CN106052959B - 火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置 - Google Patents
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Abstract
一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，包括两部分，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构一侧侧面中部，圆盘结构与圆柱结构同轴并组成一体结构；圆盘结构上沿周向分布有配重安装孔(2)，圆盘结构上配重安装孔(2)内侧沿周向分布有扭转安装孔(4)，柔性驱动轴(9)通过扭转安装孔(4)与圆盘结构连接，圆柱结构安装在盘轴一体转子(7)中部的涡轮泵轴内孔(8)内。本发明结构简单，容易加工，能适应高转速的盘轴一体型涡轮泵转子，拆装方便，平衡精度高，同时具备单面配重功能并在多次升、降速条件下工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于火箭发动机盘轴一体式涡轮泵转子的高速动平衡内螺纹驱动联接结构，特别是液氢液氧火箭发动机。
背景技术
进入21世纪，美国、欧洲、俄罗斯等国家和地区为适应世界新军事和政治变革，竞相争夺太空开发的战略要地，重新调整航天发展战略或发展规划，载人航天和深空探测活动重新受到重视，运载火箭更新换代加快引领液体推进技术不断向前发展。
氢氧发动机涡轮泵是输送液氢液氧推进剂的关键组件，其运行状态的好坏将直接影响发动机的性能和可靠性，目前国内外氢氧发动机涡轮泵的工作转速普遍较高，一般在20000r/min以上，常采用工作在一、二阶甚至二、三阶临界转速之间的柔性转子设计。高转速给涡轮泵转子的平稳工作带来了挑战，必须采用高速动平衡工艺对其进行平衡，以使转子在工作转速下运转平稳，振幅处于设计允许范围内。为了保证平衡质量，高速动平衡的驱动联接装置必须与涡轮泵转子有较好的同轴度，同时能够有效传递驱动扭矩。目前氢氧火箭发动机涡轮泵的高速动平衡驱动装置主要采用定位块与转接外螺母结构，这种结构形式存在的问题有：1)采用2Cr13材料，自身重量偏大，对转子的平衡精度造成消极影响；2)结构复杂，定位环节多，定位精度不高；3)定位块与轴采用过盈配合的定位方式保证同心度，降低了高速动平衡转子装配和拆卸等工作的效率；4)采用外螺纹驱动的结构形式在盘轴一体式的涡轮泵转子上无法应用；5)大部分广泛应用的驱动装置功能单一，在一些不具备配重条件的涡轮泵转子上无法应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，与现有氢氧发动机涡轮泵高速动平衡驱动连接装置相比，本发明结构简单，容易加工，能适应高转速的盘轴一体型涡轮泵转子，拆装方便，平衡精度高，同时具备单面配重功能并在多次升、降速条件下工作可靠。
本发明所采用的技术方案是：一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，包括两部分，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构一侧侧面中部，圆盘结构与圆柱结构同轴并组成一体结构；圆盘结构上沿周向分布有配重安装孔，圆盘结构上配重安装孔内侧沿周向分布有扭转安装孔，柔性驱动轴通过扭转安装孔与圆盘结构连接，圆柱结构安装在盘轴一体转子中部的涡轮泵轴内孔内。
所述圆盘结构侧面中部有圆形的凸起结构，凸起结构卡入柔性驱动轴端部的凹槽内。
所述配重螺纹孔为等夹角分布，各配重螺纹孔之间夹角为22.5°。
所述扭转安装孔有四个且等夹角分布。
所述圆柱结构通过扭转内螺纹与涡轮泵轴内孔配合。
所述平衡驱动联接装置的材料为钛合金。
所述圆柱结构的圆柱面与圆盘结构轴线的同轴度为0.01mm。
所述圆盘结构的两侧面与圆盘结构轴线的垂直度均为0.01mm。
所述圆盘结构上凸起结构的圆周面与圆盘结构轴线的垂直度为0.01mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的动平衡驱动联接装置为单体结构，结构简单，与传统的定位块和外螺纹转接螺母的方式相比，不涉及过盈定位，零件数量进一步减少，拆装更方便，能够有效减少对发动机涡轮泵产品表面状态的损伤，提高了液体火箭发动机涡轮泵高速动平衡的效率，并具有可重复使用的优势。
(2)本发明的动平衡驱动联接装置定位精度高，单体结构其驱动端定位面和转子端定位面基准一致，两端定位面在机加工时可一次加工成型，能够达到同轴度和垂直度0.01mm的高精度要求，相比之下传统驱动联接结构定位环节过多，且多零件上含有定位面，机加工无法满足高定位精度的要求，影响高速动平衡效果。
(3)本发明的动平衡驱动联接装置可直接在装置上进行高精度配重；该装置与涡轮盘紧贴，到盘面的轴向距离仅有10mm，自身包含22.5°间隔的均布配重螺纹孔，可通过在配重孔上拧配重螺钉的方式对涡轮盘进行配重，然后根据与涡轮盘的半径换算可方便地计算对涡轮盘的去重量，解决了开式涡轮盘无法试配重的问题，采取小角度间隔的配重孔布置，提升了试配重精度。
(4)本发明的动平衡驱动联接装置采用内螺纹驱动的方式，避免了涡轮泵转子末端结构突出，对涡轮泵的轴系结构设计适应性强，相比于传统驱动联接装置，特别适用于盘轴一体式的涡轮泵转子；该装置采用钛合金材料，进一步降低了联接装置的重量，提高了液体火箭发动机涡轮泵转子的高速动平衡精度。
(5)本发明的动平衡驱动联接装置适用于高转速(n＝60000r/min)涡轮泵特别是盘轴一体式涡轮泵转子的高速动平衡，扭矩传递好，可满足多次升降速、拆装的要求，最高平衡工作转速可达60000r/min，
附图说明
图1为本发明的盘轴一体涡轮泵高速动平衡驱动联接装置应用装配图；
图2为本发明的驱动联接装置配重孔布局图。
具体实施方式
如图1所示，一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，包括两部分，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构一侧侧面中部，圆盘结构与圆柱结构同轴并组成一体结构；圆盘结构上沿周向分布有配重安装孔2，圆盘结构另一侧侧面中部有圆形的凸起结构，圆盘结构上配重安装孔2和凸起结构之间沿周向分布有扭转安装孔4，柔性驱动轴9通过扭转安装孔4与圆盘结构连接，凸起结构卡入柔性驱动轴9端部的凹槽内；圆柱结构安装在盘轴一体转子7中部的涡轮泵轴内孔8内。配重安装孔2和扭转安装孔4为螺纹孔。
从功能上，本发明由转接母体1、配重螺纹孔2、扭转内螺纹6、传扭法兰、驱动端定位面3和转子端定位面5六个功能部分组成，如图1所示。该驱动联接装置为单体结构，圆盘结构和圆柱结构定义为转接母体1，圆柱结构与涡轮泵轴内孔8采用扭转内螺纹6连接实现驱动传扭，安装力矩为150N·m。本发明的圆柱结构的圆柱面上一端分布有扭转内螺纹6，扭转内螺纹6根部的圆柱面和圆盘结构的侧面定义为转子端定位面5，与圆盘结构轴线的同轴度和垂直度分别为0.01mm；盘轴一体转子7的涡轮盘螺纹内孔8基圆与圆盘结构轴线的同轴度0.01mm；圆盘结构定义为传扭法兰，圆盘结构上凸起结构圆周面和根部的圆盘结构侧面定义为驱动端定位面3，与圆盘结构轴线的同轴度和垂直度分别为0.01mm。为保证定位精度该装置的驱动端定位面3和转子端定位面5在机加工车床上一次加工成型。
应用此装置进行高速动平衡最高工作转速60000r/min，通过4颗螺钉和扭转安装孔10将传扭法兰与柔性驱动轴9连接，并通过扭转内螺纹6与盘轴一体转子7的涡轮泵轴内孔8直接连接实现扭矩传递功能，高精度的定位结构保证高速动平衡的对中精度。此装置上的16个配重安装孔2与配重螺钉配合使用，通过22.5°的小角度分割实现高速动平衡时对转子涡轮端的高精度试配重功能，如图2所示。此装置使用钛合金材料加工，减轻装置重量，可进一步提高高速动平衡精度。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (8)
1.一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，包括两部分，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构一侧侧面中部，圆盘结构与圆柱结构同轴并组成一体结构；圆盘结构上沿周向分布有配重安装孔(2)，圆盘结构上配重安装孔(2)内侧沿周向分布有扭转安装孔(4)，柔性驱动轴(9)通过扭转安装孔(4)与圆盘结构连接，圆柱结构安装在盘轴一体转子(7)中部的涡轮泵轴内孔(8)内；所述配重安装孔(2)为等夹角分布，各配重安装孔(2)之间夹角为22.5°。
2.根据权利要求1所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述圆盘结构侧面中部有圆形的凸起结构，凸起结构卡入柔性驱动轴(9)端部的凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述扭转安装孔(4)有四个且等夹角分布。
4.根据权利要求1或2所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述圆柱结构通过扭转内螺纹(6)与涡轮泵轴内孔(8)配合。
5.根据权利要求1或2所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述平衡驱动联接装置的材料为钛合金。
6.根据权利要求1或2所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述圆柱结构的圆柱面与圆盘结构轴线的同轴度为0.01mm。
7.根据权利要求1或2所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述圆盘结构的两侧面与圆盘结构轴线的垂直度均为0.01mm。
8.根据权利要求1或2所述的一种火箭发动机盘轴一体涡轮泵转子高速动平衡驱动联接装置，其特征在于，所述圆盘结构上凸起结构的圆周面与圆盘结构轴线的垂直度为0.01mm。
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