一种石墨密封跑道温度测量装置

本发明涉及石墨密封试验测试的技术领域，特别是涉及一种石墨密封跑道温度测量装置。

背景技术：

密封技术作为减少或消除接合面之间流体泄露的重要技术，在航空发动机技术领域有着非常重要的地位。密封技术按接合面是否相对运动分为静密封和动密封，动密封又以相对运动的接合面是否接触分为接触式密封和非接触式密封。石墨密封技术作为一种接触式密封，因其所采用的密封材料——石墨，具有密度低、强度高、导热性高、膨胀性低、自润滑性优秀、能与多种材料形成良好磨合等优秀特性，而广泛运用于因工况原因不宜采用润滑剂的工作场合。

石墨密封装置一般由石墨密封环和相配对的密封对象构成，密封对象与石墨密封环接触形成密封跑道。因为石墨密封装置多在无润滑剂的干摩擦工况下进行接触密封，无法避免就会摩擦产生大量的热量。而作为密封材料的石墨材料是以石墨为基体、经过特殊浸渍处理后的得到的复合材料，相比单纯的石墨，对温度变化，尤其是过高温度，敏感很多。在石墨材料过热的情况下，会出现因各组分膨胀系数不同而导致的浸渍物被挤出、产生凹坑的疱疤现象。而且在密封环和密封跑道之间高速相对运动状态下，如果无法准确控制温度，温度载荷过大，受力载荷共同作用，石墨密封环的最大变形会突破结构承受极限，从而产生塑性形变，削弱石墨封严环的圆周密封能力，在极端情况下会使石墨密封环断裂，引发事故。所以，需要对石墨密封装置的接合面温度进行尽可能精确的测量。

现有的石墨密封温度测量装置和方法无法直接测量密封跑道温度：有的因为转子会高速转动不适合设置接触式温度传感器，有的因为石墨密封环的装配部件的遮挡使光学温度传感器很难检测到准确部位，只能测量跑道附近温度并根据这个温度来估测跑道温度，难以满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种石墨密封跑道温度测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使石墨密封环跑道温度能够进行准确测量，满足不同型号和尺寸石墨密封环的实验需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种石墨密封跑道温度测量装置，包括测温机构、气体调控系统和转子驱动系统，所述转子驱动系统的主轴转动设置于一支座的一侧，所述测温机构设置于所述支座的另一侧且与所述主轴可拆卸连接，所述测温机构设置有与石墨密封环尺寸相匹配的若干个型号，所述测温机构用于监测石墨密封跑道的温度，所述测温机构上设置有所述气体调控系统，所述气体调控系统用于调控试验所需的气体压力和温度。

优选的，所述主轴通过一对轴承与所述支座转动连接，所述支座设置有轴承保护罩。

优选的，所述支座连通润滑油系统，所述支座内设置有润滑油通道，所述润滑油通道分别与所述轴承和所述轴承保护罩的润滑槽连通。

优选的，所述测温机构包括阶梯轴筒、温度传感器，所述阶梯轴筒的小端套设于所述主轴上且与所述轴承相抵触，所述螺母或销轴卡接于所述阶梯轴筒大端的槽内，所述阶梯轴筒的大端上分别套设有石墨密封环的试验件和陪试件，所述温度传感器设置于所述阶梯轴筒大端的槽内且与所述试验件的位置相对应。

优选的，所述温度传感器为非接触式红外光学温度传感器，阶梯轴筒与所述试验件的位置相对的内壁上设置有一环槽，所述温度传感器的红外线能照射至所述环槽内，所述阶梯轴筒的材质导热性好。

优选的，所述气体调控系统包括引气环、充气机构和温控机构，所述充气机构上设置有所述温控机构，所述充气机构和所述温控机构依次与所述引气环上的进气口连通，所述引气环套设于所述阶梯轴筒上，所述引气环一端与所述支座卡接、另一端设置一端盖法兰，所述试验件和所述陪试件分别卡接于所述引气环内壁上。

优选的，所述引气环一端设置有一敞口槽、另一端设置有一环形腔，所述敞口槽与所述支座上的圆形凸台卡接，所述敞口槽侧壁上设置有泄气口，所述试验件和所述陪试件分别卡接于所述环形腔的两侧，所述环形腔套设于所述阶梯轴筒的大端上，所述环形腔的侧壁与一端盖法兰连接，所述端盖法兰与所述试验件相抵触。

优选的，所述环形腔的另一侧壁上设置一石墨压环，所述石墨压环位于所述陪试件的外侧，所述敞口槽的侧壁上对称设置有一对泄气口。

优选的，所述环形腔用于容纳高温高压气体，所述环形腔内设置有辅助温度传感器。

优选的，所述转子驱动系统包括电机、调速器和主轴，所述电机连接所述主轴，所述电机上设置有所述调速器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明将石墨密封环跑道的功能结构模块化，可拆卸连接有适应不同型号大小密封环，石墨密封环跑道采用阶梯轴筒套设在主轴上，在满足旋转功能的同时，中空的结构也为测量设备预留了布设空间，来设置非接触式红外光学温度传感器，以测量石墨密封环跑道对应位置内侧的温度，使监测数据更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明石墨密封跑道温度测量装置的结构示意图；

图2为本发明石墨密封跑道温度测量装置的三维结构示意图；

图3为本发明石墨密封跑道温度测量装置的内部结构示意图；

图4为本发明石墨密封跑道温度测量装置中的阶梯轴筒结构示意图；

其中：100-石墨密封跑道温度测量装置，1-支座，2-主轴，3-润滑油通道，4-凸台，5-阶梯轴筒，6-试验件，7-陪试件，8-引气环，9-石墨压环，10-温度传感器，11-轴承保护罩，12-轴承，13-敞口槽，14-环形腔，15-辅助温度传感器，16-进气口，17-泄气口，18-环槽，19-端盖法兰。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种石墨密封跑道温度测量装置，以解决现有技术存在的问题，使石墨密封环跑道温度能够进行准确测量，满足不同型号和尺寸石墨密封环的实验需求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种石墨密封跑道温度测量装置100，包括测温机构、气体调控系统和转子驱动系统，转子驱动系统的主轴2转动设置于一支座1的一侧，测温机构设置于支座1的另一侧且与主轴2可拆卸连接，测温机构设置有与石墨密封环尺寸相匹配的若干个型号，满足多尺寸、多型号石墨密封环的实验需求，测温机构用于监测石墨密封跑道的温度，测温机构上设置有气体调控系统，气体调控系统用于调控试验所需的气体压力和温度。

主轴2通过一对轴承12与支座1转动连接，支座1设置有轴承保护罩11。支座1连通润滑油系统，支座1内设置有润滑油通道3，润滑油通道3分别与轴承12和轴承保护罩11的润滑槽连通。滑油通道持续为整个石墨密封环实验测试装置(尤其是轴承12)提供润滑和冷却，保证整个设备的运行正常且不会为石墨密封跑道的温度测量引入误差。

测温机构包括阶梯轴筒5、温度传感器10，阶梯轴筒5的小端套设于主轴2上且与轴承12相抵触，主轴2的末端通过螺母或销轴卡接于阶梯轴筒5大端的槽内，阶梯轴筒5的大端上分别套设有石墨密封环的试验件6和陪试件7(材质型号完全相同)，试验件6和陪试件7与阶梯轴筒5的表面接触形成密封跑道，温度传感器10设置于阶梯轴筒5大端的槽内且与试验件6的位置相对应。

温度传感器10为非接触式红外光学温度传感器，阶梯轴筒5与试验件6的位置相对的内壁上设置有一环槽18，温度传感器10的红外线能照射至环槽18内，对密封跑道进行近距离测温，阶梯轴筒5的材质导热性好。环槽18的目的是为进一步提高对石墨密封环跑道温度的测量精度，进而减少光学温度测量探头测量的表面与实际石墨密封环跑道表面之间的介质材料，前提条件是要保证结构的刚度强度。温度传感器10的温度信号输出接口输出给配套的显示器或者上位机进行输出和监测。

气体调控系统包括引气环8、充气机构和温控机构，充气机构上设置有温控机构，充气机构和温控机构依次与引气环8上的进气口16连通，引气环8套设于阶梯轴筒5上，引气环8一端与支座1卡接、另一端设置一端盖法兰19，试验件6和陪试件7分别卡接于引气环8内壁上，保持固定不动。气体调控系统保证了石墨密封环密闭试验模拟实际工况下的温度、压力环境。

引气环8一端设置有一敞口槽13、另一端设置有一环形腔14，敞口槽13与支座1上的圆形凸台4卡接，敞口槽13侧壁上设置有泄气口17，试验件6和陪试件7分别卡接于环形腔14的两侧，环形腔14套设于阶梯轴筒5的大端上，环形腔14的腔壁与阶梯轴筒5之间存在间隙，试验件6、陪试件7位于阶梯轴筒5与引气环8之间，环形腔14的侧壁与一敞口的端盖法兰19连接，端盖法兰19与试验件6相抵触，使试验件6压紧在环形腔14侧壁内形成静密封。环形腔14的另一侧壁上设置一石墨压环9，石墨压环9位于陪试件的外侧，使陪试件7压紧在环形腔14侧壁内形成静密封，敞口槽13的侧壁上对称设置有一对泄气口17。环形腔14用于容纳高温高压气体，环形腔14内设置有辅助温度传感器15。辅助温度传感器15的温度测量为高温高压气体的温度。环形腔14内的高温高压气体用于模拟石墨密封环的实际工况而进行设定，当试验件6已经磨损或破坏，就会破坏密封、使气体泄漏至敞口槽13内，进而可通过检测泄气口17处的泄气量，得知试验件6是否已经磨损或破坏程度。

转子驱动系统包括电机、调速器和主轴2，电机连接主轴2，电机上设置有调速器。

本实施例的石墨密封跑道温度测量装置100实验时，设定主轴的转速为20000-100000r/min，环形腔14内需通入气体压强范围为1-1.5mpa、温度范围为100℃-600℃，可根据工况进行相应的调整，阶梯轴筒5随主轴2一起转动，与环形腔14两侧的试验件6和陪试件之间形成密封跑道，伴随着相互摩擦，可以通过检测泄气口17处的泄气量，得知试验件6是否已经磨损或破坏程度，进而停止继续实验；将石墨密封环跑道的功能结构模块化，石墨密封环跑道采用阶梯轴筒5套设在主轴2上，主轴2可拆卸连接有不同型号的阶梯轴筒5，既满足了为石墨密封环的转动实验提供了密封环跑道，又能根据需实验的石墨密封环尺寸更换对应的阶梯轴筒5进行配合，实现对实验针对性的模块化。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。