CN105332821A - 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法 - Google Patents

一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105332821A
CN105332821A CN201510672384.6A CN201510672384A CN105332821A CN 105332821 A CN105332821 A CN 105332821A CN 201510672384 A CN201510672384 A CN 201510672384A CN 105332821 A CN105332821 A CN 105332821A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine pump
flange
hydrogen
cooler
servomechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510672384.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105332821B (zh
Inventor
景光辉
张晓莎
李建明
吕凤实
郝小龙
李凌云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201510672384.6A priority Critical patent/CN105332821B/zh
Publication of CN105332821A publication Critical patent/CN105332821A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105332821B publication Critical patent/CN105332821B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
    • F02K9/805—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control servo-mechanisms or control devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/05—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05D2270/051—Thrust

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及一种伺服机构及伺服控制方法，具体说涉及一种配套运载火箭液氢液氧发动机、集成氢气涡轮泵能源的高紧凑大功率伺服机构及伺服控制方法，属于运载火箭控制技术领域。本发明的伺服机构工作时，从发动机引流高压氢气，驱动氢气涡轮泵为伺服机构提供大功率液压能源，氢气涡轮泵排出的低温氢气被引入冷却器气腔；同时，伺服机构中所有低压回路的液压油汇集到一起，进入冷却器油腔，与低温氢气换热降温后进入涡轮泵吸油口，进行新一轮闭式循环；经过热交换的氢气通过管路排出。

Description

一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法
技术领域
本发明涉及一种伺服机构及伺服控制方法，具体说涉及一种配套运载火箭液氢液氧发动机、集成氢气涡轮泵能源的高紧凑大功率伺服机构及伺服控制方法，属于运载火箭控制技术领域。
背景技术
伺服机构是我国对运载火箭/导弹飞行控制执行机构子系统的统称，典型应用是摇摆发动机实施推力矢量控制。
国内YF-75液氢液氧发动机推力矢量控制电液伺服机构，采取从发动机氢气涡轮泵后引流高压氢气，驱动小功率叶片式气动机传动变量液压泵的能源方案，该种气动机能源方案只适用于(功率分布)较小功率的伺服机构。
国内、外固体导弹推力矢量控制电液伺服机构，曾有采用高温燃气驱动超高速涡轮泵建立大功率伺服液压能源的先例，其功率超过20kW，但受涡轮泵工作发热等影响，其一次连续工作时间限于100s以内，该方案仅能满足伺服机构短时间工作要求。
针对大推力液氢液氧发动机推力矢量控制，其配套伺服机构功率需求为20kW，工作时间超过500s，上述伺服机构方案不能使用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法，可满足伺服机构大功率、长时间工作使用要求。
本发明的技术解决方案是：
一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，该伺服机构包括氢气涡轮泵、冷却器、涡轮泵安装座、冷却器耳座和伺服机构作动器；
所述的氢气涡轮泵包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；
所述的涡轮泵安装座为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；
氢气涡轮泵的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵的壳体底端面与涡轮泵安装座的平台固定连接；氢气涡轮泵的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；
一种集成氢气涡轮泵伺服机构的伺服控制方法，从发动机或气源引流的高压氢气从氢气涡轮泵氢气进气口进入，高压氢气驱动氢气涡轮泵做功后，氢气依次经过氢气涡轮泵壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座气路通道、冷却器气路通道、冷却器耳座气路通道排出；伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器统一汇集，经涡轮泵安装座高温低压油路通道进入冷却器进油通道，在冷却器与低温氢气进行热交换后，经冷却器排油通道进入涡轮泵安装座低温低压油路通道，氢气涡轮泵泵轮高速旋转从涡轮泵安装座低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油泵出，高压油经涡轮泵安装座低温高压油路通道进入伺服机构作动器高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器油路通道，形成闭式循环。
所述的冷却器耳座为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；
氢气涡轮泵的壳体底端面与涡轮泵安装座的平台固定连接，涡轮泵安装座上的气路通道的入口与氢气涡轮泵的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮泵安装座上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器的第四法兰与涡轮泵安装座的第一法兰固定连接，冷却器的进油通道入口与涡轮泵安装座高温低压油路通到的出口连通，冷却器的出油通道出口与涡轮泵安装座低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器的气路通道的入口与涡轮泵安装座气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器的第五法兰与冷却器耳座的第三法兰固定连接；冷却器的气路通道的出口与冷却器耳座的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座的第二法兰与伺服机构作动器固定连接，涡轮泵安装座的高温低压油路通道的入口与作动器的低压油路通道连通，涡轮泵安装座的低温高压油路通道的出口与作动器的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封。
所述的冷却器包括不锈钢壳体、前端板、折流板、管束、后端板和支撑杆；不锈钢壳体、前端板、折流板、管束、后端板和支撑杆的材料均为不锈钢材质；
所述的不锈钢壳体为承力件，不锈钢壳体为中空圆柱，其一端带有第四法兰，另一端带有第五法兰，在不锈钢壳体的侧壁上有加强筋，加强筋内部带有进油通道和出油通道，进油通道的入口在第四法兰上，出油通道的出口在第四法兰上，第一条通道出口在中空圆柱内表面且接近第五法兰处；出油通道入口在中空圆柱内表面且接近第四法兰；第四法兰和第五法兰上各有一密封凹槽；所述的不锈钢壳体通过其两端的法兰与伺服机构主体固定连接；
所述的前端板为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔；
所述的折流板为一带有缺口的圆板，圆板上分布有若干个毛细孔，圆板的边缘处有光孔；
所述的管束为毛细管；
所述的后端板为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔；
所述的支撑杆为实心不锈钢杆，支撑杆的一端焊接在前端板的底盘上，中间穿过折流板并与折流板点焊连接，支撑杆的另一端焊接在后端板的底盘上；
所述的管束依次穿过前端板、折流板和后端板，管束在前端板和后端板上均突出3-5mm；
所述的管束与前端板、后端板均采用钎焊焊接；
所述的前端板的外表面与不锈钢壳体的内表面相匹配，前端板插入不锈钢壳体内，前端板的上表面距不锈钢壳体第四法兰端面8～12mm，前端板的上表面与不锈钢壳体内表面采用氩弧焊角焊焊接；
所述的后端板的外表面与不锈钢壳体的内表面相匹配，后端板插入不锈钢壳体内，后端板的上表面距不锈钢壳体第五法兰端面8～12mm，后端板的上表面与不锈钢壳体内表面也采用氩弧焊角焊焊接；
从伺服机构主体流出的液压油首先通过进油通道进入管束组成的管间腔，经折流板的折流，通过折流板上的缺口沿管束的管间腔蜿蜒流动，并经出油通道流出；
所述的不锈钢壳体的两端法兰上的凹槽用于安装柔性石墨，通过柔性石墨对不锈钢壳体与伺服机构主体进行密封；
所述的不锈钢壳体的进油通道和出油通道与伺服机构本体的油路通道之间采用密封管进行连接，不锈钢壳体的进油通道入口端面上有一凹槽，进油通道入口内壁上有一凹槽和凸台，进油通道入口内壁上的凸台用于对密封管进行定位；进油通道入口内壁上凹槽安装密封圈，用于对密封管和进油通道进行密封；不锈钢壳体的进油通道入口端面上的凹槽安装密封圈，用于对密封管和进油通道进行双重密封；
所述的管束的毛细管为气路通道，管束与伺服机构本体出气管路连通，气路通道和出气管路之间通过柔性石墨进行密封。
不锈钢壳体采用屈服强度不低于为1100Mp的不锈钢，其厚度为4-5mm。
管束的内径为1.6-3mm，相邻管束之间的距离为2-5mm，管束呈正三角形布局。
冷却器的冷却方法，步骤为：伺服机构做功后的低温气体，经冷却器管束通道流动，并排出；同时伺服机构中的高温液压油经冷却器进油通道进入冷却器，经管束与折流板形成的流道蜿蜒流动，并从出油通道流出；过程中，管束内部的低温气体与管束外部的高温液压油通过管束毛细管外壁实现低温气体与高温液压油的热交换，完成对伺服机构液压油介质的温度控制。
有益效果
(1)本发明的低温气体是伺服机构做功后的气体，实现对伺服机构液压油的冷却，不需要外界再引入冷却介质，能源利用率高；
(2)本发明通过在不锈钢壳体的外表面上一体成型一个带有进油通道和出油通道的加强筋，使得冷却器的结构紧凑，且该加强筋可作为通道，不需要额外配置管路通道及接头附件，使得冷却器减重效果明显；
(3)本发明的不锈钢壳体为承力件，且两端带有法兰能够与伺服机构本体连接，使得冷却器能够串联、内嵌于伺服机构本体结构中，作为伺服机构的一部分，承载不小于10t的拉、压载荷；
(4)本发明可以通过调整管束的规格、数量改变冷却器的散热面积，适用不同伺服机构液压油冷却系统的需求，且管束的内径一般为1.6-3mm，相邻管束之间的距离为2-5mm，使得液压油的冷却效果好，
(5)本发明的管束两端与前端板和后端板采用钎焊焊接结构形式，前端板和后端板与不锈钢壳体采用氩弧焊角焊焊接，使得油路通道和气路通道承受不低于10MPa液压压力，而传统的冷却器的强度一般不大于1MPa；
(6)本发明的气路通道采用柔性石墨密封，使用范围最低可达到-70℃；
(7)本发明的油路通道采用双重密封结构，使得油路的密封效果好，可靠性高；
(8)本发明的冷却器整体冷却效果好，强度、可靠性高，满足大功率、长时工作、高可靠性电液伺服机构(系统)使用，可推广应用于集成度要求高、工作环境恶劣、且有热交换需求的同类产品上。
(9)本发明的伺服机构中，设置氢气涡轮泵和冷却器，通过涡轮泵安装座、排气耳座等组件将涡轮泵、冷却器集成在伺服机构主体结构中；通过内置油液通道、气路通道分别实现伺服机构高/低压油液、氢路与涡轮泵、冷却器响应管道的沟通；
(10)本发明的伺服机构工作时，从发动机引流高压氢气，驱动氢气涡轮泵为伺服机构提供大功率液压能源，氢气涡轮泵排出的低温氢气被引入冷却器气腔；同时，伺服机构中所有低压回路的液压油汇集到一起，进入冷却器油腔，与低温氢气换热降温后进入涡轮泵吸油口，进行新一轮闭式循环；经过热交换的氢气通过管路排出；
(11)本发明的伺服机构主体结构上通过涡轮泵安装座、冷却器耳座等组件首次同时集成氢气涡轮泵和冷却器；通过引流外部高压氢气，获得大功率液压能源；涡轮泵低温排气流经冷却器实现对伺服机构液压油工作介质温度控制；
(12)本发明的涡轮泵排氢、冷却器供油、冷却器回油全部采用内置流道；省却外置油、气管道，结构紧凑。
附图说明
图1中伺服机构的结构组成示意图；
图2为伺服机构的伺服控制过程示意图；
图3为涡轮泵安装座内部的气路及油路通道位置关系示意图；其中，1为气路通道，2为低温低压油路通道，3为低温高压油路通道，4为高温低压油路通道；
图4为冷却器耳座的结构示意图；
图5为冷却器的结构示意图；
图6为冷却器中不锈钢壳体的立体结构示意图。
具体实施方式
一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，该伺服机构包括氢气涡轮泵1、冷却器2、涡轮泵安装座3、冷却器耳座4、伺服机构作动器5、柔性石墨密封垫6、密封圈7、螺栓8、螺栓9、螺栓10和螺栓11；
所述的氢气涡轮泵1包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；
所述的涡轮泵安装座3为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，安装座3上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于安装座3圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于安装座3圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；
氢气涡轮泵1的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵1的壳体底端面与安装座3的平台通过螺栓11固定连接；氢气涡轮泵1的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；
所述的冷却器耳座4为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环，圆环用于该伺服机构与外围设备的连接；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座4的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；
氢气涡轮泵1的壳体底端面与安装座3的平台通过螺栓11固定连接，安装座3上的气路通道的入口与氢气涡轮泵1的壳体底端面之间通过柔性石墨垫6进行密封，安装座3上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵1的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器2的第一法兰与涡轮泵安装座3的第一法兰通过螺栓8固定连接，冷却器2的进油通道入口与涡轮泵安装座3高温低压油路通到的出口连通，冷却器2的出油通道出口与涡轮泵安装座3低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈7进行密封。冷却器2的气路通道的入口与涡轮泵安装座3气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫6进行密封；冷却器2的第二法兰与冷却器耳座4的第三法兰通过螺栓9固定连接；冷却器2的气路通道的出口与冷却器耳座4的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座3的第二法兰与伺服机构作动器5通过螺栓10固定连接，涡轮泵安装座3的高温低压油路通道的入口与作动器5的低压油路通道连通，涡轮泵安装座3的低温高压油路通道的出口与作动器5的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封。
伺服控制方法为：
从发动机(或气源)引流的高压氢气从涡轮泵1氢气进气口进入，高压氢气驱动涡轮泵1做功后，氢气依次经过涡轮泵1壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座3气路通道、冷却器2气路通道、冷却器耳座4气路通道排出；
油路通道：伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器5统一汇集，经涡轮泵安装座3高温低压油路通道进入冷却器2进油通道，在冷却器2与低温氢气进行热交换后，经冷却器2排油通道进入涡轮泵安装座3低温低压油路通道，涡轮泵2泵轮高速旋转从涡轮泵安装座3低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油泵出，高压油经涡轮泵安装座3低温高压油路通道进入伺服机构作动器5高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器2油路通道，形成闭式循环。
下面结合附图对本发明进行说明。
如图1所示，一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，该伺服机构包括氢气涡轮泵1、冷却器2、涡轮泵安装座3、冷却器耳座4、伺服机构作动器5、柔性石墨密封垫6、密封圈7、螺栓8、螺栓9、螺栓10和螺栓11；
所述的氢气涡轮泵1包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；
如图3所示，所述的涡轮泵安装座3为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，安装座3上带有气路通道1、高温低压油路通道4、低温低压油路通道2和低温高压3油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于安装座3圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于安装座3圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；
氢气涡轮泵1的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵1的壳体底端面与安装座3的平台通过螺栓11固定连接；氢气涡轮泵1的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；
如图4所示，所述的冷却器耳座4为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环，圆环用于该伺服机构与外围设备的连接；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座4的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；
氢气涡轮泵1的壳体底端面与安装座3的平台通过螺栓11固定连接，安装座3上的气路通道的入口与氢气涡轮泵1的壳体底端面之间通过柔性石墨垫6进行密封，安装座3上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵1的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器2的第一法兰与涡轮泵安装座3的第一法兰通过螺栓8固定连接，冷却器2的进油通道入口与涡轮泵安装座3高温低压油路通到的出口连通，冷却器2的出油通道出口与涡轮泵安装座3低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈7进行密封。冷却器2的气路通道的入口与涡轮泵安装座3气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫6进行密封；冷却器2的第二法兰与冷却器耳座4的第三法兰通过螺栓9固定连接；冷却器2的气路通道的出口与冷却器耳座4的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座3的第二法兰与伺服机构作动器5通过螺栓10固定连接，涡轮泵安装座3的高温低压油路通道的入口与作动器5的低压油路通道连通，涡轮泵安装座3的低温高压油路通道的出口与作动器5的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封。
如图2所示，伺服控制方法为：从发动机(或气源)引流的高压氢气从涡轮泵1氢气进气口进入，高压氢气驱动涡轮泵1做功后，氢气依次经过涡轮泵1壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座3气路通道、冷却器2气路通道、冷却器耳座4气路通道排出；
油路通道：伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器5统一汇集，经涡轮泵安装座3高温低压油路通道进入冷却器2进油通道，在冷却器2与低温氢气进行热交换后，经冷却器2排油通道进入涡轮泵安装座3低温低压油路通道，涡轮泵2泵轮高速旋转从涡轮泵安装座3低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油泵出，高压油经涡轮泵安装座3低温高压油路通道进入伺服机构作动器5高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器2油路通道，形成闭式循环。
如图5和图6所示，冷却器2包括不锈钢壳体21、前端板22、折流板23、管束24、后端板25、支撑杆26；不锈钢壳体21左端设进油通道2131和出油通道2132；不锈钢壳体21的两端分别为第四法兰211和第五法兰212；
从发动机(或气源)引流的10Mpa高压氢气从涡轮泵1氢气进气口进入，高压氢气驱动涡轮泵1做功后，-70℃低温氢气依次经过涡轮泵1壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座3气路通道，在冷却器2经气路通道与高温液压油进行热交换后，经冷却器耳座4气路通道排出；
油路通道：伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器5统一汇集，70L/min、80℃液压油经涡轮泵安装座3高温低压油路通道进入冷却器2进油通道，在冷却器2与低温氢气进行热交换后，油液温度降为60℃以下，低温液压油经冷却器2排油通道进入涡轮泵安装座3低温低压油路通道，涡轮泵2泵轮高速旋转从涡轮泵安装座3低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油泵出，24MPa高压油(液压功率为28kW)经涡轮泵安装座3低温高压油路通道进入伺服机构作动器5高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器2油路通道，形成闭式循环。
采用冷却器2对液压油路油液进行热交换，冷却器出口的油液持续维持60℃，并处于热平衡状态，使得伺服机构工作时间远超600s。
冷却器的冷却过程为：冷却器选用600根直径为2mm的不锈钢毛细管，散热面积为2m2。伺服机构做功后的-70℃低温氢气，经冷却器管束24通道流动，并排出；同时伺服机构中温度为80℃、流量为70L/min的液压油经冷却器进油通道2131进入冷却器，经管束24与折流板23形成的流道蜿蜒流动，并从出油通道2132流出；过程中，管束24内部的低温气体与管束24外部的高温液压油通过管束外壁实现低温气体与高温液压油的热交换，经热交换后，排出的氢气温度升至-20℃以上，而同时，液压油工作介质降低至60℃以下，完成对伺服机构液压油介质的温度控制。

Claims (9)

1.一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：该伺服机构包括氢气涡轮泵(1)、冷却器(2)、涡轮泵安装座(3)、冷却器耳座(4)和伺服机构作动器(5)；
所述的氢气涡轮泵(1)包括端盖、壳体和泵轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接泵轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口；
所述的涡轮泵安装座(3)为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮泵安装座(3)上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮泵安装座(3)圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；
氢气涡轮泵(1)的泵轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接；氢气涡轮泵(1)的泵轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；
所述的冷却器耳座(4)为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座(4)的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口；
氢气涡轮泵(1)的壳体底端面与涡轮泵安装座(3)的平台固定连接，涡轮泵安装座(3)上的气路通道的入口与氢气涡轮泵(1)的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮泵安装座(3)上的低温低压油路通道与氢气涡轮泵(1)的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器(2)的第四法兰与涡轮泵安装座(3)的第一法兰固定连接，冷却器(2)的进油通道入口与涡轮泵安装座(3)高温低压油路通到的出口连通，冷却器(2)的出油通道出口与涡轮泵安装座(3)低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器(2)的气路通道的入口与涡轮泵安装座(3)气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器(2)的第五法兰与冷却器耳座(4)的第三法兰固定连接；冷却器(2)的气路通道的出口与冷却器耳座(4)的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮泵安装座(3)的第二法兰与伺服机构作动器(5)固定连接，涡轮泵安装座(3)的高温低压油路通道的入口与作动器(5)的低压油路通道连通，涡轮泵安装座(3)的低温高压油路通道的出口与作动器(5)的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封。
2.根据权利要求1所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：所述的冷却器包括不锈钢壳体(21)、前端板(22)、折流板(23)、管束(24)、后端板(25)和支撑杆(26)；
所述的不锈钢壳体(21)为中空圆柱，其一端带有第四法兰(211)，另一端带有第五法兰(212)，在不锈钢壳体(21)的侧壁上有加强筋(213)，加强筋(213)内部带有进油通道(2131)和出油通道(2132)，进油通道(2131)的入口在第四法兰(211)上，出油通道(2132)的出口在第四法兰(211)上，进油通道(2131)出口在中空圆柱内表面且接近第五法兰(212)处；出油通道(2132)入口在中空圆柱内表面且接近第四法兰(211)处；
所述的不锈钢壳体(21)通过其两端的第四法兰(211)和第五法兰(212)与伺服机构主体固定连接，并通过柔性石墨进行密封；
所述的支撑杆(26)的一端焊接在前端板(22)的上，中间穿过折流板(23)并与折流板(23)点焊连接，支撑杆(26)的另一端焊接在后端板(25)上；
所述的管束(24)依次穿过前端板(22)上的毛细孔、折流板(23)和后端板(25)上的毛细孔，管束(24)在前端板(22)和后端板(25)上均突出3-5mm；
所述的管束(24)与前端板(22)、后端板(25)均采用钎焊焊接；
所述的前端板(22)的外表面与不锈钢壳体(21)的内表面相匹配，前端板(22)插入不锈钢壳体(21)内，前端板(22)的上表面距不锈钢壳体(21)第四法兰(211)端面8～12mm，前端板(22)的上表面与不锈钢壳体(21)内表面采用氩弧焊角焊焊接；
所述的后端板(25)的外表面与不锈钢壳体(21)的内表面相匹配，后端板(25)插入不锈钢壳体(21)内，后端板(25)的上表面距不锈钢壳体(21)第五法兰(212)端面8～12mm，后端板(25)的上表面与不锈钢壳体(21)内表面采用氩弧焊角焊焊接。
3.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：所述的不锈钢壳体(21)的进油通道(2131)和出油通道(2132)与伺服机构本体的油路通道之间采用密封管进行连接，不锈钢壳体(21)的进油通道(2131)入口端面上有一凹槽，进油通道(2131)入口内壁上有一凹槽和凸台，进油通道(2131)入口内壁上的凸台用于对密封管进行定位；进油通道(2131)入口内壁上凹槽安装密封圈，用于对密封管和进油通道(2131)进行密封；不锈钢壳体(21)的进油通道(2131)入口端面上的凹槽安装密封圈，用于对密封管和进油通道(2131)进行双重密封。
4.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：所述的管束(24)为气路通道，管束(24)与伺服机构主体出气管路连通，气路通道和出气管路之间通过柔性石墨进行密封。
5.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：不锈钢壳体(21)采用屈服强度不低于为1100Mp的不锈钢，其厚度为4-5mm。
6.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：管束(24)的内径为1.6-3mm，相邻管束(4)之间的距离为2-5mm，管束(24)呈正三角形布局。
7.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：第四法兰(211)和第五法兰(212)上各有一密封凹槽用于安装柔性石墨。
8.根据权利要求2所述的一种集成氢气涡轮泵的伺服机构，其特征在于：所述的前端板(22)为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔，所述的折流板(23)为一带有缺口的圆板，圆板上分布有若干个毛细孔，圆板的边缘处有光孔；所述的管束(24)为毛细管，所述的后端板(25)为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔，所述的支撑杆(26)为实心不锈钢杆，支撑杆(26)的一端焊接在前端板(22)的底盘上，中间穿过折流板(23)并与折流板(23)点焊连接，支撑杆(26)的另一端焊接在后端板(25)的底盘上。
9.一种集成氢气涡轮泵伺服机构的伺服控制方法，其特征在于：从发动机或气源引流的高压氢气从氢气涡轮泵(1)氢气进气口进入，高压氢气驱动氢气涡轮泵(1)做功后，氢气依次经过氢气涡轮泵(1)壳体螺旋气路通道、涡轮泵安装座(3)气路通道、冷却器(2)气路通道、冷却器耳座(4)气路通道排出；伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器(5)统一汇集，经涡轮泵安装座(3)高温低压油路通道进入冷却器(2)进油通道，在冷却器(2)与低温氢气进行热交换后，经冷却器(2)排油通道进入涡轮泵安装座(3)低温低压油路通道，氢气涡轮泵(1)泵轮高速旋转从涡轮泵安装座(3)低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油泵出，高压油经涡轮泵安装座(3)低温高压油路通道进入伺服机构作动器(5)高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器(2)油路通道，形成闭式循环。
CN201510672384.6A 2015-10-16 2015-10-16 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法 Active CN105332821B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510672384.6A CN105332821B (zh) 2015-10-16 2015-10-16 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510672384.6A CN105332821B (zh) 2015-10-16 2015-10-16 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105332821A true CN105332821A (zh) 2016-02-17
CN105332821B CN105332821B (zh) 2017-04-19

Family

ID=55283546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510672384.6A Active CN105332821B (zh) 2015-10-16 2015-10-16 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105332821B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110821712A (zh) * 2019-10-23 2020-02-21 西安航天动力研究所 一种低温涡轮泵高温燃气出口端连接结构
CN111486000A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 铃木株式会社 车辆用内燃机的辅助设备支撑结构
CN113638891A (zh) * 2021-04-29 2021-11-12 北京精密机电控制设备研究所 一种涡轮泵试验系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3659788A (en) * 1969-10-23 1972-05-02 Rolls Royce Jet nozzle assembly
US20050150207A1 (en) * 2003-12-10 2005-07-14 Christensen Donald J. Fluidic diverter valve with a variable valve-bore clearance
US20050183413A1 (en) * 2004-02-19 2005-08-25 Japan Aerospace Exploration Agency Pulse detonation engine and valve
CN103075393A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 北京精密机电控制设备研究所 一种新型多余度机电静压伺服机构
CN103673784A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 北京精密机电控制设备研究所 一种运载火箭伺服机构液压能源装置
CN104696108A (zh) * 2013-12-10 2015-06-10 上海新跃仪表厂 一种利用火箭发动机高压煤油驱动的伺服机构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3659788A (en) * 1969-10-23 1972-05-02 Rolls Royce Jet nozzle assembly
US20050150207A1 (en) * 2003-12-10 2005-07-14 Christensen Donald J. Fluidic diverter valve with a variable valve-bore clearance
US20050183413A1 (en) * 2004-02-19 2005-08-25 Japan Aerospace Exploration Agency Pulse detonation engine and valve
CN103075393A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 北京精密机电控制设备研究所 一种新型多余度机电静压伺服机构
CN103673784A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 北京精密机电控制设备研究所 一种运载火箭伺服机构液压能源装置
CN104696108A (zh) * 2013-12-10 2015-06-10 上海新跃仪表厂 一种利用火箭发动机高压煤油驱动的伺服机构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾广商: ""我国载人运载火箭伺服机构技术发展分析"", 《载人航天》 *
高峰等: ""推力矢量控制技术在导弹上的应用"", 《飞航导弹》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111486000A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 铃木株式会社 车辆用内燃机的辅助设备支撑结构
CN111486000B (zh) * 2019-01-25 2022-03-08 铃木株式会社 车辆用内燃机的辅助设备支撑结构
CN110821712A (zh) * 2019-10-23 2020-02-21 西安航天动力研究所 一种低温涡轮泵高温燃气出口端连接结构
CN113638891A (zh) * 2021-04-29 2021-11-12 北京精密机电控制设备研究所 一种涡轮泵试验系统
CN113638891B (zh) * 2021-04-29 2024-03-15 北京精密机电控制设备研究所 一种涡轮泵试验系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105332821B (zh) 2017-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103291391B (zh) 一种具有双运行模式的汽轮机发电供热系统
CN105332821A (zh) 一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法
CN215293303U (zh) 一种带冷却瓦温功能的高压油顶起装置
CN105370441B (zh) 采用多源氢气能源的多变量多余度数控伺服系统
CN101847899A (zh) 一种电机定子绕组内部蒸发冷却循环系统
CN106989066A (zh) 一种间冷式多级轴流压气机及其工作方法
CN112665209A (zh) 一种温度精准响应的热力学排气系统及其控制方法
CN206801957U (zh) 一种间冷式多级轴流压气机
KR20170021729A (ko) 수직 펌프용 배출 헤드 및 수직 펌프
CN109737056A (zh) 一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统与工作方法
CN111140297B (zh) 一种高能量密度蓄释能系统及蓄能释能方法
CN102410747B (zh) 多级增压节能换热器
CN209212320U (zh) 一种汽轮机
CN114136641B (zh) 一种用于加温加压压气机试验器的排气装置
CN105332973B (zh) 一种电液伺服机构用内嵌式冷却器及冷却方法
CN207018092U (zh) 一种回热器和燃气轮机
CN214063064U (zh) 一种减轻轴振的轴封蒸汽冷却装置
CN201412212Y (zh) 一种循环冷却系统
CN103438744A (zh) 一种用于热交换设备中的增压节能器
CN205677913U (zh) 流体压力能回收装置
CN206131540U (zh) 内置热交换排管不耗水无垢节能复合冷凝器
CN101988395A (zh) 有压气体涡轮增压系统
CN219272152U (zh) 一种mvr蒸发器的管口封闭装置
CN220793520U (zh) 介质压力调节装置以及冷水机组
CN112943697A (zh) 叶轮扩压器及水蒸气离心式压缩机及空调机组

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant