火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置及方法与流程

本申请涉及液体火箭发动机，特别是涉及一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置及方法。

背景技术：

1、随着商业航天经济的发展，单位质量有效载荷的发射成本需要大幅降低，火箭回收及多次重复使用已成为必然的技术路径。同时，密集发射的需求对多次发射之间的时间间隔提出了越来越短的要求。发动机返回后、复飞之前需要进行系统的健康诊断与故障维修。传统技术要求发动机返厂、分解检查、重新装配，耗时长。可重复使用发动机的目标是“不下箭”维护。对发动机的核心组件涡轮泵而言，转子灵活性检查可直观、综合地判断涡轮泵的健康度，特别是轴承、密封、叶轮等关键易损件的状态。

2、转子灵活性检查通常需要借助工具测量转子的转动阻尼，即转动力矩值。实际操作中，通常需要在靠近涡轮一端拆除涡轮盘外部的排气管组件以暴露涡轮盘，再使用工具连接涡轮转子进行转动试验。涡轮排气管组件中通常内嵌有换热器管路，也须一并拆除其与发动机的连接。上述拆解检查需要移除整个排气管组件，涉及数十个紧固螺栓、换热器管路密封法兰等连接件，耗时较长，工作量较大，已难以满足可重复使用火箭发动机密集发射、快速检修的需要。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置及方法。

2、一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置，述火箭发动机涡轮泵包括涡轮外壳、涡轮转子及涡轮排气管，所述涡轮转子可转动地设于所述涡轮外壳内，所述涡轮排气管与所述涡轮外壳连接，所述涡轮排气管的周向壁的靠近所述涡轮外壳的一侧设有可开闭的检修孔，所述转子灵活性检测装置包括：

3、外壳，被配置为插设于所述检修孔；

4、转动组件，包括转轴及传动组件，所述转轴可转动地穿设于所述外壳并包括呈夹角α设置的第一轴段与第二轴段，所述第一轴段被配置为与所述涡轮转子套接，所述传动组件设于所述外壳中并与所述第一轴段及所述第二轴段传动连接，所述传动组件能够在所述第二轴段转动时带动所述第一轴段转动；以及

5、转动扭矩测量计，设于所述外壳的外部并与所述第二轴段连接，所述转动扭矩测量计被配置为测量所述涡轮转子的转动力矩。

6、在其中一个实施例中，所述检修孔的中轴线与所述涡轮转子的中轴线共面且两者之间呈有90°的夹角；

7、所述夹角α为90°。

8、在其中一个实施例中，所述外壳包括呈所述夹角α相连的第一子外壳与第二子外壳，所述第一轴段可转动地穿设于所述第一子外壳，所述第二轴段可转动地穿设于所述第二子外壳。

9、在其中一个实施例中，所述第一子外壳与所述第二子外壳的交界位置设有斜面，所述斜面背对所述涡轮外壳设置。

10、在其中一个实施例中，所述第一子外壳内设有第一滚动轴承，所述第一滚动轴承供所述第一轴段转动穿设；

11、和/或，所述第二子外壳内设有第二滚动轴承，所述第二滚动轴承供所述第二轴段转动穿设。

12、在其中一个实施例中，所述第二子外壳的远离所述第一子外壳的一端设有手柄。

13、在其中一个实施例中，所述传动组件包括第一锥形齿轮与第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮套装于所述第一轴段上，所述第二锥形齿轮套装于所述第二轴段上并与所述第一锥形齿轮啮合。

14、在其中一个实施例中，所述涡轮转子的靠近所述涡轮排气管的端部和所述第一轴段的与所述涡轮转子套接的端部的其中一者设有非圆形的插接孔，另外一者设有插置于所述插接孔中且外廓与所述插接孔相适配的插接头；

15、和/或，所述第二轴段通过快插接头与所述转动扭矩测量计连接。

16、在其中一个实施例中，所述转子灵活性检测装置还包括监测模块，所述监测模块设于所述外壳的靠近所述涡轮转子的一侧并被配置为监测所述第一轴段与所述涡轮转子是否套接到位。

17、一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测方法，由如上述任一项所述的转子灵活性检测装置实施，所述转子灵活性检测方法包括：

18、打开涡轮排气管上的检修孔，并将所述转子灵活性检测装置的外壳自所述检修孔插入所述涡轮排气管内；

19、将所述转子灵活性检测装置的第一轴段套接所述涡轮转子；

20、转动所述转子灵活性检测装置的第二轴段，并在所述第二轴段转动过程中，利用所述转子灵活性检测装置的转动扭矩测量计测量所述涡轮转子的转动力矩。

21、上述火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置及方法，考虑到现有的涡轮泵为了更紧凑地挂载于发动机上以缩小发动机整体包络尺寸，通常将涡轮排气管设计为中轴线偏离涡轮转子的非对称管结构，使涡轮排气管整体凹设有一个用于容纳发动机推力喷管钟形段的空间。然而，涡轮排气管的非对称结构及其内部设置的换热器，导致转子灵活性检测装置无法从涡轮排气管的管口伸入并使转轴与涡轮转子套接。为此，本申请在涡轮排气管周向壁的靠近涡轮外壳的一侧开设检修孔，并将转轴设置为呈夹角α布置的第一轴段与第二轴段。使用时，第一轴段经检修孔伸入涡轮排气管内即可与涡轮转子套接，操作者只需转动第二轴段，便可通过传动组件的传动带动涡轮转子转动，进而利用转动扭矩测量计测量其转动扭矩。由于仅需开启和关闭检修孔即可完成检测操作，无需拆除整个排气管组件及换热器管路，省去了拆装数十个紧固螺栓和密封法兰的工序，耗时短、工作量小，能够满足可重复使用火箭发动机密集发射、快速检修的实际需要。

1.一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述火箭发动机涡轮泵包括涡轮外壳、涡轮转子及涡轮排气管，所述涡轮转子可转动地设于所述涡轮外壳内，所述涡轮排气管与所述涡轮外壳连接，所述涡轮排气管的周向壁的靠近所述涡轮外壳的一侧设有可开闭的检修孔，所述转子灵活性检测装置包括：

2.根据权利要求1所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述检修孔的中轴线与所述涡轮转子的中轴线共面且两者之间呈有90°的夹角；

3.根据权利要求1所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述外壳包括呈所述夹角α相连的第一子外壳与第二子外壳，所述第一轴段可转动地穿设于所述第一子外壳，所述第二轴段可转动地穿设于所述第二子外壳。

4.根据权利要求3所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述第一子外壳与所述第二子外壳的交界位置设有斜面，所述斜面背对所述涡轮外壳设置。

5.根据权利要求3所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述第一子外壳内设有第一滚动轴承，所述第一滚动轴承供所述第一轴段转动穿设；

6.根据权利要求3所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述第二子外壳的远离所述第一子外壳的一端设有手柄。

7.根据权利要求1至6任一项所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述传动组件包括第一锥形齿轮与第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮套装于所述第一轴段上，所述第二锥形齿轮套装于所述第二轴段上并与所述第一锥形齿轮啮合。

8.根据权利要求1至6任一项所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述涡轮转子的靠近所述涡轮排气管的端部和所述第一轴段的与所述涡轮转子套接的端部的其中一者设有非圆形的插接孔，另外一者设有插置于所述插接孔中且外廓与所述插接孔相适配的插接头；

9.根据权利要求1至6任一项所述的转子灵活性检测装置，其特征在于，所述转子灵活性检测装置还包括监测模块，所述监测模块设于所述外壳的靠近所述涡轮转子的一侧并被配置为监测所述第一轴段与所述涡轮转子是否套接到位。

10.一种火箭发动机涡轮泵的转子灵活性检测方法，其特征在于，由如权利要求1至9任一项所述的转子灵活性检测装置实施，所述转子灵活性检测方法包括：