石墨端面封严装置密封性检测装置

 引言
封严是对转动部件和非转动部件间的泄漏进行控制。航空发动机封严的密封特性对于发动机性能具有极为重要的影响，直接决定发动机品质。石墨端面密封装置是航空发动机中较为理想的密封装置，石墨封严的密封效果较好，寿命长，泄漏量小，甚至完全不泄漏，尤其是在高温、高压、高转速条件下仍能保证可靠的密封性能，这是其他类型密封装置所不具备的。航空发动机在工作一个翻修间隔期后需要对机件进行检查修理，石墨端面封严装置修理装配后总装配前需要进行气体密封试验检查以便对修理情况进行验证。
1 石墨端面封严装置结构、特性及工作原理
1.1 石墨端面封严装置结构介绍 石墨端面封严装置属于接触式机械封严装置的一种，主要由三部分组成，第一部分为石墨端面封严静环，主要材料为耐磨及润滑性良好的石墨，它安装在外壳体内，内部有波形弹簧、压板、密封圈。第二部分为端面密封动环，它表面光滑，热稳定性好，耐磨能力强，线膨胀系数小，摩擦系数低，组对性能好。第三部分为O型密封圈，其作用是对径向配合面进行密封，防止泄漏。
1.2 石墨端面封严装置特性 石墨端面封严装置具有较好的密封效果，较长的使用寿命，摩擦功率消耗低，不损坏旋转轴外表面的特点。同时，它对旋转轴在工作过程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感，密封效果不会受以上因素的明显影响。
1.3 石墨端面封严装置工作原理 通过石墨端面封严静环内部的波形弹簧弹力保证密封端面的贴合，二者产生摩擦运动，依靠密封端面极高的平面度及粗糙度要求，保证密封端面的接触面积，从而实现转、静子间的密封。工作时密封端面间维持一个极薄的油膜可以避免端面间的干摩擦，能够有效地降低密封端面地磨损程度，延长使用
寿命。
2 石墨端面封严装置修理后密封试验的必要性
航空发动机上使用的石墨端面封严装置，在使用过程中会出现弹簧失效、石墨件结合面掉块、胶圈失效等故障，这些故障都会引起石墨端面封严装置装机使用过程中出现密封失效的故障，在装机前都需要通过一定的修理方法进行排除，修理后需要通过一定的检测手段对于修理结果进行验证，确定该石墨端面封严装置是否能够满足继续装机工作的需要。气体密封试验可以验证端面密封装置修理后工作的可靠性，同时可以减少装机后出现故障反复拆装带来的成本增加。
3 气体密封试验夹具设计
3.1 气体密封试验具体要求 由于石墨端面封严装置安装到附件机匣功率输出端，主要作用是对转动齿轮轴和壳体之间的油气进行封严，根据附件机匣工作环境和工作压力，制定静态下气体密封试验参数要求见表1。按如下参数试验过程中压差稳定后开始记录泄漏量，允许漏气，数量不超过10个气泡，不允许有水进入封严件。
3.2 技术难点的解决方案 结合该型石墨端面封严装置的工作原理及气体密封试验参数的具体要求，设计了如图1的试验夹具，下面对于具体情况进行介绍：
3.2.1 模拟石墨端面密封装置装配时的状态。本次研究的夹具内设计了模拟齿轮轴轴径的圆柱用以安装端面封严动环；设计了模拟壳体堵盖的凹槽（上面开有安装O型密封圈的凹槽）用以安装石墨密封组件，从而模拟石墨端面密封装置装配时的状态。
3.2.2 满足石墨端面密封装置装配过程的尺寸要求方案。由于石墨端面密封装置是由石墨端面封严静环和端面封严动环组成的，为保证石墨与旋转环能完全接触，达到密封性要求，需要在装配时保证石墨密封组件中的弹簧能够具有一定的压缩量，从而在结合面之间产生一定的压力，但弹簧在壳体内部，无法检测。针对这个问题，通过间接的控制石墨端面封严静环和端面封严动环装配后的高度来保证，达到装配过程的尺寸要求。
3.2.3 分析气体密封试验参数和要求确定夹具最终的结构。气体密封试验要求装配好的石墨端面封严静环连同端面封严动环组成的端面密封装置进行密封性实验，用空气检查石墨环与端面封严动环结合面的密封性。根据气体密封试验要求，本次研究设计的夹具在全密封的状态下，在端面封严动环安装的圆柱上，开了一个直径为4mm的通孔，并在下方焊接了漏气管，方便进行泄漏气体的观察和收集。
另外，本夹具还考虑了石墨端面封严静环进行密封试验后分解的问题。在夹具上盖（即安装石墨端面封严静环的上盖）开三个圆形凹槽，便于试验后，使用顶具将石墨封严组件从上盖中顶出。这个方法在实际分解过程中应用效果较好，防止了分解过程中石墨端面封严静环滑脱和使用冲击力进行分解造成的机件故障。
4 试验程序及验证试验
4.1 试验程序
①将石墨端面封严装置安装到夹具中，用麂皮将石墨端面封严静环和端面封严动环接触面擦拭干净；
②夹具上下盖安装到位后按对角拧紧的方式拧紧螺栓，将夹具安装到试验器水槽上，保证漏气管伸到水面下方30mm；
③调整试验器气动开关，向试验器供应干燥的压缩
空气；
④缓慢调整微调开关，向石墨端面封严装置密封试验夹具内供气，当表的读数在0.09±0.01MPa范围内时，停止供气；
⑤当压力稳定后，用秒表计时5分钟，同时观察并记录石墨端面封严装置密封试验夹具上漏气管内漏出的气泡数量；
⑥试验结束，断开试验器，拆下石墨端面封严装置。
4.2 验证试验
气体密封试验用设备和夹具设计和制造后，选取了10组石墨端面密封装置进行了气密试验验证，具体试验结果见表2；并将石墨端面密封装置分别安装到附件机匣组件中，进行组件液压密封试验（具体试验要求见表3）进行对比。
通过对比分析表2试验数据，试件1、3、4、6和不超标试件7，装配到附件机匣组件上后，进行液压试验检查，试验结果不漏油符合规定要求。试件5、10，装配到附件机匣组件上后，进行液压试验检查，试验结果是轻微渗油。试件2、8、9，在附件机匣组件液压密封试验时也出现严重漏油现象。可以看出，使用该试验夹具检查结论与附件机匣组件密封试验检查结果基本相同，综上可以得出本次研究设计的气体密封试验夹具可以满足试验要求。
5 结论
①气体密封试验夹具结构设计能够满足石墨端面密封装置气体密封试验要求，结构合理，操作简单。
②经过对比试验，使用气体密封试验对于检查石墨端面密封装置故障的方法可行、有效。