一种测量涡轮泵轴向力的装置的制作方法

本发明涉及一种测量涡轮泵轴向力的装置，属于发动机控制技术领域。

背景技术：

液体火箭发动机涡轮泵转速高，扬程大，转子系统轴向力较大，轴向力全部由轴承承受，容易造成轴承损坏，造成涡轮泵故障。为保证涡轮泵正常工作，需要精确调整涡轮泵轴向力，但涡轮泵轴向力受很多因素影响，涡轮泵的不平衡轴向力、产品的制造偏差、系统的调节偏差，会随着尺寸和工作压力的增大而逐渐增大，发动机变工况、起动、关机时，涡轮泵中均产生很大轴向力冲击。

在大推力液体火箭发动机涡轮泵中，这些问题更为突出，轴向力的可靠性和可靠性直接决定了涡轮泵的工作可靠性，这其中，轴向力的准确测量是解决以上问题的关键。

由于专门的轴向力传感器需要安装在止推轴承外环，所需安装空间较大，而且会降低轴承的轴向刚度，涡轮泵紧凑的结构布局一般无法满足该要求。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种测量涡轮泵轴向力的装置，实现在发动机工作时实时测量涡轮泵轴向力。

本发明解决技术的方案是：

一种测量涡轮泵轴向力的装置，包括涡轮泵轴、轴端密封件、轴端螺母、第一螺母、位移传感器、调整垫片、位移传感器支架和泵壳体，

轴端密封件通过轴端螺母固定连接在涡轮泵轴的一端，防止泵壳体中的介质外泄；

位移传感器、调整垫片通过第一螺母与位移传感器支架的一端连接，位移传感器支架的另一端与泵壳体连接，通过调整垫片调整位移传感器与测量面之间的初始距离；

向涡轮泵轴分别施加指向轴两端的轴向力，涡轮泵轴发生移动，通过位移传感器获取位移数据，建立轴向力与轴位移的关系式；

发动机试车时通过轴向力与轴位移的关系关系式，根据位移传感器所获取位移的数据，确定轴所受的真实轴向力。

进一步的，轴端螺母上带有一圈测量面，移传感器探头位于测量面包络范围内，确保工作时位移传感器可靠工作。

进一步的，通过调整垫调节位移传感器与测量面的距离。

进一步的，轴端螺母的测量面外径大于位移传感器安装分布圆直径与位移传感器探头直径之和。

进一步的，位移传感器和测量面的距离为位移传感器测试额定值。

进一步的，位移传感器测试额定值为1mm-3mm。

进一步的，轴向力不大于30kn，从0开始，每隔5kn记录一次。

进一步的，轴向力30kn时，如果位移变化0.1-0.14mm，可判断轴系质量合格。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明位移传感器、调整垫片通过第一螺母与位移传感器支架的一端连接，位移传感器支架的另一端与泵壳体连接，通过调整垫片调整位移传感器与测量面之间的初始距离；将传感器安装在轴端，而不影响其他位置的轴系布局，并直接测量工作状态下的涡轮泵轴向力，不需要换算，结果准确；

(2)本发明向涡轮泵轴分别施加指向轴两端的轴向力，涡轮泵轴发生移动，通过位移传感器获取位移数据，建立轴向力与轴位移的关系式；发动机试车时通过轴向力与轴位移的关系关系式，根据位移传感器所获取位移的数据，确定轴所受的真实轴向力；可以在起动、关机等动态过程时，获得涡轮泵轴向力的变化规律。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

一种测量涡轮泵轴向力的装置，如图1所示，包括涡轮泵轴1、轴端密封件2、轴端螺母3、第一螺母4、位移传感器5、调整垫片6、位移传感器支架7和泵壳体9，

轴端密封件2通过轴端螺母3固定连接在涡轮泵轴1的一端，防止泵壳体9中的介质外泄；

位移传感器5、调整垫片6通过第一螺母4与位移传感器支架7的一端连接，位移传感器支架7的另一端与泵壳体9连接，通过调整垫片6调整位移传感器5与测量面之间的初始距离；通过调整垫6调节位移传感器5与测量面的距离。

向涡轮泵轴1分别施加指向轴两端的轴向力，涡轮泵轴1发生移动，通过位移传感器5获取位移数据，建立轴向力与轴位移的关系式；

发动机试车时通过轴向力与轴位移的关系关系式，根据位移传感器5所获取位移的数据，确定轴所受的真实轴向力。

轴端螺母3上带有一圈测量面，移传感器探头位于测量面包络范围内，确保工作时位移传感器5可靠工作。

轴端螺母3的测量面外径大于位移传感器安装分布圆直径与位移传感器探头直径之和，位移传感器和测量面的距离为位移传感器测试额定值，位移传感器测试额定值为1mm-3mm。

轴向力不大于30kn，从0开始，每隔5kn记录一次；轴向力30kn时，如果位移变化0.1-0.14mm，可判断轴系质量合格。

实施例

(1)待轴端密封件2安装完毕后，安装带有测量面的轴端螺母3，测量面外径114mm，位移传感器安装分布圆直径为94mm，位移传感器探头半径为9mm。

(2)计算调整垫片6的厚度为2.5mm，使安装完毕后位移传感器5和测量面的距离为2mm。

(3)将调整垫片6装到位移传感器5上，然后与位移传感器支架7连接，通过第一螺母4拧紧。将位移传感器支架7固定在泵壳体9上，通过4个螺钉8连接。

(4)通过施力装置，对涡轮泵轴1施加两个方向的轴向力，最大轴向力为2000kg，每隔500kg记录一次位移值，得出轴向力与轴位移的关系曲线。

(5)发动机热试车时测量位移数据，通过位移数据，结合步骤(4)的轴向力与轴位移的关系曲线，反算出涡轮泵所受轴向力。

本发明可以将传感器安装在轴端，而不影响其他位置的轴系布局，并直接测量工作状态下的涡轮泵轴向力，不需要换算，结果准确。

本发明可以得到起动、关机等动态过程时，涡轮泵轴向力的变化规律。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，包括涡轮泵轴(1)、轴端密封件(2)、轴端螺母(3)、第一螺母(4)、位移传感器(5)、调整垫片(6)、位移传感器支架(7)和泵壳体(9)，

轴端密封件(2)通过轴端螺母(3)固定连接在涡轮泵轴(1)的一端，防止泵壳体(9)中的介质外泄；

位移传感器(5)、调整垫片(6)通过第一螺母(4)与位移传感器支架(7)的一端连接，位移传感器支架(7)的另一端与泵壳体(9)连接，通过调整垫片(6)调整位移传感器(5)与测量面之间的初始距离；

向涡轮泵轴(1)分别施加指向轴两端的轴向力，涡轮泵轴(1)发生移动，通过位移传感器(5)获取位移数据，建立轴向力与轴位移的关系式；

发动机试车时通过轴向力与轴位移的关系关系式，根据位移传感器(5)所获取位移的数据，确定轴所受的真实轴向力。

2.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，轴端螺母(3)上带有一圈测量面，移传感器探头位于测量面包络范围内，确保工作时位移传感器(5)可靠工作。

3.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，通过调整垫(6)调节位移传感器(5)与测量面的距离。

4.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，轴端螺母(3)的测量面外径大于位移传感器安装分布圆直径与位移传感器探头直径之和。

5.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，位移传感器和测量面的距离为位移传感器测试额定值。

6.根据权利要求5所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，位移传感器测试额定值为1mm-3mm。

7.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，轴向力不大于30kn，从0开始，每隔5kn记录一次。

8.根据权利要求1所述的一种测量涡轮泵轴向力的装置，其特征在于，轴向力30kn时，如果位移变化0.1-0.14mm，可判断轴系质量合格。

技术总结
本发明涉及一种测量涡轮泵轴向力的装置，包括涡轮泵轴、轴端密封件、轴端螺母、第一螺母、位移传感器、调整垫片、位移传感器支架和泵壳体，轴端密封件通过轴端螺母固定连接在涡轮泵轴的一端，防止泵壳体中的介质外泄；位移传感器、调整垫片通过第一螺母与位移传感器支架的一端连接，位移传感器支架的另一端与泵壳体连接，通过调整垫片调整位移传感器与测量面之间的初始距离；向涡轮泵轴分别施加指向轴两端的轴向力，涡轮泵轴发生移动，通过位移传感器获取位移数据，建立轴向力与轴位移的关系式。本发明将传感器安装在轴端，而不影响其他位置的轴系布局，并直接测量工作状态下的涡轮泵轴向力，不需要换算，结果准确。

技术研发人员：李春乐;李昌奂;毛凯;苗旭升;王晓锋;杨宝锋;张亚太
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2021.03.19