CN112683457A - 一种用于apu前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其包括安装支架，安装支架上安装有气封腔体、轴承腔体、高速轴承、芯轴和轴承封严；轴承封严与高速轴承安装在芯轴上，轴承腔体固定在气封腔体，并采用O型圈进行密封；芯轴上、位于轴承封严的气体侧可拆卸传动安装有一气封轴，气封轴为刀锋封严结构；气封腔体设有气体接口，气体接口通过管路连接至压缩气源部或真空部；安装支架的端盖处还设有滑油喷嘴，滑油喷嘴通过管路连接滑油泵。该发明设计可用于模拟轴承封严在APU中的运行状态，并测试在此状态下轴承封严的密封性能，保证封严件在运行过程中的密封性能满足使用需求，从而进一步检验维修工艺满足零件使用需求。

Description

一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置

技术领域

本发明涉及轴承转子封严测试技术领域，具体涉及一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置。

背景技术

在航空发动机的各个系统中，滑油润滑系统对发动机的性能和使用寿命起着至关重要的作用。而对高速轴承的润滑又离不开另外一个关键因素，密封性。因此，如何在高速旋转的轴承部位实现对滑油的密封成为了关键的问题；若密封性不好，造成滑油泄漏，将严重影响发动机的运行，甚至造成安全隐患。

目前，普通的密封方式，如密封圈、接触式密封等，能在静态下实现良好的密封性。然而，发动机的主轴转速几乎都在每分钟几万转以上，在如此高的转速下，普通密封件的寿命完全不能满足发动机的使用要求；而且航线更换密封圈难以实现，如此，则需要密封件具有另外一个特性，长寿命特性。

辅助动力装置作为一款小型的航空发动机，其主轴上也安装有高速轴承，而轴承的运转离不开润滑，APU主轴转速约为50000转/分钟，在如此高的转速下，要想实现对滑油的密封十分困难。

目前，一些OEM厂针对此类应用设计了轴承封严结构，其轴承封严分为密封转子部分和碳封严静子部分，转子件与主轴相连，碳封严则安装在轴承壳体上，转子和静子为端面密封结构，可既不影响主轴高速旋转，同时又实现了对轴承滑油的密封。且当APU停机时，密封转子和碳封严可紧密贴合，防止滑油泄漏。在APU启动加速至最终转速的过程中，初始阶段依然依靠转子和碳封严的紧密贴合来实现密封。

当转速达到一定值后，高速旋转的密封转子和碳封严的接触面之间将形成一层非常薄的高压气膜，气膜将使封严转子和碳封脱离，可避免高速旋转的密封转子和碳封严之间的磨损，从而极大的提高了轴承封严的使用寿命。

然而，在对轴承封严零件的深度修理过程中，需要对密封转子以及碳封严磨损的密封面进行修复。且为了确保修理后的密封件能够满足发动机的使用性能要求，则需要对修复后的轴承封严零件进行密封性能及使用寿命测试。轴承封严需要在多种设定状态下满足所有的测试要求，才能保证按照特定的修理工艺修复后的零件能够满足持续性适航的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于模拟轴承封严在APU中的运行状态，并测试在此状态下轴承封严的密封性能，保证封严件在运行过程中的密封性能满足使用需求，从而检验维修工艺满足零件使用需求的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其包括安装支架，在安装支架上安装有气封腔体、轴承腔体、高速轴承、芯轴和轴承封严；轴承封严与高速轴承配合紧固安装在芯轴上，轴承腔体固定在气封腔体，并采用O型圈进行密封；芯轴上、位于轴承封严的气体侧可拆卸传动安装有一气封轴，气封轴为刀锋封严结构；气封腔体设有气体接口，气体接口通过管路连接至压缩气源部或真空部，压缩气源部或真空部的压力可调；安装支架的端盖处还设有滑油喷嘴，滑油喷嘴通过管路连接滑油泵。

进一步地，安装支架呈环形密封腔体式结构。

进一步地，轴承封严包括封严转子和碳封严静子，封严转子与高速轴承均固定在芯轴上，且封严转子的外侧安装在轴承腔体中；碳封严静子安装在轴承腔体内，封严转子和碳封严静子为端面配合密封。

进一步地，碳封严安装在轴承腔体的开口侧，并用O型圈密封。

进一步地，封严转子与芯轴过盈配合。

进一步地，芯轴上、位于轴承封严的气体侧采用拉轴和端齿啮合的方式与气封轴相连。

进一步地，刀锋封严的安装部位，即气封腔体端部的圆环内壁喷涂有可磨耗涂层。

进一步地，气封轴连接驱动轴，并由驱动轴驱动旋转，驱动轴通过高速电机或气动涡轮进行驱动。

本发明的有益效果为：该用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置通过对其结构的设计，使其可模拟轴承封严在APU中的运行状态，并测试在此状态下轴承封严的密封性能，保证封严件在运行过程中的密封性能满足使用需求，从而进一步检验维修工艺满足零件使用需求。且其结构精密，加工及配合精度均较高，能够最大限度地减小在运转过程中的振动，防止外来振动对碳封严使用寿命测试造成影响。

附图说明

图1示意性地给出了用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置的结构示意图。

其中：1、安装支架；2、气封腔体；3、轴承腔体；4、高速轴承；5、芯轴；6、气封轴；7、端盖；8、封严转子；9、碳封严静子；10、滑油喷嘴；11、拉轴；12、锁紧螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合实施例进行具体说明。

根据本申请的一种实施方式，提出了一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，用于对现代民航客机辅助动力装置前轴承转子封严深度维修的密封性能及寿命进行测试。

具体地，如图1所示，该用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置包括安装支架1，在安装支架1上安装有气封腔体2、轴承腔体3、高速轴承4、芯轴5和轴承封严。

安装支架1设计为环形密封腔体式结构，可以在测试过程中，实现对滑油的密封。

轴承封严与高速轴承4配合紧固安装在芯轴5上，轴承腔体3固定在气封腔体2，具体轴承腔体3通过螺钉锁紧的方式固定在气封腔体2中，并采用O型圈进行密封。

其中，轴承封严包括封严转子8和碳封严静子9，封严转子8与高速轴承4均固定在芯轴5上，且封严转子8的外侧安装在轴承腔体3中。

封严转子8安装在芯轴5上，具体通过锁紧螺母12将其固定在芯轴5上，且封严转子8与芯轴5过盈配合。

碳封严则安装在轴承腔体3之中，具体安装在轴承腔体3的开口侧，并通过O型圈进行密封，封严转子8和碳封严为端面配合密封。

该用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置的芯轴5上、位于轴承封严的气体侧可拆卸传动安装有一气封轴6。

其采用可拆卸的气封轴6的设计方式，可以在不完全拆解测试装置的情况下更换碳封严，可极大的提高测试过程中更换碳封严的效率。

还可进一步优化设计地，令芯轴5上、位于轴承封严的气体侧采用拉轴11和端齿啮合的方式与气封轴6相连，气封轴6通过芯轴5中心的拉轴11和端齿结构实现配合和驱动。

同时，将气封轴6设计为刀锋封严结构，在实际操作中，可实现对气流的阻碍作用。

并且在刀锋封严的安装部位，即气封腔体2端部的圆环内壁喷涂有可磨耗涂层，可磨耗涂层的优势在于能够在当高速旋转的芯轴5发生轴线偏离时，最大限度的减少芯轴5与内壁撞击时的损伤和磨损，且磨损后的涂层形成的沟槽仍然具有良好的密封性。

气封腔体2设有气体接口，气体接口通过管路连接至压缩气源部或真空部，且压缩气源部或真空部的压力可调；使其能够模拟轴承封严的运行状态，在不同的气体压力状态下，测试轴承封严的密封性能。

在具体实施中，本发明设计的气体接口，既可以连接通入高压气体，模拟APU运行过程中的高压状态。

同时，也可以连接真空部，模拟APU在高空飞行时停机状态下的低压环境；从而模拟APU运行过程中的高压或者负压气体状态。

该APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置的安装支架1的端盖7处还设有滑油喷嘴10，滑油喷嘴10通过管路连接滑油泵，可优选滑油泵地供油速率1.2L/min，在测试过程中可实现对高速轴承4的持续润滑和冷却。

其端盖7用于与安装支架1进行安装连接，将整个芯轴5组件密封在安装支架1的密封腔内。

在具体实施中，该用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置可模拟轴承封严在多种状态下的运行状态，并对各个状态下的密封性能进行测试。

当不连接进行滑油泵和气源部供给时，可模拟测试在地面停机状态下轴承封严的密封性能。

当连接进行滑油泵和气源部供给时，可模拟测试在高速运转状态下轴承封严的密封性能。

当连接进行滑油泵和真空部供给时，可模拟测试在飞行途中，高空停机状态下轴承封严的密封性能。

在实际操作中，气封轴6连接驱动轴，并由驱动轴驱动旋转，驱动轴通过高速电机或气动涡轮进行驱动。在气封轴6转动时，气封轴6通过端齿结构驱动芯轴5旋转，由于封严转子8与芯轴5过盈配合，因此芯轴5转动带动封严转子8旋转。

在测试装置的运行过程中，碳封严都处于静止状态，保持密封面与封严转子8紧密贴合。

当测试转速增大到一定数值后，被封严转子8压入密封面的高压空气将形成一层稳定的气膜，在气膜的作用下，碳封严将和封严转子8彻底脱离，几乎完全避免了高速旋转运动带来的磨损，同时，稳定的气膜也能将滑油阻隔开，防止滑油从间隙泄漏。

但是在测试启动，加速至气膜形成的过程中，还是会有接触磨损产生。当磨损达到一定程度后，气膜将无法形成，此后，封严会以极快的速度加速磨损，当磨损到两者再无法紧密贴合时，轴承封严的寿命也就到了极限。

气封腔体2的开口处设计有刀锋封严结构，可实现对气流的阻碍，当有滑油从此处流出时，则说明轴承封严的密封性能已失效。

该用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置结构精密，加工及配合精度均较高，最大限度地减小在运转过程中的振动，防止外来振动对碳封严使用寿命测试造成影响。

以下给出具体实施事例：

测试流程：

将待测零件，封严转子8和碳封严静子9，按照图示位置安装在测试工装中，锁紧拉轴11，锁紧扭矩不低于365N*m，然后连接滑油润滑系统和压缩空气，最后将工装驱动轴，即气封轴6与高速电机输出轴相连。

1、打开滑油泵，调节滑油供油压力65±3psi，关闭压缩空气，保持润滑油循环10min，观察气封轴6处有无滑油泄漏，若无泄漏，则封严转子8和碳封严静子9在静止状态下密封性能满足要求。

2、打开滑油泵，调节滑油供油压力65±3psi，调节压缩空气压力40±5psi，启动高速电机驱动测试装置旋转，将电机驱动转速设置在48800rpm±6％范围内，持续运行10min，观察气封轴6处有无滑油泄漏，若无泄漏，则封严转子8和碳封严静子9在静止状态下密封性能满足要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“垂直”等术语并不表示要求部件绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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)

1.一种用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于，包括：

安装主体，包括一安装支架，在安装支架上安装有气封腔体、轴承腔体、高速轴承、芯轴和轴承封严；

轴承封严与高速轴承配合紧固安装在所述芯轴上，轴承腔体固定在气封腔体，并采用O型圈进行密封；

所述芯轴上、位于轴承封严的气体侧可拆卸传动安装有一气封轴，所述气封轴为刀锋封严结构；

气封腔体设有气体接口，气体接口通过管路连接至压缩气源部或真空部，所述压缩气源部或真空部的压力可调；

安装支架的端盖处还设有滑油喷嘴，滑油喷嘴通过管路连接滑油泵。

2.根据权利要求1所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述安装支架呈环形密封腔体式结构。

3.根据权利要求1所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述轴承封严包括封严转子和碳封严静子，所述封严转子与高速轴承均固定在芯轴上，且封严转子的外侧安装在所述轴承腔体中；所述碳封严静子安装在所述轴承腔体内，封严转子和碳封严静子为端面配合密封。

4.根据权利要求3所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述碳封严安装在轴承腔体的开口侧，并用O型圈密封。

5.根据权利要求3所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述封严转子与芯轴过盈配合。

6.根据权利要求1所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述芯轴上、位于轴承封严的气体侧采用拉轴和端齿啮合的方式与所述气封轴相连。

7.根据权利要求1所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述刀锋封严的安装部位，即气封腔体端部的圆环内壁喷涂有可磨耗涂层。

8.根据权利要求1所述的用于APU前轴承转子封严密封性能及寿命的测试装置，其特征在于：所述气封轴连接驱动轴，并由驱动轴驱动旋转，所述驱动轴通过高速电机或气动涡轮进行驱动。

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