本發(fā)明涉及一種渦輪泵柔性轉(zhuǎn)子的支承裝置。

背景技術(shù)：

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵是輸送液氫液氧推進(jìn)劑的關(guān)鍵組件，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，目前國(guó)內(nèi)外氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的工作轉(zhuǎn)速普遍較高，一般在20000r/min以上，常采用工作在一、二階甚至二、三階臨界轉(zhuǎn)速之間的柔性轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。高轉(zhuǎn)速給渦輪泵轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)工作帶來了挑戰(zhàn)，必須采用高速動(dòng)平衡工藝對(duì)其進(jìn)行平衡，以使轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)幅值處于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。在高速動(dòng)平衡時(shí)，由于轉(zhuǎn)子徑向尺寸與動(dòng)平衡機(jī)支座內(nèi)孔尺寸存在一定差距，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于支座內(nèi)孔尺寸，為了保證轉(zhuǎn)子平衡質(zhì)量，需要一種轉(zhuǎn)子支承裝置，在支座與轉(zhuǎn)子支點(diǎn)之間提供過渡支承的作用。目前氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的高速動(dòng)平衡支承裝置主要采用上下分半或兩體分離型支承結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)形式存在的主要問題有：1)上下分半式支承裝置內(nèi)部無法設(shè)置定位面，導(dǎo)致兩支承內(nèi)孔同軸度差，對(duì)高速動(dòng)平衡造成消極影響；2)兩體分離型支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位精度不高；3)上述兩種支承形式跨距偏大，無法適用于小跨距轉(zhuǎn)子的高速動(dòng)平衡；4)功能單一，僅能起到支承作用，對(duì)軸承的冷卻需要兩路進(jìn)油管路，對(duì)潤(rùn)滑冷卻油的利用率不高，耗油量大；5)無冷卻油密封功能，不利于試驗(yàn)臺(tái)的清潔；6)裝置不具備振動(dòng)位移測(cè)量功能，需要額外增加設(shè)備，降低高速動(dòng)平衡效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵柔性轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡支承裝置，能適應(yīng)小跨距的渦輪泵轉(zhuǎn)子，具備單支座進(jìn)油、雙向噴油的潤(rùn)滑冷卻軸承功能，以及對(duì)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)位移測(cè)量功能，剛性大、固有頻率高，拆裝方便，與高速動(dòng)平衡機(jī)支座的連接精度高，同時(shí)具備高性能的冷卻油密封裝置，可靠性高。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵柔性轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡支承裝置，包括主支撐殼體一、主支撐殼體二、油封殼體；主支撐殼體一為臺(tái)階狀回轉(zhuǎn)體，沿主支撐殼體一軸線的通孔包括三段，通孔中段的直徑小于其余兩段的直徑，主支撐殼體一側(cè)壁上開有冷卻潤(rùn)滑油通道；各條冷卻潤(rùn)滑油通道沿主支撐殼體一大端徑向穿入后再沿小端軸向，末端開有油噴嘴，油噴嘴位于主支撐殼體一小端端口的內(nèi)壁上；主支撐殼體二為回轉(zhuǎn)體，包括三段結(jié)構(gòu)，兩端為圓筒，中段為圓錐狀殼體，主支撐殼體二小端通過端部的法蘭盤與主支撐殼體一小端連接；渦輪泵轉(zhuǎn)子通過軸承安裝在連接后的主支撐殼體一、主支撐殼體二組合結(jié)構(gòu)內(nèi)；主支撐殼體一、主支撐殼體二的大端分別固定在擺架一、擺架二的環(huán)形框內(nèi)，擺架一環(huán)形框上的輸油通道與冷卻潤(rùn)滑油通道連通，冷卻潤(rùn)滑油沿冷卻潤(rùn)滑通道、油噴嘴對(duì)的渦輪泵轉(zhuǎn)子軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻；渦輪泵轉(zhuǎn)子軸伸出主支撐殼體一的部分與擺架一之間、渦輪泵轉(zhuǎn)子軸伸出主支撐殼體二的部分與擺架二之間、主支撐殼體一和主支撐殼體二的連接處與擺架一之間、主支撐殼體一和主支撐殼體二的連接處與擺架二之間分別安裝有油封殼體，形成密封腔。

所述主支撐殼體一小端端口處設(shè)有圓周定位槽，與主支撐殼體二小端端口外的圓周定位凸臺(tái)相配合，保證主支撐殼體一、主支撐殼體二同軸。

所述主支撐殼體一小端端面或主支撐殼體二小端法蘭盤上設(shè)有定位銷孔，通過安裝在定位銷孔內(nèi)的定位銷實(shí)現(xiàn)主支撐殼體一、主支撐殼體二的定位。

所述各油封殼體均為沿直徑上下分瓣的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，與擺架一、擺架二之間通過擺架一、擺架二環(huán)形框上的法蘭面連接，下半部的油封殼體的內(nèi)圓面設(shè)置了導(dǎo)流斜坡。

所述主支撐殼體一大端的圓孔底面或主支撐殼體二大端端面各開有4個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口，其中，兩個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口連線的中垂線過所在平面的圓心，另外兩個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口連線的中垂線過所在平面的圓心，且上述兩條中垂線相互垂直。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明裝置已經(jīng)多次成功應(yīng)用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵柔性轉(zhuǎn)子的高速動(dòng)平衡及動(dòng)特性試驗(yàn)中，動(dòng)平衡效果良好，裝配可靠性高。

(2)本發(fā)明裝置采用整圓結(jié)構(gòu)，并通過螺栓、定位銷和定位面將k1和k2殼體連接為一體式結(jié)構(gòu)，保證了裝置的支承剛度和結(jié)構(gòu)剛度。使裝置固有頻率高達(dá)2000hz，最高平衡工作轉(zhuǎn)速可達(dá)60000r/min以上。

(3)本發(fā)明裝置的整圓結(jié)構(gòu)形式能夠確保裝置的支承內(nèi)孔及外圓定位面基準(zhǔn)一致，提高了轉(zhuǎn)子與高速動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)連接裝置對(duì)接的同心度，也提高了組合轉(zhuǎn)子兩支點(diǎn)的同心度。避免了上下分半式支承裝置內(nèi)部無法設(shè)置定位面，導(dǎo)致兩支承內(nèi)孔同軸度差的弊端。

(4)本發(fā)明裝置的一體式結(jié)構(gòu)最大程度簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子與高速動(dòng)平衡機(jī)支座的轉(zhuǎn)接件數(shù)量，大幅削減了過多的連接、配合環(huán)節(jié)導(dǎo)致的裝配精度誤差，定位精度高。

(5)本發(fā)明裝置內(nèi)設(shè)潤(rùn)滑冷卻油路，避免了外接軸承潤(rùn)滑油管，簡(jiǎn)化了裝配流程，實(shí)現(xiàn)了軸承的冷卻、潤(rùn)滑功能。同時(shí)，兩端軸承的噴油嘴的潤(rùn)滑冷卻油的來源均在一個(gè)高速動(dòng)平衡機(jī)支座上，避免了雙支座進(jìn)油導(dǎo)致大量油參與無用循環(huán)，提高了油的利用效率。

(6)本發(fā)明裝置上的油封殼體通過動(dòng)靜配合形成動(dòng)密封，使腔內(nèi)絕大部分潤(rùn)滑油只能流入支座a和支座b上的回油孔，大大減小了潤(rùn)滑冷卻油的外漏。

(7)本發(fā)明裝置上布置多個(gè)振動(dòng)位移測(cè)點(diǎn)接口，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)布置6個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，避免了采用磁力吸座固定傳感器造成的支撐不穩(wěn)、測(cè)試位置不準(zhǔn)確等問題，提高了測(cè)試的安全性和精確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的支承裝置的應(yīng)用裝配圖；

圖2為本發(fā)明的主支撐殼體一、主支撐殼體二的連接關(guān)系主視圖；

圖3為本發(fā)明的主支撐殼體一的右視圖；

圖4為本發(fā)明的主支撐殼體一的剖視圖；

圖5為本發(fā)明的主支撐殼體一的左視圖；

圖6為本發(fā)明的主支撐殼體一上冷卻潤(rùn)滑油通道的剖視圖；

圖7為本發(fā)明的主支撐殼體二的右視圖；

圖8、圖9為本發(fā)明的主支撐殼體二的剖視圖；

圖10為本發(fā)明的主支撐殼體二的左視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵柔性轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡支承裝置，包括主支撐殼體一1、主支撐殼體二2、油封殼體3；主支撐殼體一1和主支撐殼體二2均為完整回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，油封殼體3為上下分半的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。高速動(dòng)平衡時(shí)，將主支撐殼體一1、主支撐殼體二2用螺栓連接為一整體后安裝在擺架一4、擺架二5上，轉(zhuǎn)子的支承結(jié)構(gòu)裝配在主支撐殼體的內(nèi)孔法蘭上。

如圖3～圖6所示，主支撐殼體一1為臺(tái)階狀回轉(zhuǎn)體，沿主支撐殼體一1軸線的通孔包括三段，通孔中段的直徑小于其余兩段的直徑，主支撐殼體一1側(cè)壁上開有冷卻潤(rùn)滑油通道14；各條冷卻潤(rùn)滑油通道14沿主支撐殼體一1大端徑向穿入后再沿小端軸向，末端開有油噴嘴，油噴嘴位于主支撐殼體一1小端端口的內(nèi)壁上；如圖7～圖10所示，主支撐殼體二2為回轉(zhuǎn)體，包括三段結(jié)構(gòu)，兩端為圓筒，中段為圓錐狀殼體，主支撐殼體二2小端通過端部的法蘭盤與主支撐殼體一1小端連接；渦輪泵轉(zhuǎn)子通過軸承安裝在連接后的主支撐殼體一1、主支撐殼體二2組合結(jié)構(gòu)內(nèi)；主支撐殼體一1、主支撐殼體二2的大端分別固定在擺架一4、擺架二5的環(huán)形框內(nèi)，擺架一4環(huán)形框上的輸油通道與冷卻潤(rùn)滑油通道14連通，冷卻潤(rùn)滑油沿冷卻潤(rùn)滑通道14、油噴嘴對(duì)的渦輪泵轉(zhuǎn)子軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻；渦輪泵轉(zhuǎn)子軸伸出主支撐殼體一1的部分與擺架一4之間、渦輪泵轉(zhuǎn)子軸伸出主支撐殼體二2的部分與擺架二5之間、主支撐殼體一1和主支撐殼體二2的連接處與擺架一4之間、主支撐殼體一1和主支撐殼體二2的連接處與擺架二5之間分別安裝有油封殼體3，形成密封腔。

該支承裝置的核心結(jié)構(gòu)主支撐殼體1、2由主支撐殼體一1、主支撐殼體二2兩個(gè)殼體采用螺栓連接緊固成一體，如圖2所示。兩殼體之間分別設(shè)置圓周定位槽11、圓周定位凸臺(tái)21以保證主支撐殼體一1和主支撐殼體二2的連接同心度，兩殼體在分別加工完成后，需在螺栓連接狀態(tài)下對(duì)支承內(nèi)孔進(jìn)行組合鏜工序，并在兩殼體連接面的定位銷孔12、22處設(shè)置定位銷，從而保證高速動(dòng)平衡時(shí)轉(zhuǎn)子兩支點(diǎn)的同心度。同時(shí)在主支撐殼體一1、主支撐殼體二2上設(shè)置了用于測(cè)量轉(zhuǎn)子渦輪端和泵端的振動(dòng)情況的振動(dòng)位移傳感器接口13、23，接口采用互成90°布置，主支撐殼體一1大端的圓孔底面或主支撐殼體二2大端端面各開有4個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口13、23，其中，兩個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口13、23連線的中垂線過所在平面的圓心，另外兩個(gè)振動(dòng)位移傳感器接口13、23連線的中垂線過所在平面的圓心，且上述兩條中垂線相互垂直?？梢栽诟咚賱?dòng)平衡或高速動(dòng)特性試驗(yàn)過程中測(cè)定軸系的軸心軌跡并獲取x、y兩方向的臨界轉(zhuǎn)速。此外，主支撐殼體一1上設(shè)置了冷卻潤(rùn)滑油通道14，并在冷卻潤(rùn)滑油通道14末端設(shè)置了徑向螺紋孔接口，可以同時(shí)設(shè)置4組噴油嘴，在渦輪泵轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡時(shí)，僅需從擺架一4引入冷卻潤(rùn)滑油，通過主支撐殼體一1上的冷卻潤(rùn)滑油通道14進(jìn)入主支撐殼體一1內(nèi)，根據(jù)需要通過4組噴油嘴分別對(duì)內(nèi)部渦輪端和泵端的軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，由于渦輪泵轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡時(shí)，軸承所需的潤(rùn)滑冷卻流量<<潤(rùn)滑油供給能力，故此方式避免了從擺架二5引入冷卻潤(rùn)滑油，從而避免了大量油參與無用循環(huán)，提高了油的利用效率。

同時(shí)，該支承裝置在渦輪泵轉(zhuǎn)子兩端和擺架一4、擺架二5之間分別設(shè)置了鋁制的油封殼體3，油封殼體3均為上下分瓣的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，通過擺架一4、擺架二5上的法蘭面連接于擺架4、5上。其中，位于轉(zhuǎn)子兩端的油封殼體3與轉(zhuǎn)子渦輪端和泵端的轉(zhuǎn)軸部分形成動(dòng)、靜件配合間隙，配合間隙值≈0.1/dd為此處的轉(zhuǎn)子直徑，單位mm，形成動(dòng)密封，保證潤(rùn)滑冷卻油的泄漏率≤0.7％，實(shí)現(xiàn)對(duì)主支撐殼體一1、主支撐殼體二2內(nèi)腔大量的潤(rùn)滑冷卻油進(jìn)行密封的功能。位于擺架一1、擺架二5之間的油封殼體3通過與主支撐殼體一1、主支撐殼體二2外壁形成靜止間隙實(shí)現(xiàn)密封，保證潤(rùn)滑冷卻油的泄漏率≤1.5％。為了進(jìn)一步提高油的回流效率，將處于下半部的油封殼體3的內(nèi)圓面設(shè)置了導(dǎo)流斜坡，可提高潤(rùn)滑冷卻油的回流速度10％。高速動(dòng)平衡時(shí)，油封殼體3使腔內(nèi)絕大部分潤(rùn)滑冷卻油(≥97.8％)只能流入擺架一4和擺架二5上的回油孔41、51，避免了大量潤(rùn)滑冷卻油進(jìn)入高速動(dòng)平衡設(shè)備內(nèi)，提高了油的利用率，也保證動(dòng)平衡機(jī)環(huán)境的整潔和操作人員的安全。

由于實(shí)際渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作狀態(tài)下支承剛度較大，因此該裝置設(shè)計(jì)為支承剛性3×10⁸n/m，由于不采用上下分體結(jié)構(gòu)，因此支承剛度各項(xiàng)同性，水平與垂直方向剛度一致。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為避免與高轉(zhuǎn)速的渦輪泵轉(zhuǎn)子發(fā)生共振，將裝置的固有頻率設(shè)計(jì)為1500hz以上(該裝置達(dá)到2000hz)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于渦輪泵轉(zhuǎn)子的最高平衡轉(zhuǎn)速頻率(60000r/min折合1000hz)。

本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。