CN111636981A - 一种火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台 - Google Patents
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Abstract
火箭涡轮泵浮动环密封的试验台，它涉及一种试验台。本发明解决了现有涡轮泵转子在运行过程中易发生流激振动失稳现象，导致转子振动增大，在涡轮泵富氧条件下，极易产生富氧燃烧，火箭发动机存在稳定性和可靠性低的问题。试验台本体的两端均设置有定位环和腔体迷宫密封，定位环的外环面及侧端面与前腔体或后腔体高精度配合，定位环与试验台本体通过腔体迷宫密封进行密封，前腔体和后腔体的内侧均设置有台肩，前腔体和后腔体的台肩与中腔体构成浮动环工作的高压腔室，浮动环被限制在高压腔室内，前腔体和后腔体上均加工有孔道，所述孔道均与浮动环的通道连通，浮动环和轴承座上均安装有电涡流位移传感器。本发明用于火箭涡轮泵浮动环密封试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封测试试验台，具体涉及一种用于火箭涡轮泵浮动环密封测试的试验台，属于航天技术领域。
背景技术
在现代的工业装置系统中，由于流体机械的广泛的使用，密封起到至关重要的作用。密封问题的设计研究在科学和技术领域有着非常重要的意义，对于航空航天发动机等旋转机械的设计尤为重要。
液体火箭发动机的涡轮泵装置向喷射引擎的燃烧室提供低温氧化剂和燃料，其设计中一个关键技术就是隔离低温燃料，所以密封措施关系到火箭发动机的工作效率和可靠性。在火箭涡轮泵内高转速、高压差、超低温和超高温的严苛环境下，各类接触式密封技术如刷式密封、柔性片密封等难以满足苛刻的环境要求。对于液体火箭发动机的核心部件-液氢涡轮泵来说，迷宫密封是涡轮泵所使用的最为广泛的密封形式。转子在运行过程中，因自身的不平衡质量造成的轴系涡动使密封处于偏心状态，此时密封内部存在不均匀压力分布。这种不均匀的压力分布，当变化的频率与轴系模态频率接近时，极易发生流激振动失稳现象，导致转子振动增大，在涡轮泵富氧条件下，极易产生富氧燃烧，降低火箭发动机的稳定性和可靠性。为了保证可靠性，液氧涡轮泵中固定间隙密封的间隙量一般远大于常规设计标准，成为限制涡轮泵效率提高的瓶颈。由于浮动环间隙密封的间隙高度可远远小于固定式间隙密封，显著降低工质的泄露量，提高旋转机械的效率，而且浮动环密封具有大直接阻尼和小的交叉耦合刚度系数，故其为抗振动高性能涡轮机械的首选设备。
低泄漏和高阻尼性能的旋转密封技术是进一步提高透平机械能量转换效率和运行稳定性最有效和最经济的关键革新技术。因此，对浮动环密封的泄漏特性和动力学特性的研究有着显著的意义和价值。
发明内容
本发明为解决现有的涡轮泵转子在运行过程中易发生流激振动失稳现象，导致转子振动增大，在涡轮泵富氧条件下，极易产生富氧燃烧，火箭发动机存在稳定性和可靠性低的问题，进而提供一种火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台包括试验基础平台1、伺服电机2、变速齿轮箱3、转子4、试验台本体、T型槽导轨6、两个轴承座5、两个定位环13和多个电涡流位移传感器7；两个T型槽导轨6沿试验基础平台1的长度方向依次设置，伺服电机2和变速齿轮箱3依次设置在T型槽导轨6上，转子4通过两个轴承座5安装在T型槽导轨6上，伺服电机2的输出轴通过变速齿轮箱3、联轴器与转子4连接；其特征在于：试验台本体包括前腔体8、中腔体9、后腔体10和两个腔体迷宫密封，试验台本体的两端均设置有定位环13和腔体迷宫密封，定位环13的内环面与转子4高精度配合，定位环13的外环面及侧端面与前腔体8或后腔体10高精度配合，定位环13与试验台本体通过腔体迷宫密封进行密封，前腔体8、中腔体9和后腔体10依次套装在转子4上，前腔体8、中腔体9和后腔体10之间密封连接，前腔体8和后腔体10的内侧均设置有台肩，前腔体8和后腔体10的台肩与中腔体9构成浮动环工作的高压腔室，浮动环被限制在高压腔室内，前腔体8和后腔体10上均加工有孔道，所述孔道均与浮动环的通道连通，浮动环和轴承座5上均安装有电涡流位移传感器7。
在一个实施方案中，前腔体8、中腔体9和后腔体10三者之间通过多根贯穿螺栓固定连接为一体，相邻两个腔体之间通过密封端面垫环密封。
在一个实施方案中，T型槽导轨6由第一T型槽导轨和第二T型槽导轨构成，第一T型槽导轨和第二T型槽导轨上沿其长度方向加工有多条T型槽，伺服电机2和变速齿轮箱3安装在第一T型槽导轨的上端面上，转子4、试验台本体和两个轴承座5安装在第二T型槽导轨的上端面上。
在一个实施方案中，浮动环上设置有工质进水孔11和工质出水孔12，工质进水孔11和工质出水孔12均与高压腔室连通。
在一个实施方案中，轴承座5为对中可调节轴承座。
在一个实施方案中，定位环13由两个定位半环构成，两个定位半环闭合形成完整的定位环13，两个定位半环的接触面高精度配合。
在一个实施方案中，定位环13的中心位置沿其圆周方向均布加工有多个螺纹孔。
在一个实施方案中，所述火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台还包括两个轴承座支撑座14，轴承座5通过轴承座支撑座14安装在T型槽导轨6上。
在一个实施方案中，试验台本体与轴承座5之间、试验台本体内均布置有电涡流位移传感器7。
在一个实施方案中，试验台本体外壁上设置有加速度传感器，工质进水孔11、工质出水孔12以及轴承座5内均布置有压力传感器、温度传感器和流量计。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台采用的试验腔体结构，为研究液体火箭发动机涡轮泵浮动环密封的泄漏量提供技术保障，并设计专用的设备测试浮动环结构运动的准确参数、进一步研究浮动环的动力学特性，设计并搭建模块化试验装置，进而具备多种试验能力，为涡轮泵浮动环密封的设计提供技术支持。
附图说明
图1为本发明的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台的整体结构立体图；
图2为本发明的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台带有激振结构的立体图；
图3为本发明具体实施方式一中试验台本体的主剖视图；
图4为本发明的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台的工作原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台包括试验基础平台1、伺服电机2、变速齿轮箱3、转子4、试验台本体、T型槽导轨6、两个轴承座5、两个定位环13和多个电涡流位移传感器7；两个T型槽导轨6沿试验基础平台1的长度方向依次设置，伺服电机2和变速齿轮箱3依次设置在T型槽导轨6上，转子4通过两个轴承座5安装在T型槽导轨6上，伺服电机2的输出轴通过变速齿轮箱3、联轴器与转子4连接；试验台本体包括前腔体8、中腔体9、后腔体10和两个腔体迷宫密封，试验台本体的两端均设置有定位环13和腔体迷宫密封，定位环13的内环面与转子4高精度配合，定位环13的外环面及侧端面与前腔体8或后腔体10高精度配合，定位环13与试验台本体通过腔体迷宫密封进行密封，前腔体8、中腔体9和后腔体10依次套装在转子4上，前腔体8、中腔体9和后腔体10之间密封连接，前腔体8和后腔体10的内侧均设置有台肩，前腔体8和后腔体10的台肩与中腔体9构成浮动环工作的高压腔室，浮动环被限制在高压腔室内，前腔体8和后腔体10上均加工有孔道，所述孔道均与浮动环的通道连通，浮动环和轴承座5上均安装有电涡流位移传感器7。
具体实施方式二：如图1和图3所示，本实施方式前腔体8、中腔体9和后腔体10三者之间通过多根贯穿螺栓固定连接为一体，相邻两个腔体之间通过密封端面垫环密封。
如此设计，相邻两个腔体之间通过密封端面垫环密封，实现了前腔体8、中腔体9和后腔体10之间的密封，同时，前腔体8、中腔体9和后腔体10三者之间可拆卸连接实现了浮动环的安装拆卸。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图2所示，本实施方式T型槽导轨6由第一T型槽导轨和第二T型槽导轨构成，第一T型槽导轨和第二T型槽导轨上沿其长度方向加工有多条T型槽，伺服电机2和变速齿轮箱3安装在第一T型槽导轨的上端面上，转子4、试验台本体和两个轴承座5安装在第二T型槽导轨的上端面上。
如此设计，便于调节伺服电机2和变速齿轮箱3在第一T型槽导轨上的位置，便于调节转子4、试验台本体和两个轴承座5在第二T型槽导轨上的位置。
其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图2所示，本实施方式浮动环上设置有工质进水孔11和工质出水孔12，工质进水孔11和工质出水孔12均与高压腔室连通。
如此设计，对高压腔室起到降温冷却的作用。
其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式轴承座5为对中可调节轴承座。
如此设计，便于轴承座5的位置调整。
其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：如图1和图2所示，本实施方式定位环13由两个定位半环构成，两个定位半环闭合形成完整的定位环13，两个定位半环的接触面高精度配合。
如此设计，定位环13内外两端面能分别与转子和前、后腔体定位面高精度配合，在“刚性转子试验”和“柔性转子试验”中，密封试验器本体实现与试验转子保持同心
其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图1和图2所示，本实施方式定位环13的中心位置沿其圆周方向均布加工有多个螺纹孔。
如此设计，本实施方式以便定位环13可沿轴向从密封试验台本体与轴承座5之间取出。
其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：如图1和图2所示，本实施方式所述火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台还包括两个轴承座支撑座14，轴承座5通过轴承座支撑座14安装在T型槽导轨6上。
如此设计，本实施方式便于调整轴承座5在T型槽导轨6上的位置。
其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四、六或七相同。
具体实施方式九：如图1和图2所示，本实施方式试验台本体与轴承座5之间、试验台本体内均布置有电涡流位移传感器7。
如此设计，本实施方式用以测量转子、测量腔体相对转子振动和测量浮动环的运动。
其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：如图1和图2所示，本实施方式试验台本体外壁上设置有加速度传感器，工质进水孔11、工质出水孔12以及轴承座5内均布置有压力传感器、温度传感器和流量计。
如此设计，加速度传感器用于测量测试腔体在激振力下的振动，压力传感器、温度传感器和流量计用于测量试验腔体和轴承座内流体压力，进出口的水温以及流量。
其它组成及连接关系与具体实施方式四、六、七或九相同。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。
实施例1:
如图1和图2所示，火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台共用基础模块主要由试验基础平台1、轴承座5、转子4、联轴器、变速齿轮箱3、T型槽导轨6及伺服电机2组成,试验台本体由前腔体8、中腔体9、后腔体10、密封端面垫环及腔体迷宫密封组成。
在该功能中，试验装置的最高工作转速小于试验台转子系统的第一阶临界转速，保证其处于刚性转子范畴；将密封测试腔采用刚性支架固定，以模拟浮动环实际工作过程中浮动环密封的安装状态。在试验过程中，浮动环随着驱动系统的转速不同而在密封测试腔中处于不同的位置，当转速达到额定试验转速后，在本试验台上开展试验，测试密封泄漏量、浮动环稳定位置等信息。本试验装置在此功能下可开展如下系列试验：浮动环密封泄漏量测试试验、刚性转子下跨距对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、刚性转子下不对中对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、刚性转子下支承刚度对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、刚性转子下不平衡量对浮动环运动及稳定运行位置影响试验。在本试验功能中，只有密封测试前刚性支承架是特有的部件。
实施例2：
此功能用到的试验装置与“刚性转子下浮动环特性试验”完全相同，区别在于通过更换试验转子件，将转子系统的第一阶临界转速调节到小于系统的最高工作转速。
本试验装置在此功能下可开展如下系列试验：浮动环密封泄漏量测试试验、柔性转子下跨距对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、柔性转子下不对中对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、柔性转子下支承刚度对浮动环运动及稳定运行位置影响试验、柔性转子下不平衡量对浮动环运动及稳定运行位置影响试验。
Claims (10)
1.一种火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，所述火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台包括试验基础平台1、伺服电机2、变速齿轮箱3、转子4、试验台本体、T型槽导轨6、两个轴承座5、两个定位环13和多个电涡流位移传感器7；两个T型槽导轨6沿试验基础平台1的长度方向依次设置，伺服电机2和变速齿轮箱3依次设置在T型槽导轨6上，转子4通过两个轴承座5安装在T型槽导轨6上，伺服电机2的输出轴通过变速齿轮箱3、联轴器与转子4连接；其特征在于：试验台本体包括前腔体8、中腔体9、后腔体10和两个腔体迷宫密封，试验台本体的两端均设置有定位环13和腔体迷宫密封，定位环13的内环面与转子4高精度配合，定位环13的外环面及侧端面与前腔体8或后腔体10高精度配合，定位环13与试验台本体通过腔体迷宫密封进行密封，前腔体8、中腔体9和后腔体10依次套装在转子4上，前腔体8、中腔体9和后腔体10之间密封连接，前腔体8和后腔体10的内侧均设置有台肩，前腔体8和后腔体10的台肩与中腔体9构成浮动环工作的高压腔室，浮动环被限制在高压腔室内，前腔体8和后腔体10上均加工有孔道，所述孔道均与浮动环的通道连通，浮动环和轴承座5上均安装有电涡流位移传感器7。
2.根据权利要求1所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：前腔体8、中腔体9和后腔体10三者之间通过多根贯穿螺栓固定连接为一体，相邻两个腔体之间通过密封端面垫环密封。
3.根据权利要求1或2所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：T型槽导轨6由第一T型槽导轨和第二T型槽导轨构成，第一T型槽导轨和第二T型槽导轨上沿其长度方向加工有多条T型槽，伺服电机2和变速齿轮箱3安装在第一T型槽导轨的上端面上，转子4、试验台本体和两个轴承座5安装在第二T型槽导轨的上端面上。
4.根据权利要求3所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：浮动环上设置有工质进水孔11和工质出水孔12，工质进水孔11和工质出水孔12均与高压腔室连通。
5.根据权利要求1、2或4所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：轴承座5为对中可调节轴承座。
6.根据权利要求5所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：定位环13由两个定位半环构成，两个定位半环闭合形成完整的定位环13，两个定位半环的接触面高精度配合。
7.根据权利要求6所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：定位环13的中心位置沿其圆周方向均布加工有多个螺纹孔。
8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：所述火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台还包括两个轴承座支撑座14，轴承座5通过轴承座支撑座14安装在T型槽导轨6上。
9.根据权利要求8所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：试验台本体与轴承座5之间、试验台本体内均布置有电涡流位移传感器7。
10.根据权利要求4、6、7或9所述的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台，其特征在于：试验台本体外壁上设置有加速度传感器，工质进水孔11、工质出水孔12以及轴承座5内均布置有压力传感器、温度传感器和流量计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200908 |