液体火箭发动机涡轮泵故障机理与诊治技术研究
发布时间：2021-11-28 10:59
大推力液体火箭发动机是我国非常重要的战略装备,其部件涡轮泵作为发动机的重要组成部分,工作环境十分恶劣,极端的工作环境使得涡轮泵具有极高的故障率,随着我国对大推力液体火箭发动机的开发,过去困扰涡轮泵的转子失稳问题将更加突出,超高转速使得转子动平衡成为了新的难点。本文针对某型号氢涡轮泵转子的动力学特性仿真分析以及试验台设计等相关问题,做了如下工作:（1）根据某型号氢涡轮泵转子结构研究了考虑叶轮过盈装配、螺纹预紧和转子轴套附加刚度的转子轴系建模方法,采用叶轮轮毂厚度不变,减小其余轴套以及轴承内圈厚度的方法模拟转子轴套和轴承内圈接触面的存在对转子整体刚度的减弱作用。建立氢涡轮泵动力学计算模型,并对其动力学特性进行了全面计算分析,包括临界转速和振型、不平衡响应分析和转子稳定性分析等,为氢涡轮泵转子高速动平衡提供了理论基础。（2）基于ANSYS workbench平台,采用CFD方法对氢涡轮泵转子各密封间隙处（包括气流间隙和液流间隙）动力学特性进行分析,得到了密封的泄露特性以及动态特性参数,拟合得到了不同密封位置的刚度阻尼系数,研究了密封动态特性参数对氢涡轮泵转子动力学特性以及转子高速动平衡的影响...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１转子双平面动平衡原理??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｒｏｔｏｒ?ｔｗｏ－ｐｌａｎｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｂａｌａｎｃｉｎｇ??—
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?第三章氢涡轮泵转子轴系建模方法及动力学特性研宄???涡轮端大螺母?涡轮端弹支?泵端弹支?＿?泵端大螺母???ｍ￣￣＿??／?ｊ?／??叶‘套?转子轴?ｌ［０?轴端螺钉??图３－２实验转子轴系结构示意图??Ｆｉｇ．３－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｏｔｏｒ?ｓｈａｆｔ?ｓｙｓｔｅｍ??为方便加工并提高加工精度，实验转子以转子轴中间轮盘为中心，两侧为对称结??构。与氢涡轮泵转子相对应，实验转子具有三个轮盘用于施加配重，驱动端大螺母侧??轮盘模拟两级涡轮，转子轴中心位置轮盘模拟氢涡轮泵二级叶轮，轴伸端大螺母侧轮??盘模拟一级叶轮和诱导轮。由于实验转子工作转速高，转子运转时轮盘将承受极大的??离心力，因此将轮盘与轴设计为一体结构，保证转子轮盘的强度以及运转可靠性，同??时为了实现转轴系支承位置轴承的安装，两侧轮盘与两侧大螺母设计为一体结构。根??据本文所设计高速转子动力学试验台驱动轴头的转动方向，涡轮端和泵端大螺母以及??轴端螺钉均采用左旋螺纹连接，防止转子运转时由于转矩过高发生部件松脱，产生危??险。??定位孔?配重孔??图３－３驱动端大螺母结构示意图??Ｆｉｇ．３－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｒｇｅ?ｎｕｔ?ａｔ?ｔｈｅ?ｄｒｉｖｅ?ｅｎｄ??由于实验需求，驱动端大螺母需连接联轴器进行动力传输，如图３－３所示为驱动??端大螺母结构示意图，左侧定位孔用于与联轴器柔性杆之间的对中安装，轮缘周向均??布多个螺纹孔，用于施加配重。轴伸端大螺母结构与驱动端大螺母基本一致，侧面开??阶梯孔用于安装半圆头轴端螺钉，为轴伸端大
【参考文献】：
期刊论文
[1]大偏心及大扰动下涡轮泵密封转子动力特性[J]. 杨宝锋,贾少锋,李斌,陈晖. 火箭推进. 2019(06)
[2]配合间隙对涡轮泵转子低速动平衡的影响研究[J]. 金路,李爱民,陈晖,李惠敏,韩飞. 火箭推进. 2017(04)
[3]超高速涡轮泵轴系临界转速计算方法及影响因素分析[J]. 李振将,王志峰,宋满存,杨绪钊. 燃气涡轮试验与研究. 2017(01)
[4]涡轮泵密封动力学特性和封严性能的分析与优化[J]. 涂霆,何立东,李宽,胡航领,张力豪. 中国科技论文. 2016(22)
[5]液体火箭发动机氢涡轮泵转子动力学特性研究[J]. 窦唯,叶志明,闫宇龙. 导弹与航天运载技术. 2016(04)
[6]基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究[J]. 宾光富,李学军,沈意平,高金吉. 机械工程学报. 2016(21)
[7]氢涡轮泵次同步振动问题的试验研究[J]. 罗巧军,褚宝鑫,须村. 火箭推进. 2014(05)
[8]支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性的影响[J]. 窦唯,褚宝鑫. 火箭推进. 2014(01)
[9]液体火箭发动机涡轮泵轴承支承刚度及轴向位置对转子系统临界转速的影响[J]. 窦唯,刘占生. 导弹与航天运载技术. 2013(03)
[10]轴承支承总刚度对液体火箭发动机涡轮泵转子系统稳定性影响研究[J]. 窦唯,褚宝鑫,刘占生. 推进技术. 2013(02)
博士论文
[1]航空发动机柔性转子动力特性及高速动平衡试验研究[D]. 邓旺群.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]高速转子动平衡技术研究及系统开发[D]. 陈绪龙.西南科技大学 2015
[2]离心压缩机稳定性预测与优化[D]. 宁喜.北京化工大学 2013
[3]无试重的现场动平衡技术研究[D]. 张禄林.太原理工大学 2013
[4]柔性转子动平衡及转子动力特性的研究[D]. 章璟璇.南京航空航天大学 2005
[5]幅值和相位的精确测量及转子动平衡方法研究[D]. 肖敏.汕头大学 2004
本文编号：3524299
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１转子双平面动平衡原理??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｒｏｔｏｒ?ｔｗｏ－ｐｌａｎｅ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｂａｌａｎｃｉｎｇ??—
?第三章氢涡轮泵转子轴系建模方法及动力学特性研宄???涡轮端大螺母?涡轮端弹支?泵端弹支?＿?泵端大螺母???ｍ￣￣＿??／?ｊ?／??叶‘套?转子轴?ｌ［０?轴端螺钉??图３－２实验转子轴系结构示意图??Ｆｉｇ．３－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｏｔｏｒ?ｓｈａｆｔ?ｓｙｓｔｅｍ??为方便加工并提高加工精度，实验转子以转子轴中间轮盘为中心，两侧为对称结??构。与氢涡轮泵转子相对应，实验转子具有三个轮盘用于施加配重，驱动端大螺母侧??轮盘模拟两级涡轮，转子轴中心位置轮盘模拟氢涡轮泵二级叶轮，轴伸端大螺母侧轮??盘模拟一级叶轮和诱导轮。由于实验转子工作转速高，转子运转时轮盘将承受极大的??离心力，因此将轮盘与轴设计为一体结构，保证转子轮盘的强度以及运转可靠性，同??时为了实现转轴系支承位置轴承的安装，两侧轮盘与两侧大螺母设计为一体结构。根??据本文所设计高速转子动力学试验台驱动轴头的转动方向，涡轮端和泵端大螺母以及??轴端螺钉均采用左旋螺纹连接，防止转子运转时由于转矩过高发生部件松脱，产生危??险。??定位孔?配重孔??图３－３驱动端大螺母结构示意图??Ｆｉｇ．３－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｒｇｅ?ｎｕｔ?ａｔ?ｔｈｅ?ｄｒｉｖｅ?ｅｎｄ??由于实验需求，驱动端大螺母需连接联轴器进行动力传输，如图３－３所示为驱动??端大螺母结构示意图，左侧定位孔用于与联轴器柔性杆之间的对中安装，轮缘周向均??布多个螺纹孔，用于施加配重。轴伸端大螺母结构与驱动端大螺母基本一致，侧面开??阶梯孔用于安装半圆头轴端螺钉，为轴伸端大
?第三章氢涡轮泵转子轴系建模方法及动力学特性研宄???涡轮端大螺母?涡轮端弹支?泵端弹支?＿?泵端大螺母???ｍ￣￣＿??／?ｊ?／??叶‘套?转子轴?ｌ［０?轴端螺钉??图３－２实验转子轴系结构示意图??Ｆｉｇ．３－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｏｔｏｒ?ｓｈａｆｔ?ｓｙｓｔｅｍ??为方便加工并提高加工精度，实验转子以转子轴中间轮盘为中心，两侧为对称结??构。与氢涡轮泵转子相对应，实验转子具有三个轮盘用于施加配重，驱动端大螺母侧??轮盘模拟两级涡轮，转子轴中心位置轮盘模拟氢涡轮泵二级叶轮，轴伸端大螺母侧轮??盘模拟一级叶轮和诱导轮。由于实验转子工作转速高，转子运转时轮盘将承受极大的??离心力，因此将轮盘与轴设计为一体结构，保证转子轮盘的强度以及运转可靠性，同??时为了实现转轴系支承位置轴承的安装，两侧轮盘与两侧大螺母设计为一体结构。根??据本文所设计高速转子动力学试验台驱动轴头的转动方向，涡轮端和泵端大螺母以及??轴端螺钉均采用左旋螺纹连接，防止转子运转时由于转矩过高发生部件松脱，产生危??险。??定位孔?配重孔??图３－３驱动端大螺母结构示意图??Ｆｉｇ．３－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｒｇｅ?ｎｕｔ?ａｔ?ｔｈｅ?ｄｒｉｖｅ?ｅｎｄ??由于实验需求，驱动端大螺母需连接联轴器进行动力传输，如图３－３所示为驱动??端大螺母结构示意图，左侧定位孔用于与联轴器柔性杆之间的对中安装，轮缘周向均??布多个螺纹孔，用于施加配重。轴伸端大螺母结构与驱动端大螺母基本一致，侧面开??阶梯孔用于安装半圆头轴端螺钉，为轴伸端大
【参考文献】：
期刊论文
[1]大偏心及大扰动下涡轮泵密封转子动力特性[J]. 杨宝锋,贾少锋,李斌,陈晖. 火箭推进. 2019(06)
[2]配合间隙对涡轮泵转子低速动平衡的影响研究[J]. 金路,李爱民,陈晖,李惠敏,韩飞. 火箭推进. 2017(04)
[3]超高速涡轮泵轴系临界转速计算方法及影响因素分析[J]. 李振将,王志峰,宋满存,杨绪钊. 燃气涡轮试验与研究. 2017(01)
[4]涡轮泵密封动力学特性和封严性能的分析与优化[J]. 涂霆,何立东,李宽,胡航领,张力豪. 中国科技论文. 2016(22)
[5]液体火箭发动机氢涡轮泵转子动力学特性研究[J]. 窦唯,叶志明,闫宇龙. 导弹与航天运载技术. 2016(04)
[6]基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究[J]. 宾光富,李学军,沈意平,高金吉. 机械工程学报. 2016(21)
[7]氢涡轮泵次同步振动问题的试验研究[J]. 罗巧军,褚宝鑫,须村. 火箭推进. 2014(05)
[8]支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性的影响[J]. 窦唯,褚宝鑫. 火箭推进. 2014(01)
[9]液体火箭发动机涡轮泵轴承支承刚度及轴向位置对转子系统临界转速的影响[J]. 窦唯,刘占生. 导弹与航天运载技术. 2013(03)
[10]轴承支承总刚度对液体火箭发动机涡轮泵转子系统稳定性影响研究[J]. 窦唯,褚宝鑫,刘占生. 推进技术. 2013(02)
博士论文
[1]航空发动机柔性转子动力特性及高速动平衡试验研究[D]. 邓旺群.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]高速转子动平衡技术研究及系统开发[D]. 陈绪龙.西南科技大学 2015
[2]离心压缩机稳定性预测与优化[D]. 宁喜.北京化工大学 2013
[3]无试重的现场动平衡技术研究[D]. 张禄林.太原理工大学 2013
[4]柔性转子动平衡及转子动力特性的研究[D]. 章璟璇.南京航空航天大学 2005
[5]幅值和相位的精确测量及转子动平衡方法研究[D]. 肖敏.汕头大学 2004
本文编号：3524299
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