[发明专利]一种涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性控制方法

说明书

本发明提供了一种涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性控制方法，确定出涡轮泵组合转子装配过程中集中质量圆盘外圆跳动量上限、轴系拧紧力矩下限、转子对中度上限。克服现有方法高速动平衡效果在轴系反复装配‑分解时一致性差的显著缺点，本发明对转子平衡品质的一致性控制好，转子平衡后的振动位移水平不受轴系结构反复拆装的影响，反复拆装后振动位移放大系数<1.2，同时提高了涡轮泵转子高速动平衡合格率和交付效率。

技术领域

本发明涉及一种用于高速涡轮泵柔性转子在重复装配时的高速动平衡品质一致性控制方法，特别是液氢液氧火箭发动机的涡轮泵组合转子。

背景技术

进入21世纪，世界各国竞相争夺太空战略地位，载人航天和深空探测活动重新受到重视，特别是运载火箭的更新换代速度加快，引领航天推进技术飞速发展。

氢氧发动机涡轮泵作为输送液氢液氧的关键组件，其运行状态直接影响火箭发动机整机的性能和可靠性。目前，国内外氢氧发动机涡轮泵的工作转速普遍较高，常采用工作在一、二阶甚至二、三阶临界转速之间的柔性转子设计。高转速给涡轮泵转子的平稳工作带来了挑战，必须采用高速动平衡工艺对其进行平衡，以使转子在工作转速下运转平稳，振幅处于设计允许范围内。对于工作转速较高的涡轮泵转子来说(&gt;40000r/min)，由于高转速带来的过临界振动问题给高速动平衡的平衡精度乃至整个工艺方法，以及平衡系统和组合转子的安全性等提出了更高的要求。液体火箭发动机服役对象(运载火箭)的高成本特点和高稳定性要求，使得对其质量控制非常严苛。涡轮泵组合转子通常包括了转轴、诱导轮、离心轮、涡轮、轴套、压紧螺母、垫片、轴承、支承等零部件，而涡轮泵的整体结构特点决定了其转子在高速动平衡后，需要将组合转子分解为零件状态，才能与涡轮泵壳体进行最后的总装。而由于涡轮泵轴系上各零件配合关系复杂(有螺纹连接、花键连接、定位面连接，配合包括过盈配合、过渡配合和间隙配合)，因此在组合转子反复装配-分解后，由于轴系上零件配合关系的小幅改变，势必会引起整个转子系统的平衡品质变化，使原本平衡好的转子，振动位移再度超标。在本发明前，高速动平衡品质一致性控制技术在国内液体火箭发动机领域尚属空白，国内其他领域高速动平衡存在的主要问题就是：高速动平衡的效果在转子反复装配-分解后明显下降，具体来说，经过高速动平衡的转子，一般在重复装配-分解一次后，过临界转速处的振动位移通常明显放大三倍以上。而实际上不止液体火箭发动机，旋转机械行业内相当一部分转子在高速动平衡后都需要分解为零件状态并重新安装至机械壳体内，因此，高速动平衡品质的一致性控制，是制约旋转机械旋转精度、运转效率的突出矛盾，且目前无有效的控制方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性控制方法，克服现有高速动平衡效果在轴系反复装配-分解时一致性差的显著缺点，对转子平衡品质的一致性控制好，转子平衡后的振动位移水平不受轴系结构反复装配-分解的影响(重复装配-分解后振动位移放大系数&lt;1.2)。

本发明的技术解决方案是：一种涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性控制方法，包括如下步骤：

步骤一、装配涡轮泵组合转子，找到涡轮泵组合转子的泵叶轮、涡轮以及连接法兰等集中质量圆盘的外圆跳动量最小值P_0,i，并对涡轮组合转子的各零件的角向相对位置进行划线标记；下标0表示外圆跳动量初始最小值，i表示第i个集中质量圆盘，对任意涡轮泵组合转子，i＝1，2，…，n，n为正整数；

步骤二、在步骤一确定的外圆跳动量最小值状态下，进行高速动平衡试验，获取转子的振动位移A₀；