滑油泄漏。

第一油封12、第二油封16与第三油封18结构类似，如图5所示，均包含依次相连的油封前挡板125、油封隔片124、若干层油封指尖密封片123(其中第一油封12包含八片、第二油封16包含五片与第三油封18包含八片)、油封后挡板121以及用于连接上述部件的油封装配铆钉122，油封指尖密封片123是采用线切割加工工艺在薄的金属板材上加工得到的具有径向柔性的若干个指型悬臂梁结构，油封与轴套相互配合形成密封装置用于阻碍润滑油的泄漏。

试验腔体5密封测试段包含圆周面周向均布的沿圆周切线方向的四个进气管21以及两个端面每侧各周向均布的三个出气管15、密封座29，第一指尖密封30、第一指尖密封端盖44.1和密封转接座24、第二指尖密封28和第二指尖密封端盖44.2，密封座29与试验腔体5通过周向均布的四个圆锥销定位、十六个螺栓连接，第一指尖密封30与密封座29通过圆周面过渡配合的方式连接并利用第一指尖密封端盖44.1压紧，第一指尖密封端盖44.1通过周向均布的二十四个内六角螺栓固定在密封座29上，密封转接座24通过周向均布的二十四个内六角螺栓固定在密封座29上，第二指尖密封28与密封转接座24通过圆周面过渡配合的方式连接并利用第二指尖密封端盖44.2压紧，第二指尖密封端盖44.2通过周向均布的二十四个内六角螺栓固定在密封转接座24，两件测试密封分别布置在以进气管21轴心为对称面的两侧；试验转盘27固定于主轴11上并与第一指尖密封30和第二指尖密封28形成密封结构，试验转盘27通过两个对称分布的平键进行周向定位、通过止动垫片配合小圆螺母进行轴向定位，试验转盘27上开设有用于布置温度传感器的小孔以及用于穿设温度传感器引线的螺纹孔；试验腔体5密封测试段与盖板25之间通过周向均布的两个圆锥销定位、十六个螺栓连接，盖板25与试验转盘27配合形成轴端迷宫密封508用于阻碍气体经由电滑环6引线孔的泄漏；此外，试验腔体5密封测试段在圆周面与端面均开设有数量不等的螺纹孔用于引压管或测温传感器的布置。

试验腔体盖板25开设有周向均布的两个圆锥盖板定位销孔253、用于连接的周向均布的十六个通孔以及用于电滑环6动环导线引出的中心孔，安装有用于排气的周向均布的三个出气管15、用于引出第二指尖密封28下游气流压力的周向均布的两个密封下游外侧引压管26、用于检测第二指尖密封28下游端面温度场的红外光学玻璃254以及用于监测测试密封与转盘工作状态的钢化玻璃252，红外光学玻璃254通过红外光学玻璃压盖255压紧且红外光学玻璃压盖255与盖板25通过十八个内六角螺栓连接，钢化玻璃252通过钢化玻璃压盖251压紧且钢化玻璃压盖251与盖板25通过二十一个内六角螺栓连接。

试验腔体可调支座8包括滑轨底座81、调节丝杆82、第一支撑块83、第二支撑块84和卡箍85，第一支撑块83中部开设有正向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，第二支撑块84中部开设有反向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，滑轨底座81开设“T”型滑轨槽，第一支撑块83与第二支撑块84通过底部“T”型块可在滑轨底座81上滑动，第一支撑块83与第二支撑块84配合形成“V”字型支撑试验腔体5，调节丝杆82穿设于第一支撑块83与第二支撑块84用于调节二者间距以及试验腔体5主轴11的高度，卡箍85利用长螺杆一端与第一支撑块83相连、另一端与第二支撑块84相连从而将固定试验腔体5与试验腔体可调支座8连接固定。

值得一提的是，所述试验腔体5密封测试段除了指尖密封外还可以进行其他类型气路动密封的试验测试，如图7所示。进行篦齿密封试验时可以将第一指尖密封30与第一指尖密封端盖44.1替换为台阶齿篦齿密封衬套45，将密封转接座24、第二指尖密封28与第二指尖密封端盖44.2替换为直齿篦齿密封衬套46，将试验转盘27替换为篦齿密封转盘47，由此，篦齿密封转盘47与台阶齿篦齿密封衬套45和直齿篦齿密封衬套46可分别配合形成台阶齿篦齿密封和直齿篦齿密封。

采用上述航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置可以进行多测点压力和温度数据的采集，具体包含：

(1)用于测试密封上游气体压力测量的密封上游第一引压铜管22.1和密封上游第二引压铜管22.2，在本实施例中，引压铜管通过耐温胶水粘贴在试验腔体5外圈上。在实际使用过程中，可根据使用需求更换不影响试验结果的粘贴方式，引压铜管可将密封上游的高压气体引入试验装置外部的压力变送器。压力变送器为现有成熟技术设备；

(2)用于第一指尖密封30下游气流总压与静压测量的密封下游内侧第一引压管31.1，用于第二指尖密封28下游气流总压与静压测量的密封下游外侧第一引压管26.1和密封下游外侧第二引压管26.2，密封下游外侧第一引压管26.1、密封下游外侧第二引压管26.2和密封下游内侧第一引压管31.1均包含端面布置的总压孔(如26.12)和圆周面布置的静压孔(如26.11)，引压管可将密封下游的气体引入试验装置外部的压力变送器，压力变送器为现有成熟技术设备，此外引压管均采用螺纹方式与试验腔体5进行连接。

(3)用于测试密封上游气流温度测量的密封上游第一测温热电阻23.1和密封上游第二测温热电阻23.1，在本实施例中，密封上游温度采用PT100铂电阻进行测量，其通过螺纹方式固定在试验腔体5的外圆上，PT100铂电阻的引线一端与外部的温度测量装置相连，温度测量装置为现有成熟技术设备且可实时显示密封上游来流温度，从而便于操作人员对试验条件进行精准的控制；

(4)用于第一指尖密封30下游气流温度测量的密封下游第四测温热电阻20.4和密封下游第五测温热电阻20.5，用于第二指尖密封28下游气流温度测量的密封下游第一测温热电阻20.1，在本实施例中，密封下游温度采用PT100铂电阻进行测量，其通过螺纹方式固定在试验腔体5的外圆上，PT100铂电阻的引线一端与外部的温度测量装置相连，温度测量装置为现有成熟技术设备；

(5)用于试验转盘47外表面温度测量的转盘第一测温热电偶41.1和转盘第二测温热电偶41.2，转盘测温热电偶采用一毫米的“T”型热电偶并布置在试验转盘47轮缘内圈侧的测温孔中，热电偶引线通过试验转盘47上开设的螺纹孔引出并与电滑环6的动环引线相连接，电滑环6静环引线与外部的温度测量装置相连，温度测量装置为现有成熟技术设备，在本实施例中，转盘测温热电偶引线通过耐温胶水粘贴或金属薄片点焊压紧的方法固定在试验转盘47上，在实际使用过程中，可根据使用需求更换不影响试验结果的固定方式；

(6)用于第一指尖密封30温度测量的密封第二测温热电偶42.2和用于第二指尖密封28温度测量的密封第一测温热电偶42.1，密封测温热电偶采用一毫米的“T”型热电偶并布置在测试指尖密封后挡板的测温孔中，热电偶引线通过试验腔体5上开设的螺纹孔引出并与外部的温度测量装置相连，温度测量装置为现有成熟技术设备，在本实施例中，密封测温热电偶引线通过耐温胶水粘贴在试验腔体5上，在实际使用过程中，可根据使用需求更换不影响试验结果的粘贴方式；

(7)用于轴承外环温度监测的轴承第一测温热电偶43.1、轴承第二测温热电偶43.2和轴承第三测温热电偶43.3，轴承测温热电偶采用两毫米的“T”型热电偶并布置在试验腔体5轴承腔段的三个测温孔中；在本实施例中，轴承热电偶均通过耐温胶水粘贴在试验腔体5外圈上，在实际使用过程中，可根据使用需求更换不影响试验结果的粘贴方式。

另外需要说明的是，在本实施例中，伺服电机1、扭矩转速传感器3、电滑环6、“T”型测温热电偶和PT100测温热电阻均为现有成熟技术设备，能够产生相同工作效果的现有设备均可采用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，其特征在于，包括试验装置底座；所述试验装置底座上设有依次相连的伺服电机、扭矩转速传感器、试验腔体和电滑环；所述试验腔体包括主轴；所述试验腔体分为轴承腔段和密封件测试段，主轴穿设于试验腔体中部，并通过高速角接触球轴承和高速圆柱滚子轴承支撑，主轴两端均通过止动垫圈配合小圆螺母实现轴向位置限定；所述伺服电机与扭矩转速传感器由固定在试验装置底座上的电机支座支撑，试验腔体由固定在试验装置底座上的试验腔体固定支座与试验腔体可调支座共同支撑；所述伺服电机与扭矩转速传感器通过第一刚性联轴器连接；所述扭矩转速传感器的另一端与试验腔体中的主轴通过第二刚性联轴器连接；所述电滑环采用过孔方式固定在主轴的另一端；所述轴承腔段包括依次安装在主轴上的第一轴套、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、高速圆柱滚子轴承、第二轴套和试验转盘；所述第一角接触球轴承和第二角接触球轴承之间设有轴承间内隔环；与主轴垂直方向依次设有第一油封端盖、第一油封、第一油封与轴承间隔环、第一喷油杆、第一喷油杆组合隔环、轴承腔通气管、回油收集管、第二喷油杆、第二喷油杆组合隔环、第二油封、第二与第三油封间隔环、第三油封、第三油封端盖、密封座、第一指尖密封、第一指尖密封端盖、密封转接座、第二指尖密封、第二指尖密封端盖和盖板；所述第一角接触球轴承与第二角接触球轴承的外圈间通过第一喷油杆组合隔环隔开，内圈间采用轴承间内隔环隔开；所述第一油封与轴承间隔环、第一油封与第一油封端盖，第一油封端盖与试验腔体之间均采用螺栓连接固定；第三油封端盖通过螺栓与试验腔体连接；通过在第一油封端盖、第一油封与轴承间隔环、第一喷油杆组合隔环、第二喷油杆组合隔环与第二与第三油封间隔环上开设槽道，并配合试验腔体轴承腔段上相应的槽道分别形成第一回油通道、第二回油通道、第三回油通道、第四回油通道、第五回油通道；同时在试验腔体轴承腔段的主轴固定端与浮动端分别开设有第一集油通道和第二集油通道。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，其特征在于，所述第一油封、第二油封与第三油封均包含由油封装配铆钉依次连接的油封前挡板、油封隔片、油封指尖密封片以及油封后挡板；所述油封指尖密封片采用线切割加工工艺，在薄金属板材上加工得到的具有径向柔性的指型悬臂梁结构，所述油封与轴套相互配合，形成密封装置。

3.根据权利要求1所述的一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，其特征在于，所述试验腔体密封测试段包括沿圆周切向分布的四个进气管和两个端面上分别沿周向均布的三个出气管、密封座、第一指尖密封、第一指尖密封端盖和密封转接座、第二指尖密封和第二指尖密封端盖；所述密封座与试验腔体通过周向均布的圆锥销与螺栓实现定位与连接；所述第一指尖密封与密封座通过圆周面过渡配合的方式连接，并利用第一指尖密封端盖压紧；第一指尖密封端盖通过周向均布的螺栓固定在密封座上，密封转接座通过周向均布的螺栓固定在密封座上；第二指尖密封与密封转接座通过圆周面过渡配合的方式连接，并利用第二指尖密封端盖压紧，第二指尖密封端盖通过周向均布的螺栓固定在密封转接座上；第一指尖密封与第二指尖密封分别布置在以四个进气管轴线所在平面为对称面的两侧；试验转盘固定于主轴上并与第一指尖密封和第二指尖密封形成密封结构；试验转盘通过两个对称分布的平键进行周向定位、通过止动垫片配合小圆螺母进行轴向定位，试验转盘上开设有用于布置温度传感器的小孔以及用于穿设温度传感器引线的螺纹孔；试验腔体密封测试段与盖板之间通过周向均布的圆锥销与螺栓实现定位与连接，盖板与试验转盘配合形成轴端迷宫密封；试验腔体密封测试段在圆周面与端面均开设有若干用于布置引压管或测温传感器的螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，其特征在于，所述盖板开设有周向均布的盖板定位销孔、用于连接的通孔以及用于电滑环动环导线引出的中心孔，并且还安装有用于排气的周向均布的三个出气管、用于引出第二指尖密封下游气流压力的周向均布的两个密封下游外侧引压管、用于检测第二指尖密封下游端面温度场的红外光学玻璃和用于监测测试密封与转盘工作状态的钢化玻璃；所述红外光学玻璃通过红外光学玻璃压盖压紧且红外光学玻璃压盖与盖板通过螺栓连接；所述钢化玻璃通过钢化玻璃压盖压紧且钢化玻璃压盖与盖板通过螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置，其特征在于，所述试验腔体可调支座包括滑轨底座、调节丝杆、第一支撑块、第二支撑块和卡箍；所述第一支撑块中部开设有正向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，所述第二支撑块中部开设有反向螺纹孔且底部设有“T”型滑块，滑轨底座开设“T”型滑轨槽；第一支撑块与第二支撑块通过底部“T”型块可在滑轨底座上滑动；第一支撑块与第二支撑块配合形成“V”字型支撑块，用于支撑试验腔体，调节丝杆穿设于第一支撑块与第二支撑块间，用于调节二者间距以及试验腔体中主轴的高度；卡箍通过长螺杆一端与第一支撑块相连，另一端与第二支撑块相连，将试验腔体与试验腔体可调支座连接固定。

6.一种采用如权利要求1所述的航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验腔体可以进行多测点压力和温度数据的采集，包含用于测试密封上游气体压力测量的密封上游引压铜管，用于第一指尖密封下游气流总压与静压测量的密封下游内侧引压管，用于第二指尖密封下游气流总压与静压测量的密封下游外侧引压管，用于测试密封上游气流温度测量的密封上游测温热电阻，用于第一指尖密封以及第二指尖密封下游气流温度测量的密封下游测温热电阻，用于试验转盘外表面温度测量的转盘测温热电偶，用于指尖密封温度测量的密封测温热电偶，用于轴承外环温度监测的轴承测温热电偶；密封下游引压管均包含端面布置的总压孔和圆周面布置的静压孔，包括密封下游外侧第一引压管的密封下游外侧第一引压管静压孔与密封下游外侧第一引压管总压孔。

7.根据权利要求6所述的采用航空发动机动密封泄漏、传热、摩擦、磨损特性综合试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验腔体可以用于篦齿密封试验；具体地，将第一指尖密封与第一指尖密封端盖替换为台阶齿篦齿密封衬套，将密封转接座、第二指尖密封与第二指尖密封端盖替换为直齿篦齿密封衬套，将试验转盘替换为篦齿密封转盘，篦齿密封转盘与台阶齿篦齿密封衬套配合，形成台阶齿篦齿密封；所述篦齿密封转盘与直齿篦齿密封衬套配合，形成直齿篦齿密封，此时可以进行篦齿气路动密封的试验测试。

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