航天旋转机械用密封圈测试装置

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其是涉及一种航天旋转机械用密封圈测试装置。

背景技术

现有技术如中国专利文献CN102435402A公开了一种密封圈捡漏装置，包括法兰盘和法兰盖密封联接的法兰，在法兰盘和法兰盖之间设置的内道密封槽和外道密封槽，内道密封槽内放置待检测密封圈，外道密封槽放置标准密封圈，其中法兰盘和法兰盖接触处设置有环形捡漏槽和气体腔；环形检漏槽设置在外道密封槽和内道密封槽之间，并与外部的捡漏管无泄漏连通；气体腔设置在法兰的中心位置并与法兰外部设置的筒体无泄漏连通。

现有技术如中国专利文献CN203772498 U公开了一种密封圈捡漏装置，包括相互密封配合的法兰盖和法兰盘，法兰盘与法兰盖的配合端面之间设有圆柱形的型腔，型腔内设置有与型腔匹配的芯轴，芯轴与型腔的轴配合面上设置有至少一个用于放置待检测密封圈的第一密封槽；法兰盖上成型有与型腔连通的第一进气通道或第一漏气检测通道，法兰盘上有对应成型有与型腔连通的第一进气通道或第一漏气检测通道。

以上两种技术和装置都是对位于法兰盘和法兰盖的配合的密封槽或型腔内的密封圈进行漏量检查，可以满足常温、高温的需求，其中第二种方案在第一种方案的基础上做了改进，在高温下可以得到更精准的数据。

但是，以上两种现有技术和装置都存在一定的技术缺陷：二者都只能对静态下的密封圈进行密封性能测试，无法对动态下(旋转动作时)的密封圈进行密封性能测试，同时也无法对密封圈的旋转动作寿命以及扭矩大小等参数进行测试。

本申请人发现现有技术中至少存在以下技术问题：传统的密封圈性能测试装置只能针对弹簧蓄能密封圈的静态性能进行测试，不能针对其动态性能进行测试装置。在航天发动机低温阀门的应用中，应用旋转轴密封的情况越来越多，行业内也对密封圈的密封、扭矩、旋转动作寿命等性能都提出了指标要求，现有的测试装置显然无法满足上述需求，不利于评价密封圈的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供航天旋转机械用密封圈测试装置，以解决现有技术中存在的密封圈测试装置功能单一、测试结果参考性差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的航天旋转机械用密封圈测试装置，包括：

测试主体，所述测试主体包括测试缸，所述测试缸内形成用于固定安装待测密封圈的测试腔；

旋转轴，所述旋转轴的一端经所述待测密封圈伸入所述测试腔内并能相对于所述测试腔转动，待测密封圈固定安装于所述测试腔内并经所述旋转轴将所述测试腔分为进气区和排气区；

所述测试缸上还设置有连通所述测试腔和外界环境的导压通道，所述导压通道的数量为两个且分别与所述进气区和所述排气区相连通。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

作为本发明的进一步改进，所述测试缸包括密封连接的缸体和加长缸，所述测试腔和所述导压通道均形成于所述缸体内；所述加长缸沿所述旋转轴的轴线方向延伸并套设在所述旋转轴外。

作为本发明的进一步改进，所述测试缸还包括顶盖，所述顶盖固定设置在所述加长缸远离所述缸体的一端并通过功能密封圈与所述旋转轴密封连接；所述旋转轴相对于所述顶盖向外伸出。

作为本发明的进一步改进，所述缸体内设置有定位顶尖，所述顶盖上设置有轴承，所述旋转轴经所述定位顶尖和所述轴承装配并形成同轴旋转结构。

作为本发明的进一步改进，该装置还包括驱动组件，所述驱动组件通过联轴器与所述旋转轴相连并驱动所述旋转轴转动。

作为本发明的进一步改进，所述驱动组件包括扭矩扳手和电机中的一种。

作为本发明的进一步改进，该装置还包括检漏组件和施压组件，所述检漏组件经与所述导压通道相连的检漏管与所述排气区相连，所述施压组件经与所述导压通道相连的进气管与所述进气区相连。

作为本发明的进一步改进，所述施压组件包括气源和压力指示件，所述气源经所述导压通道与所述进气区相连，所述压力指示件用于指示流入所述进气区内的气体的压力。

作为本发明的进一步改进，所述施压组件还包括增压器。

作为本发明的进一步改进，所述检漏组件包括检漏水槽。

相比于现有技术，本发明较佳的实施方式提供的技术方案具有如下有益效果：

本方案能够实现对应用于旋转机械上的密封圈的静态密封性能、动态密封性能、扭矩、使用寿命以及使用一定时间后的密封性能和扭矩性能等的检测，还可以对该密封圈进行低温环境下的密封性能检测，从而实现对密封圈性能的综合检测和评价，可以得到更加密封圈更加准确的性能数据，从而为后续的研究开发提供重要参考。

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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明航天旋转机械用密封圈测试装置的结构示意图；

图2是本发明航天旋转机械用密封圈测试装置的剖面示意图；

图3是图2中的A区的结构放大图；

图4是图2中的B区的结构放大图；

图5是本发明航天旋转机械用密封圈测试装置部分浸入低温介质内的结构示意图；

图6是本发明航天旋转机械用密封圈测试装置用于密封性能测试的结构示意图；

图7是本发明航天旋转机械用密封圈测试装置用于扭矩性能测试的结构示意图。

图中：1、测试主体；11、缸体；111、定位顶尖；12、加长缸；13、顶盖；131、轴承；132、轴承压盖；14、进气区；15、排气区；16、环形密封圈；2、待测密封圈；3、旋转轴；4、导压通道；5、功能密封圈；6、驱动组件；61、电机；62、扭矩扳手；7、联轴器；8、检漏组件；9、施压组件；92、压力指示件；93、增压器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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设备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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供的航天旋转机械用密封圈测试装置，包括测试主体1和旋转轴3，其中待测密封圈2可以固定在测试主体1内并套设在旋转轴3上进行测试。在使用时，上述旋转轴3可以在外力驱动下，通过外接在测试主体1上的施压组件9和检漏组件8来进行扭矩、密封性和寿命测试等。

具体的，上述测试主体1的结构如图1和图2所示，包括测试缸，该测试缸内形成有用于固定安装待测密封圈2的测试腔，旋转轴3的一端经待测密封圈2伸入测试腔内并能相对于测试腔转动，待测密封圈2固定安装于测试腔内并经旋转轴3将测试腔分为进气区14和排气区15，测试缸上还设置有连通测试腔和外界环境的导压通道4，导压通道4的数量为两个且分别与进气区14和排气区15相连通。

在使用时，待测密封圈2可以用于分隔进气区14和排气区15，如图3所示，通过调整进气区14使其处于高压状态，同时配合相应的、可以进行漏气检测的设备检测排气区15此时的气体泄漏情况即可获取待测密封圈2在该压力条件下的密封性能：当旋转轴3处于静态时，可以实现对密封圈的静态密封性能检测；当旋转轴3处于转动状态时，即可实现对密封圈的动态密封性能检测。

需要注意的是，为了确保上述旋转轴3与检测腔之间的同轴度，设置该测试缸包括固定连接的缸体11和顶盖13，其中测试腔和导压通道4均形成于缸体11内，顶盖13与缸体11固定并套设在旋转轴3外。

具体的，上述缸体11与顶盖13共同组成一封闭结构且二者之间通过螺栓固定连接，为了确保缸体11和顶盖13连接处的同轴性，设置两个零件的结合部分可以通过销钉定位，并通过端面密封等实现密封。

进一步的，上述缸体11内还设置有定位顶尖111，上述旋转轴3可以通过定位顶尖111与缸体11相连。

考虑到需要对待测密封圈2在低温下的性能进行测试，需将上述结构放置在低温介质内。为了避免低温介质影响对旋转轴3的控制和驱动，在本实施例及其它相近实施例中，该测试缸还包括中空的加长缸12，该加长缸12位于缸体11和顶盖13之间且沿旋转轴3的轴线方向延伸布置。为了避免加长缸12影响旋转轴3的正常转动，该加长缸12的内侧壁与旋转轴3之间存在一定的间隙。

此时，当缸体11和加长缸12的部分进入低温介质时，可以确保旋转轴3的另一端以及用于驱动该旋转轴3的相关结构能够位于低温介质外，在不影响其它设备的情况下实现对密封圈在低温环境下的性能测试，如图5所示，图中的虚线框内部分可以直接放置在低温介质内。为满足试验要求，可以设置上述低温介质为温度较低的液氮(-196℃)等。

需要注意的是，上述间隙与测试腔之间通过相应的环形密封圈16实现分隔；同样的，上述加长缸12和顶盖13之间也设置有用于密封的环形密封圈16结构。

在本实施例中，为了进一步增强顶盖13和加长缸12之间的密封性，设置上述顶盖13和加长缸12的连接处设置有环形密封圈16，此时顶盖13和旋转轴3的连接处通过功能密封圈5实现密封，旋转轴3经该功能密封圈5相对于顶盖13向外伸出。

上述功能密封圈5可以在该测试腔内进行打压时帮助维持该装置内的压力，使压力值可以稳定在要求的测试范围内。

上述功能密封圈5的规格和参数与待测密封圈2保持一致。

如图4所示，上述顶盖13的内侧壁上还设置有轴承131，旋转轴3通过该轴承131与顶盖13相连。缸体11、旋转轴3和顶盖13共同组成该测试主体1的密封结构，上述三者之间可以通过螺栓等结构固定连接，并在相邻两个零件的结合部位通过销钉定位，配合端面密封和环形密封圈16实现密封。上述轴承131和定位顶尖111与旋转轴3配合形成能相对于测试缸同轴的转动结构。

需要注意的是，为了实现对旋转轴3的轴向限位，避免旋转轴3从测试腔中脱出，作为可选的实施方式，上述顶盖13上还安装有轴承压盖132，该轴承压盖132可以通过相应的压盖调节螺钉实现对旋转轴3的轴向限位。

在使用该测试主体1进行密封圈性能测试时，除上述装置以外，还需要配置检漏组件8和施压组件9。

检漏组件8主要用于与上述排气区15相连，以验证排气区15是否进行排气，即是否产生漏气情况。在本实施例及其它相近实施例中，上述检漏组件8包括检漏水槽，检漏水槽可以通过与对应的导压通道4相连通的检漏管与排气区15相连。

施压组件9用于与上述进气区14相连，通过注入高压气体的方式向进气区14内施压，从而检测密封圈在对应压力条件下是否漏气。在本实施例及其它相近实施例中，上述施压组件9包括气源和压力指示件92，气源可以是能够稳定供气的导气管，也可以是装有适量检测用气体的高压气瓶等，气源经与导压通道4相连的进气管与进气区14相连，压力指示件92用于指示流入进气区14内的气体的压力。

上述施压装置通过进气管对测试腔进行打压，通过检漏管收集泄漏气体，实现对密封圈的气密性能检测。

作为可选的实施方式，施压组件9还包括增压器93。该增压器93可以进一步增强压力的检测范围。

在对密封圈的性能进行测试时，可以根据需要设置旋转轴3处于静止状态或者转动状态，当旋转轴3处于转动状态时，可以通过手动或者自动的方式驱动旋转轴3转动。

具体的，当通过自动的方式控制旋转轴3转动时，此时该装置还包括驱动组件6，该驱动组件6可以通过联轴器7与旋转轴3相连并驱动其转动。

为了达到紧密连接的效果，除联轴器7以外，二者的连接处还设置有销钉。销钉连结处配合为大间隙配合，该配合足以包容电机61轴与旋转轴3之间的偏心。

当上述驱动组件6为电机61时，优选为伺服电机61，可以通过控制电机61的转速和转动方向的方式实现对上述旋转轴3转动情况的调整，以满足不同的测试需求。

具体的，上述伺服电机61的运动状态可以通过与其电连接的控制系统等进行调节和控制。该控制系统可以是PLC单片机或微处理器等结构，其结构和连接方式为现有技术，在此不再赘述。

需要注意的是，当需要检测待测密封圈2在不同压力下的扭矩大小时，此时也可以设置上述驱动组件6为扭矩扳手62。此时，所检测到的扭矩为待测密封圈2和功能密封圈5的扭矩之和。

下面对上述测试装置的使用进行具体说明。

当需要对待测密封圈2进行密封性能测试时，如图6所示，需要将施压组件9和检漏组件8通过相应的管道与测试主体1相连，通过排水法来检测上述待测密封圈2在特定压力条件下的泄漏量。

该方法对密封圈的静态密封效果检测和动态密封效果检测均适用。当需要对密封圈进行动态密封效果检测时，需要额外设置电机61与旋转轴3相连并驱动旋转轴3按检测要求的转速和转动方向旋转即可。

当需要检测密封圈在低温环境下的密封性能时，可以将上述测试腔浸泡或放置在低温介质内。

当需要对待测密封圈2进行扭矩测试时，如图7所示，此时需要将上述旋转轴3与扭矩扳手62相连，再通过施压组件9对测试腔内进行打压操作，即可通过测试扳手试得该密封圈在不同压力下的扭矩参数。

需要注意的是，此时不需要安装上述检漏组件8。

当需要对待测密封圈2进行寿命测试时，可以首先通过上述电机61和测试主体1模拟密封圈使用动作(此时可以根据是否进行带压测试选择性安装上述施压组件9和检漏组件8)。在模拟动作完成后，再根据需要对上述测试主体1进行打压处理，以验证使用一定压力的寿命后的密封圈的气密性和扭矩变化情况。

可以理解的是，本实施所提供的测试装置可以对旋转机械所使用的密封圈在不同压力、温度环境下的静态密封性能和动态密封性能等进行检测，还可以对该密封圈在不同压力条件下的扭矩进行检测；甚至还能够模拟在特定压力和旋转动作寿命后的密封圈并对其性能进行检测。该装置与传统的检测设备相比，其结构相对简单，可以在保证同轴度的同时优化装置的内部结构，同时还可以实现密封圈的综合性能检测，从而为后续的研究开发提供重要参考。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。