CN113340506A - 一种涡轮泵轴系预紧力检测装置 - Google Patents

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    • G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
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Abstract

本发明涉及一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，具体涉及一种基于伸长量法的涡轮泵轴系部件预紧力检测装置的新型结构。一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，包括定位装夹机构和测量机构，涡轮泵轴系安装在定位装夹机构上，测量机构设置在定位装夹机构上。定位装夹机构包括铝型材，测量机构包括接触式位移传感器，涡轮泵轴系设置在铝型材上，涡轮泵轴系的上部为外螺纹，压紧螺母通过螺纹连接在外螺纹上，铝型材的上部连接有接触式位移传感器，接触式位移传感器位于涡轮泵轴系的上侧。测量机构还包括测量杆，涡轮泵轴系的上部设置有内螺纹，测量杆通过螺纹连接在内螺纹上，测量杆位于接触式位移传感器的下侧。

Description

一种涡轮泵轴系预紧力检测装置
技术领域
本发明涉及一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，具体涉及一种基于伸长量法的涡轮泵轴系部件预紧力检测装置的新型结构。
背景技术
针对发动机试车过程出现振动异常现象，其影响因素很多，其中预紧力的大小直接关系到氢涡轮泵轴系零件轴向力的传递，其离散度的大小影响到系统的运行平稳性。对真实预紧力的检测并保证装配预紧力的一致性是提高系统稳定性、消除异常振动现象的关键环节。
目前采用的是力矩加转角的方法，首先安装力传感器并预紧轴系部件，记录达到目标预紧力时的扭矩值，之后使用套筒替换力传感器并再次扭紧压紧螺母到记录扭矩值，然后再旋紧压紧螺母到某一个固定的角度，最终使轴预紧。
但此种方法有以下弊端：
1.压紧螺母与轴上螺纹的几何尺寸、润滑情况、螺纹面摩擦情况对传递的预紧力都有影响，而且每次重装后其预紧力仍有变化，通过提高螺纹、轴套等相关零件的制造质量可以提高预紧力的一致性，但将增加加工成本和制造周期。
2.每次检测后需重新装配，不仅增加装配工作量和装配周期，而且重新装配后螺纹的摩擦状态必有变化，保证其实际预紧力一致性仍有困难。
由于目前力矩加转角法测量涡轮泵轴系预紧力存在以上两类问题，因此，亟需研制一套基于涡轮泵轴系组件轴向预紧力检测与分析系统，改善目前检测方式的不足。
发明内容
本发明提供一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，是一种能够进行涡轮泵轴系预紧力检测的设备，代替目前扭矩加转角预紧方式，进而提高检测的效率和准确度。
一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，包括定位装夹机构和测量机构，涡轮泵轴系安装在定位装夹机构上，测量机构设置在定位装夹机构上。
定位装夹机构包括铝型材，测量机构包括接触式位移传感器，涡轮泵轴系设置在铝型材上，涡轮泵轴系的上部为外螺纹，压紧螺母通过螺纹连接在外螺纹上，铝型材的上部连接有接触式位移传感器，接触式位移传感器位于涡轮泵轴系的上侧。
测量机构还包括测量杆，涡轮泵轴系的上部设置有内螺纹，测量杆通过螺纹连接在内螺纹上，测量杆位于接触式位移传感器的下侧。
测量机构还包括力矩套筒，力矩套筒套在压紧螺母上。
定位装夹机构还包括传感器固定平板，铝型材的上部固定连接有传感器固定平板，接触式位移传感器设置在传感器固定平板上。
定位装夹机构还包括锁紧套筒，锁紧套筒设置在传感器固定平板上，接触式位移传感器固定在锁紧套筒上。
定位装夹机构还包括直角连接件，铝型材的下部设置有直角连接件，涡轮泵轴系的下部分插在直角连接件上，涡轮泵轴系通过双背紧螺母固定连接在直角连接件上。
所述涡轮泵轴系的外侧同轴设置有涡轮泵外壳。
本发明一种涡轮泵轴系预紧力检测装置的有益效果是：
代替目前扭矩加转角预紧方式，进而提高检测的效率和准确度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为涡轮泵轴系预紧力检测系统的总体结构示意图；
图2为涡轮泵轴系预紧力检测系统的总体结构爆炸视图；
图3为涡轮泵轴系预紧力检测系统的测量结构剖视图；
图4为涡轮泵轴系预紧力检测系统的工件装夹示意图；
图5为锁紧套筒的结构示意图。
图中：铝型材2；接触式位移传感器3；锁紧套筒4；传感器固定平板5；测量杆6；力矩套筒7；压紧螺母8；涡轮泵轴系9；涡轮泵外壳10；双背紧螺母11；直角连接件12。
具体实施方式
一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，包括定位装夹机构和测量机构，涡轮泵轴系9安装在定位装夹机构上，测量机构设置在定位装夹机构上。定位装夹机构用来固定涡轮泵轴系9，测量机构用来检测涡轮泵轴系9的预紧力。
定位装夹机构包括铝型材2，测量机构包括接触式位移传感器3，涡轮泵轴系9设置在铝型材2上，涡轮泵轴系9的上部设置有外螺纹，压紧螺母8通过螺纹连接在外螺纹上，铝型材2的上部设置有接触式位移传感器3，接触式位移传感器3位于涡轮泵轴系9的上侧。
测量机构还包括测量杆6，涡轮泵轴系9的上部设置有内螺纹，测量杆6通过螺纹连接在内螺纹上，测量杆6位于接触式位移传感器3的下侧。
涡轮泵轴系9为阶梯轴结构，一端有涡轮扇叶，检测设备应避免与扇叶发生干涉，另一端带有外螺纹和内螺纹，压紧螺母8与外螺纹配合使轴预紧，内螺纹供测量杆6使用。
所述测量杆6的上端为圆形平面。
测量机构还包括力矩套筒7，力矩套筒7套在压紧螺母8上。
所述力矩套筒7的上部为六棱柱形状。
定位装夹机构还包括传感器固定平板5，铝型材2的上部固定连接有传感器固定平板5，接触式位移传感器3设置在传感器固定平板5上。
定位装夹机构还包括锁紧套筒4，锁紧套筒4设置在传感器固定平板5上，接触式位移传感器3固定在锁紧套筒4上。
定位装夹机构还包括直角连接件12，铝型材2的下部设置有直角连接件12，涡轮泵轴系9的下部分插在直角连接件12上，涡轮泵轴系9通过双背紧螺母11固定连接在直角连接件12上。
安装涡轮泵轴系9时，首先使用双背紧螺母11将直角连接件12与涡轮泵轴系9相连，再安装定位装夹机构零件及测量机构零件，并根据涡轮泵轴系9位置调节接触式位移传感器3的安装高度。
检测时，使用力矩扳手施加扭矩，扭矩通过力矩套筒7传递到压紧螺母8上，使轴预紧。上位机软件发送命令控制接触式位移传感器3采集并回传数据，上位机软件使用伸长量法将轴形变量转换为预紧力的大小。逐步提高扭矩，直到预紧力达到目标值，最终实现对涡轮泵轴系9部件预紧力的测量。
所述涡轮泵轴系9的外侧同轴设置有涡轮泵外壳10。
涡轮泵轴系9预紧前，需要将涡轮泵轴系9部件先安装在涡轮泵外壳10上，固定后再进行涡轮泵轴系9的预紧。
图1为涡轮泵轴系预紧力检测系统的总体结构示意图。检测设备由由定位装夹机构和测量机构组成，其中，定位装夹机构用于固定接触式位移传感器3，避免接触式位移传感器3与涡轮泵轴系9发生相对运动；测量机构用于对涡轮泵轴系9施加预紧力并测量形变量。测量时，使用力矩扳手扭紧力矩套筒7，涡轮泵轴系9受预紧力伸长，接触式位移传感器3测量数据与初始位置测量数据作差可得到涡轮泵轴系9的形变量，再使用伸长量法计算实现对涡轮泵轴系9预紧力的检测。
图2为涡轮泵轴系预紧力检测系统的总体结构爆炸视图，检测设备由定位装夹机构和测量机构组成，其中：铝型材2、锁紧套筒4、传感器固定平板5、直角连接件12。铝型材2质量轻、成本低，可以根据工件大小改变定位装夹机构的尺寸、适应性强；检测机构由接触式位移传感器3、测量杆6、力矩套筒7、压紧螺母8组成，接触式位移传感器3为小量程测量设备，通过作差计算形变量，成本低、使用方便。
图3为涡轮泵轴系预紧力检测系统的测量结构剖视图，涡轮泵轴系9的一端有外螺纹和内螺纹结构，外螺纹与压紧螺母8配合用于涡轮泵轴系9的预紧，内螺纹供测量杆6连接使用，此时设计测量杆6与内螺纹配合固定，测量杆6的另一端为一圆形平台，用于传递涡轮泵轴9的形变量，供接触式位移传感器3测量。锁紧套筒4用于固定接触式位移传感器3，锁紧套筒4的下部分设置有螺纹，锁紧套筒4上的螺纹上连接有螺母，将螺母松开后可以手动调整接触式位移传感器3与锁紧套筒4的相对位置，然后通过螺母将接触式位移传感器3固定在锁紧套筒4上，使得接触式位移传感器3的高度可根据涡轮泵轴系9的高度进行调节，灵活性强。力矩套筒7用于将扭矩传递到压紧螺母8上使轴预紧，避免直接对压紧螺母8施加扭矩而造成损伤，旋动力矩套筒7时可以带动压紧螺母8转动，对压紧螺母8施加扭矩扭紧，进而对涡轮泵轴系9施加扭矩，这时套在涡轮泵轴系9上的零件受压力，涡轮泵轴系9受拉力伸长，使得测量杆6上端的圆形平台与接触式位移传感器3接触，上位机软件发送命令控制接触式位移传感器3采集并回传数据，上位机软件使用伸长量法将轴形变量转换为预紧力的大小。逐步提高扭矩，直到预紧力达到目标值，最终实现对涡轮泵轴系9部件预紧力的测量。
图4为涡轮泵轴系预紧力检测系统的工件装夹示意图。涡轮泵轴9为阶梯轴结构，一端带有大直径的涡轮扇叶，检测设备应避免与涡轮扇叶发生干涉。安装时，首先使用双背紧螺母11将涡轮泵轴系9固定在直角连接件12，再将涡轮泵轴系9与涡轮泵外壳10之间固定，最后安装型材，检测设备在设计时已预留足够的安装空间，结构上不会发生干涉。

Claims (10)

1.一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，包括定位装夹机构和测量机构，其特征在于，涡轮泵轴系(9)安装在定位装夹机构上，测量机构设置在定位装夹机构上。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：定位装夹机构包括铝型材(2)，测量机构包括接触式位移传感器(3)，涡轮泵轴系(9)设置在铝型材(2)上，涡轮泵轴系(9)的上部设置有外螺纹，压紧螺母(8)通过螺纹连接在外螺纹上，铝型材(2)的上部设置有接触式位移传感器(3)，接触式位移传感器(3)位于涡轮泵轴系(9)的上侧。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：测量机构还包括测量杆(6)，涡轮泵轴系(9)的上部设置有内螺纹，测量杆(6)通过螺纹连接在内螺纹上，测量杆(6)位于接触式位移传感器(3)的下侧。
4.根据权利要求3所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：所述测量杆(6)的上端为圆形平面。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：测量机构还包括力矩套筒(7)，力矩套筒(7)套在压紧螺母(8)上。
6.根据权利要求4所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：所述力矩套筒(7)的上部为六棱柱形状。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：定位装夹机构还包括传感器固定平板(5)，铝型材(2)的上部固定连接有传感器固定平板(5)，接触式位移传感器(3)设置在传感器固定平板(5)上。
8.根据权利要求7所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：定位装夹机构还包括锁紧套筒(4)，锁紧套筒(4)设置在传感器固定平板(5)上，接触式位移传感器(3)固定在锁紧套筒(4)上。
9.根据权利要求1所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：定位装夹机构还包括直角连接件(12)，铝型材(2)的下部设置有直角连接件(12)，涡轮泵轴系(9)的下部分插在直角连接件(12)上，涡轮泵轴系(9)通过双背紧螺母(11)固定连接在直角连接件(12)上。
10.根据权利要求1所述的一种涡轮泵轴系预紧力检测装置，其特征在于：所述涡轮泵轴系(9)的外侧同轴设置有涡轮泵外壳(10)。
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