基于串联刚度模型的涡轮泵轴向力计算方法

发布时间：2022-01-16 07:01

　　转子轴向力为液体火箭发动机涡轮泵工作过程中的一项重要参数,把转子轴向力有效控制在主轴承的承载范围内是涡轮泵可靠工作的基础。为准确获取涡轮泵轴向力,采用基于串联刚度模型的方法,利用转子轴端位移和轴承的静刚度试验数据,结合有限元分析,得到某发动机涡轮泵转子轴系的轴向载荷,与轴向力传感器实测误差为4.1%。利用该方法,可实现涡轮泵试验过程中转子位移与轴向载荷之间的相互验证,提高测试数据可靠性,保证试验成功率,减少试验次数,降低试验成本。 

【文章来源】：火箭推进. 2020,46(06)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

转子轴系轴向力向左时的力传递路径示意图

式中:k1为轴向力传感器的轴向刚度;x1为轴向力传感器的轴向位移;k2为轴承的轴向刚度;x2为轴承的内圈和外圈轴向相对位移;F为轴向力大小;X为转子轴端位移传感器测量值,即总位移大小。式(1)中,总位移大小X已知,由轴端位移传感器测出,若刚度k1和k2可以得到,则式(1)方程组中的3个未知数x1、x2和F均可求出,即可得到轴系的轴向力大小。因此求解轴向力问题转化为求解轴向力传感器和轴承轴向刚度的问题。

对轴向力传感器进行有限元弹塑性分析,其材料为铝青铜QAl10—3—1.5,材料性能参数[17]为:弹性模量105 GPa,屈服极限210 MPa,强度极限650 MPa,断裂伸长率30%。针对本文所涉及的受载情况,仅计算其受压时的刚度。固定轴向力传感器左侧端面,在右端面施加向左的载荷,在1 000 N轴向压力下,轴向力传感器的轴向变形约0.81 μm,如图3所示,则轴向力传感器受压时线弹性阶段的轴向刚度为k1=1.23×109 N/m。轴向力传感器在其弹性工作范围之内时,其轴向刚度基本保持不变,若轴向力过大,力传感器结构进入塑性阶段时,则其刚度将发生变化,甚至无法进行轴向力的测量。因此对轴向力传感器施加更大轴向力进行弹塑性有限元分析,得到端面轴向位移随着载荷的变化曲线如图4所示。由图可知,当载荷大于130 kN时,轴向力传感器位移会急剧增加,即结构发生塑性变形,无法进行正常测力。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3592170