一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统及试验方法与流程

1.本发明涉及火箭发动机涡轮泵技术领域，特别涉及一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统及试验方法。


背景技术：

2.国内外大推力液体火箭发动机均采用泵压式推进剂供应系统，以优化火箭设计方案，提高运载能力。涡轮泵作为发动机系统的重要组成部分，其工作可靠性影响着整个发动机的安全运行。受限于涡轮泵性能、结构布局等因素，涡轮泵在设计之初就存在由液压分布不对称造成的不平衡轴向力，尤其对于大推力液体火箭发动机而言，离心泵出口液压高达十几甚至几十兆帕，使得涡轮泵转子承受巨大轴向力，这些轴向力必须平衡掉，否则就会发生转静子碰磨，导致涡轮泵破坏，发动机失利。目前国内外大推力液体火箭发动机中通常采用平衡活塞装置来平衡涡轮泵较大的轴向力。
3.由于湍流流动的复杂性，很难精准计算平衡活塞装置平衡涡轮泵轴向力的可靠性，因此只能通过离心泵液流或者真实介质试验验证平衡活塞结构参数是否设计正确，因此提供一种能够验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统就成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的在于提供一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统，以实现对涡轮泵平衡装置可靠性的验证。
5.本发明的第二个目的在于提供一种基于上述验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的试验方法。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统，包括：
8.动力装置，所述动力装置的输出端用于在涡轮泵的转子结构的径向侧与涡轮泵的进口壳体配合连接且所述动力装置用于提供压力及流量可调的液体介质以驱动涡轮泵的转子结构转动；
9.阻尼装置，所述阻尼装置用于与涡轮泵的转子结构配合以控制涡轮泵的转子结构的转速以及轴向位移；
10.测量装置，用于测量涡轮泵的转子结构的轴向位移以及涡轮泵的转子结构输出的轴向力。
11.优选地，所述动力装置包括高压液储箱或者柱塞泵供应系统。
12.优选地，所述阻尼装置以及所述测量装置分别设置于涡轮泵的转子结构的两端。
13.优选地，所述阻尼装置包括金属橡胶阻尼器。
14.优选地，所述测量装置包括位移传感器以及测力传感器。
15.优选地，还包括用于测量涡轮泵的转子结构的转速的转速测量装置。
16.优选地，还包括控制器以及计时器，所述控制器分别与所述动力装置、所述位移传感器、所述测力传感器、所述转速测量装置以及所述计时器通信连接，所述控制器控制所述动力装置的输出压力及流量并在所述转速测量装置检测到涡轮泵的转子结构的转速达到预设值时控制所述计时器开始计时。
17.优选地，还包括用于检测所述动力装置的液体介质液位的液位检测装置以及反馈装置，所述液位检测装置以及所述反馈装置分别与所述控制器通信连接。
18.一种基于上述任意一项所述的用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的试验方法，包括步骤：
19.1)基于待验证涡轮泵搭建用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统；
20.2)启动上述试验系统的动力装置驱动待验证涡轮泵的转子结构以额定转速的x％转动并持续预设时间，其中，x＞0，采集试验系统的测量装置测量的试验数据；
21.3)调整动力装置输出的液体介质的压力及流量逐步升高涡轮泵的转子结构的转速至额定转速的(x y1)％、(x y 2
)％...(x y n
)％，并在每次调整后都持续运行预设时间且采集试验系统的测量装置测量的试验数据，其中y1、y 2
…
y n
依次增加且均＞0，n为大于0的正整数，(x y n
)％≥额定转速；
22.4)分析试验数据，若分析结果满足要求即证明涡轮泵平衡装置可靠性符合要求，否则根据分析结果调整涡轮泵平衡装置参数，重复进行试验。
23.优选地，在所述步骤2)之前待验证涡轮泵及试验系统组合结构的内流路进行密封性检查，密封性检查合格后进行所述步骤2)。
24.优选地，在所述步骤3)中涡轮泵的转子结构的转速最大值为额定转速的120％。
25.由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统，该验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统包括动力装置、阻尼装置以及测量装置，其中，动力装置的输出端用于在涡轮泵的转子结构的径向侧与涡轮泵的进口壳体配合连接且动力装置用于提供压力及流量可调的液体介质以驱动涡轮泵的转子结构转动；阻尼装置用于与涡轮泵的转子结构配合以控制涡轮泵的转子结构的转速以及轴向位移；测量装置用于测量涡轮泵的转子结构的轴向位移以及涡轮泵的转子结构输出的轴向力；在应用时，首先基于待验证涡轮泵搭建用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统；随后启动上述试验系统的动力装置驱动待验证涡轮泵的转子结构以额定转速的x％转动并持续预设时间，其中，x＞0，采集试验系统的测量装置测量的试验数据；然后调整动力装置输出的液体介质的压力及流量逐步升高涡轮泵的转子结构的转速至额定转速的(x y1)％、(x y 2
)％...(x y n
)％，并在每次调整后都持续运行预设时间且采集试验系统的测量装置测量的试验数据，其中y1、y 2
…
y n
依次增加且均＞0，n为大于0的正整数，(x y n
)％≥额定转速；最后分析试验数据，若分析结果满足要求即证明涡轮泵平衡装置可靠性符合要求，否则根据分析结果调整涡轮泵平衡装置参数，重复进行试验；上述试验系统取消了涡轮泵轴向力试验所需的复杂动力装置，如燃气涡轮或大功率电机，取而代之以简单易得的动力装置输出高压液体；动力装置控制高压液体介质由径向进入涡轮泵，使得试验系统轴向布局十分简单，便于阻尼装置以及测量装置的布置，有助于降低试验难度，节约试验成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例提供的验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的结构示意图。
28.其中：
29.1为动力装置；2为阻尼装置；3为测量装置；4为转轴；5为叶轮；6为平衡活塞。
具体实施方式
30.本发明的核心之一是提供一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统，以实现对涡轮泵平衡装置可靠性的进行验证的目的。
31.本发明的另一核心是提供一种基于上述验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的试验方法。
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的结构示意图。
34.本发明实施例中公开了一种验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统，包括动力装置1、阻尼装置2以及测量装置3。
35.其中，动力装置1的输出端用于在涡轮泵的转子结构的径向侧与涡轮泵的进口壳体配合连接且动力装置1用于提供压力及流量可调的液体介质以驱动涡轮泵的转子结构转动，涡轮泵的转子结构包括转轴4以及叶轮5；阻尼装置2用于与涡轮泵的转子结构配合以控制涡轮泵的转子结构的转速以及轴向位移；测量装置3用于测量涡轮泵的转子结构的轴向位移以及涡轮泵的转子结构输出的轴向力。
36.可以看出，与现有技术相比，本发明实施例提供的验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统在应用时，首先基于待验证涡轮泵搭建用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统；随后启动上述试验系统的动力装置1驱动待验证涡轮泵的转子结构以额定转速的x％转动并持续预设时间，其中，x＞0，采集试验系统的测量装置3测量的试验数据；然后调整动力装置1输出的液体介质的压力及流量逐步升高涡轮泵的转子结构的转速至额定转速的(x y1)％、(x y 2
)％...(x y n
)％，并在每次调整后都持续运行预设时间且采集试验系统的测量装置3测量的试验数据，其中y1、y 2
…
y n
依次增加且均＞0，n为大于0的正整数，(x y n
)％≥额定转速；最后分析试验数据，若分析结果满足要求即证明涡轮泵平衡装置可靠性符合要求，否则根据分析结果调整涡轮泵平衡装置参数，重复进行试验；上述试验系统取消了涡轮泵轴向力试验所需的复杂动力装置1，如燃气涡轮或大功率电机，取而代之以简单易得的动力装置1输出高压液体；动力装置1控制高压液体介质由径向进入涡轮泵，使得试验
系统轴向布局十分简单，便于阻尼装置2以及测量装置3的布置，有助于降低试验难度，节约试验成本。
37.作为优选地，上述动力装置1包括高压液储箱或者柱塞泵供应系统，当然还可以采用其他的变频泵液结构，以使输出的液体介质压力及流量可调。
38.作为优选地，如图1所示，上述阻尼装置2以及测量装置3分别设置于涡轮泵的转子结构的两端。
39.进一步地，上述阻尼装置2包括金属橡胶阻尼器。
40.测量装置3主要用于测量涡轮泵转子结构在试验过程中的位移以及轴向力，因此在本发明实施例中，上述测量装置3至少包括位移传感器以及测力传感器。
41.为能够随时了解试验过程中涡轮泵转子结构的转速，以便进行控制，上述试验系统还包括用于测量涡轮泵的转子结构的转速的转速测量装置3。
42.进一步优化上述技术方案，上述试验系统还包括控制器以及计时器，控制器分别与动力装置1、位移传感器、测力传感器、转速测量装置3以及计时器通信连接，控制器控制动力装置1的输出压力及流量并在转速测量装置3检测到涡轮泵的转子结构的转速达到预设值时控制计时器开始计时。
43.作为优选地，上述试验系统还包括用于检测动力装置1的液体介质液位的液位检测装置以及反馈装置，液位检测装置以及反馈装置分别与控制器通信连接，液位检测装置检测到动力装置1的液体介质量低于预设值时通过反馈装置提醒试验人员以停止试验补充液体介质。
44.本发明实施例还提供了一种基于上述实施例的用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统的试验方法，该试验方法包括步骤：
45.s1：基于待验证涡轮泵搭建用于验证涡轮泵平衡装置可靠性的试验系统；
46.s2：启动上述试验系统的动力装置1驱动待验证涡轮泵的转子结构以额定转速的x％转动并持续预设时间，其中，x＞0，采集试验系统的测量装置3测量的试验数据；
47.s3：调整动力装置1输出的液体介质的压力及流量逐步升高涡轮泵的转子结构的转速至额定转速的(x y1)％、(x y 2
)％...(x y n
)％，并在每次调整后都持续运行预设时间且采集试验系统的测量装置3测量的试验数据，其中y1、y 2
…
y n
依次增加且均＞0，n为大于0的正整数，(x y n
)％≥额定转速；
48.s4：分析试验数据，若分析结果满足要求即证明涡轮泵平衡装置可靠性符合要求，否则根据分析结果调整涡轮泵平衡装置参数，重复进行试验。
49.在步骤s2之前待验证涡轮泵及试验系统组合结构的内流路进行密封性检查，密封性检查合格后进行步骤s2。
50.在步骤s3中涡轮泵的转子结构的转速最大值为额定转速的120％，更进一步地，在步骤s3中按照20％的速度提升涡轮泵转子结构的转速，即在试验过程中将涡轮泵转子结构的转速控制在20％、40％、60％、80％、100％、120％额定转速。
51.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
52.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。