CN114295235A - 一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，在刷式密封环的后夹板的端面上沿周向加工出若干通孔，将若干热电偶丝分别通过一个通孔插入刷丝束，并使热电偶丝前端的探头与刷丝尖端平齐，热电偶丝通过热电偶补偿导线经密封腔室引出，并连接于温度信号采集装置，待各探头温度值稳定时，记录温度数据，刷丝尖端的平均温度为各探头测试数据的平均值。利用本发明可监控刷丝顶端局部温度分布，进而为接触式刷式密封设计提供丰富的温度实验数据。
Description
技术领域
本发明属于叶轮机械实验技术领域，特别涉及一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法。
背景技术
叶轮机械动密封问题的研究在科学与技术领域都具有非常重要的意义。就叶轮机械而言，密封泄漏损失是气动损失的主要来源，由于泄漏导致的级间能量损失比例可以达到1/3。因此，减少泄漏损失成为提高透平机械效率的重要措施。刷式密封是一种先进的接触式动密封技术。相较于传统的迷宫密封，刷式密封的封严性能优异，拥有更小的占用空间，具有良好的转子动力特性。
接触式刷式密封的封严效果好，这是由于刷丝束与转轴间具有一定的干涉量以消除密封间隙。因干涉量的存在，刷丝束与转轴间高速摩擦发生摩擦热效应，产生的大量热量加剧刷丝磨损，对刷式密封的密封性能以及运行寿命产生不利的影响。因此，干涉量一般小于0.2mm，从而避免严重的摩擦热效应。在转轴发生径向偏移或是压力载荷增大时，刷丝束与后夹板间的作用力使得刷丝不能及时跟随转子，出现刷丝束的刚化效应。当转轴脱离偏移或者负荷降低时，由于刷丝束与后夹板间的摩擦力，刷丝束不能立即复原，刷丝束出现迟滞特性。迟滞特性会加大刷式密封的泄漏量，降低密封性能。此外，在压差的作用下，刷丝束内的径向气流促使刷丝倾角变小，刷丝紧贴转子表面，增强了密封作用。该种现象称为刷式密封的闭合效应。刚化效应与闭合效应的共同作用易使刷丝自由端与转轴发生更加严重的摩擦热效应，加剧刷丝磨损并且伤及转轴，严重影响刷式密封的使用寿命及转轴系统的稳定性。
发明内容
由此可见，摩擦热效应对刷式密封的封严特性与运行可靠性具有显著影响，为了监控刷丝顶端局部温度分布，进而为接触式刷式密封设计提供丰富的温度实验数据，本发明的目的在于提供一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，在刷式密封环的后夹板的端面上沿周向加工出若干通孔，将若干热电偶丝分别通过一个通孔插入刷丝束，并使热电偶丝前端的探头与刷丝尖端平齐，热电偶丝通过热电偶补偿导线经密封腔室引出，并连接于温度信号采集装置，待各探头温度值稳定时，记录温度数据，刷丝尖端的平均温度
表示为：
其中n为探头的数量，Ti为第i个探头的测量温度。
在一个实施例中，所述刷式密封环的后夹板的边沿加工有环形凸台，密封体上加工有环形凹槽，通过将所述环形凸台置入所述环形凹槽，实现密封体与刷式密封环的装配。
在一个实施例中，所述环形凹槽的径向厚度为2.75mm、轴向深度为4.65mm，所述环形凸台的径向厚度为2.3mm、轴向长度为2.5mm。
在一个实施例中，所述环形凹槽内嵌入O型密封圈。
在一个实施例中，沿周向布置若干垫片，以紧固螺栓将密封体、刷式密封环以及垫片固定。
在一个实施例中，所述后夹板的底面所处径向位置为D1，后夹板的厚度为W1，所述通孔的径向位置等于或大于D1+W1。
在一个实施例中，所述通孔的数量不少于6个，在周向上平均分布。
在一个实施例中，所述热电偶丝在刷丝束中被多排刷丝紧密包裹。
与现有技术相比，本发明可以对接触式刷式密封刷丝尖端进行温度测量，同时获得刷丝尖端温度的周向分布，为接触式刷式密封设计提供技术手段。
附图说明
图1是密封体与刷式密封环装配图。
图2是后夹板打孔三维示意图。
图3是热电偶丝探头插入刷丝束后位置示意图。
图4是热电偶丝在刷式密封环周向位置的排布示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行描述。参考附图描述的实施例是示范性的，旨在用于解释本发明，不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，在刷式密封环2的后夹板6的端面上沿周向加工出若干通孔11，将若干热电偶丝分别通过一个通孔11插入刷丝束，并使热电偶丝前端的探头12与刷丝尖端10平齐，待各探头12温度值稳定时，记录温度数据，刷丝尖端10的平均温度T为所布置探头12测试数据的平均值。
本发明的详细步骤如下：
步骤1：对密封体1及刷式密封环2进行加工，在密封体1的上游端面铣出环形凹槽7，在刷式密封环2的后夹板6的边沿铣出环形凸台8，如图1所示。示例地，环形凹槽7的径向厚度为2.75mm、轴向深度为4.65mm，所述环形凸台8的径向厚度为2.3mm、轴向长度为2.5mm。
步骤2：在刷式密封环2的后夹板6的端面开通孔11，开孔位置及开孔直径d1应保证热电偶丝能够穿过后夹板6并插入刷丝束。示例地，后夹板6的底面所处径向位置为D1，后夹板6的厚度为W1，通孔11的开孔方式可为电火花开孔，通孔11的径向位置等于或大于D1+W1，如图1、图2所示。
步骤3：重复步骤2，沿周向方向在后夹板6上均匀开孔，使热电偶沿刷式密封件周向均匀布置。为保证测量的准确度，通孔11的数量不少于6个，在本实施例中，热电偶沿刷式密封件周向共布置了6个，如图4所示。
步骤4：热电偶丝最细处为0.5mm，从而保证通孔11足够小，避免泄漏流经通孔11流出。热电偶丝在经通孔11插入刷丝束后，应沿径向向内深入，使热电偶丝在刷丝束中被多排刷丝紧密包裹，并保证热电偶丝探头12与刷丝尖端10平齐，如图2和图3所示。
步骤5：使用粘合剂将热电偶丝固定于后夹板6的表面，热电偶补偿导线13经密封腔室9引出，并连接于温度信号采集装置；
步骤6：对密封体1与刷式密封环2进行装配。
示例地，可先在环形凹槽7内嵌入O型密封圈5，O型密封圈5的作用是保证在环形凸台8嵌入环形凹槽7后泄漏流无法从密封体1与刷式密封环2的配合位置泄漏。之后，沿周向方向布置六个垫片3，采用紧固螺栓4将密封体1、刷式密封环2以及垫片3固定，如图1所示。
步骤7：调试温度信号采集装置，示例地，温度信号采集装置采用IMP温度采集系统；
步骤8：进行接触式刷式密封刷丝尖端温度的实验测量，示例地，可通过变频器调节转轴转速，通过进气阀门调节经刷式密封进入密封腔室的气体流量。
步骤9：待各热电偶测点温度值稳定时，记录实验数据。刷丝尖端10的平均温度表示为：
其中n为探头12的数量，Ti为第i个探头的测量温度。
本发明的原理如下：
刷式密封的摩擦热效应，摩擦热通过导热进入刷丝束和转子内部。进入刷丝束的热量从刷丝束顶部向刷丝根部方向导热，刷丝束内部的泄漏工质与刷丝的对流换热会带走部分热量，同时刷丝与前后夹板直接接触使得热量经刷丝进入前后夹板。进入转子的热量经导热进入转子内部，并通过转子面与泄漏工质的对流换热带走热量。当刷式密封与泄漏流达到热平衡时，便形成稳定的温度场。刷丝束内刷丝紧密排列，热电偶丝被多排刷丝紧紧包裹，热电偶丝探头与刷丝尖端平齐。当热电偶测点温度稳定时，获得的温度值即为刷丝尖端温度。
本发明接触式刷式密封温度测量方法可以对刷式密封的摩擦热效应开展研究，获得刷丝尖端温度随泄漏流进出口压比及转速及运行时间的变化规律。在给定转速条件下，刷丝尖端温度随压比大致呈现先降低后升高的趋势。刷丝尖端温度随压比增大先降低是由于泄漏量增大能够带走更多的摩擦热量。之后刷丝尖端温度随压比增大而升高是由于压比进一步增大后，刷丝束整体刚度增强，刷丝束与转轴间的摩擦生热量明显增大，尽管泄漏量增大带走更多热量，但高压比下的泄漏流散热能力不足以使刷丝束尖端温度降低。在给定压比的条件下，刷丝尖端温度随转速增大而升高。刷丝尖端温度随压比、转速及运行时间的变化规律为叶轮机械接触式可靠刷式密封的结构设计、刷丝材料选择、刷丝磨损的研究及刷式密封的密封性能分析提供实验支撑。
需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域相关技术人员应当理解：其可以对上述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。这些技术修改与改进应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，在刷式密封环(2)的后夹板(6)的端面上沿周向加工出若干通孔(11)，将若干热电偶丝分别通过一个通孔(11)插入刷丝束，并使热电偶丝前端的探头(12)与刷丝尖端(10)平齐，热电偶丝通过热电偶补偿导线(13)经密封腔室(9)引出，并连接于温度信号采集装置，待各探头(12)温度值稳定时，记录温度数据，刷丝尖端(10)的平均温度
表示为：
其中n为探头(12)的数量，Ti为第i个探头的测量温度。
2.根据权利要求1所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述刷式密封环(2)的后夹板(6)的边沿加工有环形凸台(8)，密封体(1)上加工有环形凹槽(7)，通过将所述环形凸台(8)置入所述环形凹槽(7)，实现密封体(1)与刷式密封环(2)的装配。
3.根据权利要求2所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述环形凹槽(7)的径向厚度为2.75mm、轴向深度为4.65mm，所述环形凸台(8)的径向厚度为2.3mm、轴向长度为2.5mm。
4.根据权利要求2所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述环形凹槽(7)内嵌入O型密封圈(5)。
5.根据权利要求2所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，沿周向布置若干垫片(3)，以紧固螺栓(4)将密封体(1)、刷式密封环(2)以及垫片(3)固定。
6.根据权利要求1所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述后夹板(6)的底面所处径向位置为D1，后夹板(6)的厚度为W1，所述通孔(11)的径向位置等于或大于D1+W1。
7.根据权利要求1所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述通孔(11)的数量不少于6个，在周向上平均分布。
8.根据权利要求1所述接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法，其特征在于，所述热电偶丝在刷丝束中被多排刷丝紧密包裹。
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