石墨端面封嚴裝置密封性檢測裝置

 引言
封嚴是對轉(zhuǎn)動部件和非轉(zhuǎn)動部件間的泄漏進行控制。航空發(fā)動機封嚴的密封特性對于發(fā)動機性能具有極為重要的影響，直接決定發(fā)動機品質(zhì)。石墨端面密封裝置是航空發(fā)動機中較為理想的密封裝置，石墨封嚴的密封效果較好，壽命長，泄漏量小，甚至完全不泄漏，尤其是在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速條件下仍能保證可靠的密封性能，這是其他類型密封裝置所不具備的。航空發(fā)動機在工作一個翻修間隔期后需要對機件進行檢查修理，石墨端面封嚴裝置修理裝配后總裝配前需要進行氣體密封試驗檢查以便對修理情況進行驗證。
1 石墨端面封嚴裝置結(jié)構(gòu)、特性及工作原理
1.1 石墨端面封嚴裝置結(jié)構(gòu)介紹 石墨端面封嚴裝置屬于接觸式機械封嚴裝置的一種，主要由三部分組成，第一部分為石墨端面封嚴靜環(huán)，主要材料為耐磨及潤滑性良好的石墨，它安裝在外殼體內(nèi)，內(nèi)部有波形彈簧、壓板、密封圈。第二部分為端面密封動環(huán)，它表面光滑，熱穩(wěn)定性好，耐磨能力強，線膨脹系數(shù)小，摩擦系數(shù)低，組對性能好。第三部分為O型密封圈，其作用是對徑向配合面進行密封，防止泄漏。
1.2 石墨端面封嚴裝置特性 石墨端面封嚴裝置具有較好的密封效果，較長的使用壽命，摩擦功率消耗低，不損壞旋轉(zhuǎn)軸外表面的特點。同時，它對旋轉(zhuǎn)軸在工作過程中產(chǎn)生的振動、偏擺、偏斜等不敏感，密封效果不會受以上因素的明顯影響。
1.3 石墨端面封嚴裝置工作原理 通過石墨端面封嚴靜環(huán)內(nèi)部的波形彈簧彈力保證密封端面的貼合，二者產(chǎn)生摩擦運動，依靠密封端面極高的平面度及粗糙度要求，保證密封端面的接觸面積，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)、靜子間的密封。工作時密封端面間維持一個極薄的油膜可以避免端面間的干摩擦，能夠有效地降低密封端面地磨損程度，延長使用
壽命。
2 石墨端面封嚴裝置修理后密封試驗的必要性
航空發(fā)動機上使用的石墨端面封嚴裝置，在使用過程中會出現(xiàn)彈簧失效、石墨件結(jié)合面掉塊、膠圈失效等故障，這些故障都會引起石墨端面封嚴裝置裝機使用過程中出現(xiàn)密封失效的故障，在裝機前都需要通過一定的修理方法進行排除，修理后需要通過一定的檢測手段對于修理結(jié)果進行驗證，確定該石墨端面封嚴裝置是否能夠滿足繼續(xù)裝機工作的需要。氣體密封試驗可以驗證端面密封裝置修理后工作的可靠性，同時可以減少裝機后出現(xiàn)故障反復(fù)拆裝帶來的成本增加。
3 氣體密封試驗夾具設(shè)計
3.1 氣體密封試驗具體要求 由于石墨端面封嚴裝置安裝到附件機匣功率輸出端，主要作用是對轉(zhuǎn)動齒輪軸和殼體之間的油氣進行封嚴，根據(jù)附件機匣工作環(huán)境和工作壓力，制定靜態(tài)下氣體密封試驗參數(shù)要求見表1。按如下參數(shù)試驗過程中壓差穩(wěn)定后開始記錄泄漏量，允許漏氣，數(shù)量不超過10個氣泡，不允許有水進入封嚴件。
3.2 技術(shù)難點的解決方案 結(jié)合該型石墨端面封嚴裝置的工作原理及氣體密封試驗參數(shù)的具體要求，設(shè)計了如圖1的試驗夾具，下面對于具體情況進行介紹：
3.2.1 模擬石墨端面密封裝置裝配時的狀態(tài)。本次研究的夾具內(nèi)設(shè)計了模擬齒輪軸軸徑的圓柱用以安裝端面封嚴動環(huán)；設(shè)計了模擬殼體堵蓋的凹槽（上面開有安裝O型密封圈的凹槽）用以安裝石墨密封組件，從而模擬石墨端面密封裝置裝配時的狀態(tài)。
3.2.2 滿足石墨端面密封裝置裝配過程的尺寸要求方案。由于石墨端面密封裝置是由石墨端面封嚴靜環(huán)和端面封嚴動環(huán)組成的，為保證石墨與旋轉(zhuǎn)環(huán)能完全接觸，達到密封性要求，需要在裝配時保證石墨密封組件中的彈簧能夠具有一定的壓縮量，從而在結(jié)合面之間產(chǎn)生一定的壓力，但彈簧在殼體內(nèi)部，無法檢測。針對這個問題，通過間接的控制石墨端面封嚴靜環(huán)和端面封嚴動環(huán)裝配后的高度來保證，達到裝配過程的尺寸要求。
3.2.3 分析氣體密封試驗參數(shù)和要求確定夾具最終的結(jié)構(gòu)。氣體密封試驗要求裝配好的石墨端面封嚴靜環(huán)連同端面封嚴動環(huán)組成的端面密封裝置進行密封性實驗，用空氣檢查石墨環(huán)與端面封嚴動環(huán)結(jié)合面的密封性。根據(jù)氣體密封試驗要求，本次研究設(shè)計的夾具在全密封的狀態(tài)下，在端面封嚴動環(huán)安裝的圓柱上，開了一個直徑為4mm的通孔，并在下方焊接了漏氣管，方便進行泄漏氣體的觀察和收集。
另外，本夾具還考慮了石墨端面封嚴靜環(huán)進行密封試驗后分解的問題。在夾具上蓋（即安裝石墨端面封嚴靜環(huán)的上蓋）開三個圓形凹槽，便于試驗后，使用頂具將石墨封嚴組件從上蓋中頂出。這個方法在實際分解過程中應(yīng)用效果較好，防止了分解過程中石墨端面封嚴靜環(huán)滑脫和使用沖擊力進行分解造成的機件故障。
4 試驗程序及驗證試驗
4.1 試驗程序
①將石墨端面封嚴裝置安裝到夾具中，用麂皮將石墨端面封嚴靜環(huán)和端面封嚴動環(huán)接觸面擦拭干凈；
②夾具上下蓋安裝到位后按對角擰緊的方式擰緊螺栓，將夾具安裝到試驗器水槽上，保證漏氣管伸到水面下方30mm；
③調(diào)整試驗器氣動開關(guān)，向試驗器供應(yīng)干燥的壓縮
空氣；
④緩慢調(diào)整微調(diào)開關(guān)，向石墨端面封嚴裝置密封試驗夾具內(nèi)供氣，當(dāng)表的讀數(shù)在0.09±0.01MPa范圍內(nèi)時，停止供氣；
⑤當(dāng)壓力穩(wěn)定后，用秒表計時5分鐘，同時觀察并記錄石墨端面封嚴裝置密封試驗夾具上漏氣管內(nèi)漏出的氣泡數(shù)量；
⑥試驗結(jié)束，斷開試驗器，拆下石墨端面封嚴裝置。
4.2 驗證試驗
氣體密封試驗用設(shè)備和夾具設(shè)計和制造后，選取了10組石墨端面密封裝置進行了氣密試驗驗證，具體試驗結(jié)果見表2；并將石墨端面密封裝置分別安裝到附件機匣組件中，進行組件液壓密封試驗（具體試驗要求見表3）進行對比。
通過對比分析表2試驗數(shù)據(jù)，試件1、3、4、6和不超標試件7，裝配到附件機匣組件上后，進行液壓試驗檢查，試驗結(jié)果不漏油符合規(guī)定要求。試件5、10，裝配到附件機匣組件上后，進行液壓試驗檢查，試驗結(jié)果是輕微滲油。試件2、8、9，在附件機匣組件液壓密封試驗時也出現(xiàn)嚴重漏油現(xiàn)象。可以看出，使用該試驗夾具檢查結(jié)論與附件機匣組件密封試驗檢查結(jié)果基本相同，綜上可以得出本次研究設(shè)計的氣體密封試驗夾具可以滿足試驗要求。
5 結(jié)論
①氣體密封試驗夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足石墨端面密封裝置氣體密封試驗要求，結(jié)構(gòu)合理，操作簡單。
②經(jīng)過對比試驗，使用氣體密封試驗對于檢查石墨端面密封裝置故障的方法可行、有效。