一种高速动密封件试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及高速动密封技术领域，尤其涉及高速动密封件的测试，具体为一种高速动密封件试验装置。


背景技术：

2.高速动密封件在火箭发动机中起到很重要的作用，且多处需要使用到高速动密封件，其中包括涡轮端端面密封、两泵间端面密封、浮动环密封、氧化剂泵端面密封、燃料泵断面密封等。根据使用工况，需对密封件的密封性能及密封效果等方面是否满足设计要求进行考核试验，动密封件的密封性能与工作压力、温度及转速等因素有关。现有技术中也有对密封件进行测试的装置，但是现有试验装置的测试对象往往比较单一，无法对多种密封件进行测试。这就给测试带来了一定的不便。当面对多种密封件需要进行试验时，往往需要多种试验装置，这不但浪费测试的时间，而且测试效率会大大降低。而且现有的试验装置的测试温度单一，无法提供常温与低温两种测试环境。
3.专利cn108708802a公开了一种液体火箭发动机涡轮泵用低温高速端面密封试验装置。该装置应用于液氢液氧推进剂的火箭发动机端面密封组件的抽检试验、跑合试验及研究性试验中，将端面密封组件产品装配到本实用新型试验装置中，模拟发动机涡轮泵的工作环境。该装置存在下列缺点：一是密封产品试验时，试验装置兼容性不好，不能实现多种密封件的试验；二是不能开展常温、低温两种不同工况的密封试验；三是试验装置利用率低，拆装不方便。
4.因此本领域技术人员亟需一种兼容性好、能够实现常温和低温环境的试验，且测试组件安装方便，装置利用率高的动密封件试验装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速动密封件试验装置。该试验装置兼容性好，能够对多种动密封件进行测试，且拆装方便，并能够实现常温以及低温环境的试验，使用范围广，利用率高。
6.本实用新型提供了一种高速动密封件试验装置，该试验装置包括：主壳体、隔离壳体、密封壳体、端盖、测试组件和转轴，其中，所述转轴穿过所述主壳体内部，通过轴承安装在所述主壳体上；所述主壳体的两侧分别固定安装有所述隔离壳体和所述密封壳体，所述转轴穿过所述隔离壳体；所述测试组件安装在所述密封壳体以及所述转轴上；所述端盖固定安装在所述密封壳体上，用于封闭所述密封壳体。
7.本实用新型的实施方式中，所述测试组件包括：动环密封件和静环密封件，其中，所述动环密封件安装在所述转轴的后端上，通过固定在所述转轴后端端部的轴端压盖以及所述动环密封件与所述转轴之间的密封轴套进行位置固定；所述静环密封件通过静环压盖固定在所述密封壳体上，所述动环密封件和所述静环密封件接触；所述动环密封件与所述密封轴套的轴向方向上还具有调整垫，用于在安装不同的所述动环密封件时进行位置调
整；所述密封轴套的内环上还设置有密封圈，用于对所述密封轴套与所述转轴之间进行密封。
8.本实用新型的实施方式中，所述测试组件包括静环密封件，所述静环密封件通过静环压盖固定在所述密封壳体上，所述静环密封件与固定在所述转轴上的密封轴套过渡配合。
9.本实用新型的实施方式中，所述测试组件还包括密封结构(8)，所述密封结构用于对隔离壳体与所述转轴之间进行密封；
10.进一步的，所述密封结构包括：液封轮、皮碗密封部和气密封部，其中，所述液封轮固定在所述转轴上，用于密封以及固定所述轴承的位置；所述气密封部位于所述隔离壳体的开口处，用于密封所述隔离壳体与所述转轴之间的缝隙；以及所述皮碗密封部位于所述液封轮与所述气密封部之间，用于密封所述隔离壳体与所述转轴之间的缝隙。
11.进一步的，所述皮碗密封部包括：卡环、皮碗和压环，其中，柔性材质制成的所述皮碗和所述压环设置在所述隔离壳体内环上的密封槽内，所述卡环卡接在所述密封槽内，用于限制所述皮碗和所述压环的位置；所述皮碗与所述转轴过盈配合。
12.进一步的，所述气密封部包括所述隔离壳体内径上的多个环形槽，以及连通到多条所述环形槽中间的供气孔；所述供气孔供气，气体逐个进入多个所述环形槽，在所述环形槽内形成正压，用于防止介质进入所述环形槽。
13.本实用新型的实施方式中，所述液封轮一端与所述轴承接触，另外一端与所述隔离壳体间隙配合，所述液封轮与所述隔离壳体间隙配合的端面具有多个密封棱，用于旋转时将介质甩出间隙。
14.本实用新型的实施方式中，位于所述转轴上的所述轴承之间通过轴套进行位置固定；位于所述转轴后端的所述轴承通过轴承压盖进行位置固定；以及位于所述转轴前端的所述轴承通过所述液封轮进行位置固定。
15.进一步的，所述轴承压盖上具有密封槽，所述密封槽内安装有柔性材质制成的皮碗，所述皮碗通过卡环进行位置固定，所述皮碗与所述转轴之间是过盈配合，用于对所述轴承压盖和所述转轴之间形成密封。
16.本实用新型的实施方式中，所述主壳体与所述隔离壳体的接触面设置有环形密封垫，用于对接触面进行密封；所述主壳体与所述密封壳体的接触面设置有所述环形密封垫，用于对接触面进行密封；以及所述密封壳体与所述端盖的接触面设置有所述环形密封垫，用于对接触面进行密封。
17.根据上述实施方式可知，本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置具有以下益处：该试验装置兼容性好，能够对多种动密封件进行测试，且拆装方便。通过拆除密封壳体来拆卸测试组件，并根据测试组件安装对应的密封壳体，整个拆装过程简单，且拆装方便，能够很快的进入到测试状态，大大节省了测试用的设备以及时间。另外，该试验装置能够实现常温以及低温环境的试验，方便测试不同工作环境的测试组件。提升了装置的利用率。相对于现有设计，该试验装置结构更加合理，且密封效果好，使的试验更加的准确。
18.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
19.下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。
20.图1为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例一的剖视图。
21.图2为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例一的左视图。
22.图3为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例一的右视图。
23.图4为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例二的剖视图。
24.图5为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例三的剖视图。
25.图6为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例四的剖视图。
26.图7为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例四的左视图。
27.图8为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例四的右视图。
28.图9为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例五的剖视图。
29.图10为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置实施例六的剖视图。
30.图11为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置的液封轮的主视图。
31.图12为本实用新型提供的一种高速动密封件试验装置的试验流程图。
32.附图标记说明：
[0033]1‑
主壳体、2
‑
隔离壳体、3
‑
密封壳体、4
‑
端盖、5
‑
测试组件、6
‑
转轴、7
‑
轴承、8
‑
密封结构、9
‑
动环密封件、10
‑
静环密封件、11
‑
密封轴套、12
‑
密封圈、13
‑
轴端压盖、14
‑
静环压盖、15
‑
液封轮、16
‑
皮碗密封部、17
‑
气密封部、18
‑
卡环、19
‑
皮碗、20
‑
压环、21
‑
环形槽、22
‑
供气孔、23
‑
密封棱、24
‑
轴套、25
‑
轴承压盖、26
‑
环形密封垫、27
‑
石墨环、28
‑
介质入口、29
‑
介质出口、30
‑
介质测压口、31
‑
轴承温度检测口、32
‑
泄漏量检测口、33
‑
泄漏测压口、34
‑
泄漏测温口、35
‑
介质测温口、36
‑
介质泄出口、37
‑
调整垫。
具体实施方式
[0034]
现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0035]
在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
[0036]
本实用新型提供了一种高速动密封件试验装置，该试验装置包括：主壳体1、隔离壳体2、密封壳体3、端盖4、测试组件5和转轴6和密封结构8。
[0037]
其中，如图6所示，转轴6穿过主壳体1内部，通过轴承7固定安装在主壳体1上的内部安装孔中，且转轴6两端均伸出安装孔。转轴6的前端具有花键，用于连接外部驱动电机。转轴6后端与测试组件5连接，用于转轴6转动时进行动密封测试。优选的，转轴6选用9cr18材料，加工时需进行动平衡，动平衡转速不低于4000r/min，动平衡精度等级为g1级。主壳体1的材质为2cr13。
[0038]
主壳体1的两侧分别固定安装有隔离壳体2和密封壳体3。隔离壳体2位于转轴6的前端，密封壳体3位于转轴6的后端。
[0039]
测试组件5安装在密封壳体3以及转轴6上，位于转轴6末端，在转轴6转动的过程中进行动密封试验。
[0040]
端盖4固定安装在密封壳体3上，用于封闭密封壳体3，保证测试组件5在一个相对密封的环境进行试验，精确实验结果。
[0041]
转轴6穿过隔离壳体2，密封结构8用于对隔离壳体2与转轴6进行密封。转轴6穿过隔离壳体2，用于与外部的驱动电机连接，带动转轴6转动，为试验提供动力。为了保证在转动的过程中，隔离隔离壳体2内部与外部，需要在隔离壳体2与转轴6的接触位置设置密封结构8，保证内部介质不会向隔离壳体2外部泄露，影响试验结果。
[0042]
密封结构8包括液封轮15，液封轮15固定在转轴6上，用于密封以及固定轴承7的位置。液封轮15与转轴6固定连接，随着转轴6一起转动。其中，液封轮15一端与轴承7接触，用于限制轴承7的位置，防止轴承7发生轴向的位移。液封轮15的另外一端与隔离壳体2间隙配合。如图11所示，液封轮15与隔离壳体2间隙配合的端面具有多个密封棱23，密封棱23用于在旋转时将介质甩出间隙，介质在间隙外围形成了气液两相的状态。再加上离心力的作用，使得介质向间隙外移动，进一步的还能够阻挡间隙外部准备进入到间隙的介质，大大降低介质通过液封轮15与隔离壳体2之间的间隙，进而达到密封的目的。
[0043]
主壳体1、隔离壳体2上均具有检测口以及介质进出口，密封壳体3上具有检测口。介质进出口用于进行介质的输入和排放。另外，主壳体1和隔离壳体2还具有用于对测试过程进行检测的检测口。密封壳体3上也具有检测用检测口。
[0044]
本实用新型的一种实施方式中，测试组件5包括：动环密封件9和静环密封件10。其中，动环密封件9安装在转轴6的后端上，通过固定在转轴6后端端部的轴端压盖13以及动环密封件9与转轴6之间的密封轴套11进行位置固定。动环密封件9与密封轴套11的轴向方向上还具有调整垫37，用于在安装不同的动环密封件9时进行位置调整，以便更好的固定动环密封件9的位置。静环密封件10通过静环压盖14固定在密封壳体3上，动环密封件9与静环密封件10接触。动环密封件9和静环密封件10之间的接触位置设置有石墨环27，石墨环27材质偏软，一般用于动密封结构，能够在转动的过程中最大程度的起到密封的效果。一般动密封件的泄漏位置便是动环密封件9和静环密封件10之间的接触位置，因此本实用新型提供的试验装置便是对动密封件的泄漏情况进行试验。
[0045]
另外，密封轴套11的内环上还设置有密封圈12，密封圈12用于对密封轴套11与转轴6之间进行密封防止介质通过密封轴套11与转轴6之间的间隙泄露，影响实验的准确性，降低实验误差。
[0046]
另外，本实用新型的实施方式中，静环密封件10与转轴6后端的轴承7之间为试验腔。静环密封件10与密封壳体3之间为泄漏腔。转轴6后端的轴承7与隔离壳体2之间组成轴承腔。
[0047]
如图5所示，本实用新型的另外一种实施方式中，测试组件5包括静环密封件10，静环密封件10通过静环压盖14固定在密封壳体3上，静环密封件10与固定在转轴6上的密封轴套11过渡配合。静环密封件10与密封轴套11接触位置设置有石墨环27。石墨环27固定在静环密封件10上，且其材质偏软，一般用于动密封结构，能够在转动的过程中最大程度的起到密封的效果。
[0048]
本实用新型的具体实施方式中，密封结构8还包括：皮碗密封部16和气密封部17。
其中，如图6所示，气密封部17位于隔离壳体2的开口处，即转轴6穿过的隔离壳体2的通孔靠近外部的位置，气密封部17用于密封隔离壳体2与转轴6之间的缝隙。气密封部17包括隔离壳体2内径上的多个环形槽21，以及连通到多条环形槽21中间位置的供气孔22。供气孔22供气，气体逐个进入多个环形槽21，在环形槽21内形成正压，用于防止介质进入环形槽21，实现转轴的动密封。供气孔22的出气口设置在多个环形槽21中间位置是为了让密封气体从中间沿轴向向两边蔓延，进而起到密封的效果。
[0049]
皮碗密封部16位于液封轮15与气密封部17之间。皮碗密封部16包括：卡环18、皮碗19和压环20。其中，柔性材质制成的皮碗19和压环20设置在隔离壳体2通孔内壁上的密封槽内，该密封槽为环形密封槽。皮碗19与压环20设置在密封槽内，卡环18卡接在密封槽内，用于限制皮碗19和压环20的位置。压环20的作用是用来压紧一个或多个皮碗19。皮碗19为柔性材质，优选的皮碗19的材质为聚四氟乙烯 石墨，低温试验时具有良好的密封效果。因此皮碗19与转轴6过盈配合，实现最优密封效果。
[0050]
本实用新型的具体实施方式中，位于转轴6上的轴承7之间通过轴套24进行位置固定。位于转轴6后端的轴承7通过轴承压盖25进行位置固定。位于转轴6前端的轴承7通过液封轮15进行位置固定。
[0051]
为了避免介质过多的进入到轴承腔内部，需要在试验腔与轴承腔之间进行密封。因此，轴承压盖25上具有密封槽，密封槽内安装有柔性材质制成的皮碗19，皮碗19通过卡环18进行位置固定，皮碗19与转轴6之间是过盈配合，用于进行密封。皮碗19为柔性材质，优选的皮碗19的材质为聚四氟乙烯与石墨，低温试验时具有良好的密封效果。因此皮碗19与转轴6过盈配合，实现最优密封效果。
[0052]
本实用新型的具体实施方式中，主壳体1与隔离壳体2的接触面设置有环形密封垫26，用于对接触面进行密封，防止介质从接触面泄露。主壳体1与密封壳体3的接触面设置有环形密封垫26，用于对接触面进行密封，防止介质从接触面泄露。密封壳体3与端盖4的接触面设置有环形密封垫26，用于对接触面进行密封，防止介质从接触面泄露。
[0053]
试验装置装配时，要求转轴6的跳动量不大于0.02mm，并采用专门设计的调同轴工装，调整转轴6与隔离壳体2的端面垂直偏移量不大于0.02mm，否则需调整轴系或重装。装配完成后，需用0.02mm的厚塞尺对各壳体间密封效果进行间隙检查。
[0054]
本实用新型提供的高速动密封件试验装置能够对多种动密封结构进行试验，且能够进行低温以及常温的试验。因此，该试验装置的密封壳体3根据进行不同的动密封结构的试验进行更换。当在低温试验时，只需更换测试组件以及对应的密封壳体3便可以进行试验。同理，在常温试验时，只需更换测试组件以及对应的密封壳体3便可以进行试验。当从常温试验转到低温试验或者从低温试验转到常温试验时，除了根据更换的测试组件5更换对应的密封壳体3之外，还需要对轴承7进行更换，以及对检测孔和介质的进出口进行封堵或打通。整个试验过程拆装方便，且试验的种类丰富，能够大大节约实验的成本。
[0055]
如图6所示的实施例是在低温环境下对涡轮端端面密封进行试验，本实施例中介质为液氮，用于为试验提供低温环境。如图8所示，介质入口28位于主壳体1上，且连通试验腔，用于为试验腔内提供介质。介质出口29位于主壳体1的另外一端，即主壳体1的前端，连通轴承腔，用于排放介质。另外，主壳体1上还具有介质测压口30和轴承温度检测口31。介质测压口30连通试验腔，用于测量试验腔内的填充介质后的压力大小。轴承温度检测口31用
于测量试验腔内轴承的温度情况。密封壳体3上具有泄漏量检测口32，用于检测该测试组件5在运转时的泄漏量，进而得出密封组件5的密封效果。在端盖4上还设置有泄漏测压口33和泄漏测温口34，泄漏测压口33用于检测泄漏腔内的压力大小，泄漏测温口34用于检测泄漏腔内部的温度。
[0056]
如图7所示，主壳体1的前端上还具有轴承温度检测口31、介质测温口35。轴承温度检测口31用于测量轴承腔内轴承的温度情况。介质测温口35用于检测轴承腔内的介质温度的情况。在隔离壳体2上还具有介质泄出口36，介质泄出口36连通到皮碗密封部16和气密封部17之间，用于排放泄漏到皮碗密封部16与气密封部17之间的介质。
[0057]
本发提供的试验装置上所有的进出口管路及传感器连接方式均采用60
°
及37
°
喇叭口球头密封形式连接。其中，为减少接管嘴拆装次数，特将接管嘴全部焊接在对应的各个壳体上，可有效避免接管嘴的多次拆装损坏螺纹。另外，在低温试验时，转轴6前端的轴承7采用深沟球轴承，只需承受径向力。转轴6后端的轴承7选用低温四点接触轴承，既可承受轴向力，也可以承受径向力。
[0058]
如图9所示的实施例是在低温环境下对氧化剂泵端面密封进行试验，本实施例中介质为液氮，用于为试验提供低温环境。本实施例中，主壳体1、隔离壳体2、密封壳体3和端盖4上的介质进出口以及检测口与图6所示的实施例相同。不同点仅仅是在于更换了测试组件5、密封壳体3、轴端压盖13、静环压盖14、轴套24和调整垫37。密封壳体3上的检测口并未发生变化。
[0059]
如图10所示的实施例是在低温环境下对燃料泵端面密封进行试验，本实施例中介质为液氮，用于为试验提供低温环境。本实施例中，主壳体1、隔离壳体2、密封壳体3和端盖4上的介质进出口以及检测口与图6所示的实施例相同。不同点仅仅是在于更换了测试组件5、密封壳体3、轴端压盖13、静环压盖14、轴套24和调整垫37。密封壳体3上的检测口并未发生变化。
[0060]
如图1所示的实施例是在常温环境下对涡轮端端面密封进行试验，本实施例中介质为氮气，用于为试验提供常温环境。本实施例中介质也可以使用压缩空气。本实施例相对于图6所示的实施例中，主要对测试组件5、密封壳体3、端盖4、轴承7、轴套24以及轴端压盖13进行更换。其中，轴承7更换为角接触球轴承。另外，设置液封轮15的轴承7的另外一侧设置波形弹簧，波形弹簧用于为轴承7提供轴向的预紧力，使得轴承7可同时承受轴向力和径向力。另外，液封轮15可以选择更换为压紧螺母，压紧螺母同样固定在转轴6上，用来限制轴承7的位置。优选的压紧螺母的材质为06cr19ni10。
[0061]
本实施例中，根据常温检测的条件，可以同时两个测试组件5进行试验。端盖4上不具有检测孔。如图3所示，主壳体1的后端上分别具有两个介质出口29和轴承温度检测口31。介质出口29用于排出介质。轴承温度检测口31用于检测试验过程中轴承的温度大小。密封壳体3上具有介质入口28、介质测压口30和泄漏量检测口32。端盖4上不具有检测口。其中，介质入口28连通至两个测试组件5之间，用于提供试验用介质气体。介质测压口30也连通至两个测试组件5之间，用于检测试验过程中两个测试组件5之间的压力大小。
[0062]
如图2所示，主壳体1的前端上只有轴承温度检测口31，用于检测试验过程中轴承的温度大小。主壳体1上其余开口均处于封堵状态。隔离壳体2上的所有开口均处于封堵状态。
[0063]
如图4所示的实施例是在常温环境下对两泵间端面密封进行试验，本实施例中介质为氮气，用于为试验提供常温环境。本实施例中介质也可以使用压缩空气。本实施例中，主壳体1、隔离壳体2、密封壳体3和端盖4上的介质进出口以及检测口与图1所示的实施例相同。不同点仅仅是在于更换了测试组件5、密封壳体3和轴套24。密封壳体3上的检测口并未发生变化。轴套24根据测试组件5的不同也会发生更换，以适应试验要求。
[0064]
如图5所示的实施例是在常温环境下对浮动环密封进行试验，本实施例中介质为氮气，用于为试验提供常温环境。本实施例中介质也可以使用压缩空气。本实施例中，主壳体1、隔离壳体2、密封壳体3和端盖4上的介质进出口以及检测口与图1所示的实施例相同。不同点仅仅是在于更换了测试组件5、密封壳体3、轴端压盖13和轴套24。密封壳体3上的检测口并未发生变化。轴套24根据测试组件5的不同也会发生更换，以适应试验要求。
[0065]
如图12所示，将试验装置安装到密封试验平台上的支架上并用相应规格的螺栓固紧，调整试验装置轴与齿轮箱高速轴同轴度，安装齿轮箱高速轴与试验装置的主轴之间的联轴节，并用尼龙绳固紧，形成柔性连接。连接试验装置上所需的介质进出口及检测口。配气系统对试验系统进行气体吹除，吹除完成后，给试验装置通入低压压缩空气，用检漏液对试验装置各密封面进行检漏。检漏合格后，对测试组件5进行规定压力下的静态常温气体泄漏量检测。常温气体泄漏量检测完成后打开介质入口的阀门和介质出口的阀门，介质供应系统通过工艺管路系统为试验装置充入液氮，对试验装置进行预冷。同时给隔离壳体2上用于气密封的供气孔22通入压缩空气，形成一道密封气。当介质测温口温度低于
‑
180℃时，对测试组件5进行规定压力下的静态低温气体泄漏量检测。当介质测温口温度低于
‑
190℃时，方可启动驱动电机。通过配气系统增压液氮储罐调整试验装置中各个试验腔压力，之后启动电机。变频启动系统控制高速驱动系统启动，并通过增速系统带动试验装置运转。按试验条件缓慢升至规定转速，且试验腔压力达到工作压力时，试验腔介质入口流量，要在保持介质入口压力和温度的前提下进行调节。测量介质入口流量、试验腔压力、轴承泄出口温度、齿轮箱轴承温度、试验装置振动、泄漏腔的压力、泄漏腔温度、泄漏量、工作转速、试验系统功率等，通过判断泄漏量曲线来判定密封组件产品密封性能是否合格，到达试验时间后，关闭电机，对测试组件进行规定压力下的静态低温气体泄漏量检测，关闭介质入口阀门，试验结束。
[0066]
试验装置恢复常温后，对密封组件进行规定压力下的静态常温气体泄漏量检测，之后将试验装置分解，测量发动机动环及静环组件的磨情况并记录，获得所有测量参数曲线。根据试验腔压力、温度和泄漏量来分析测试组件产品的密封性能和结构合理性，为改进测试组件产品设计中出现的各种问题提供技术支持和依据。
[0067]
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。