一种易拆装高速浮动环动态特性测试试验台的制作方法

本发明涉及航空航天领域，主要涉及液体火箭发动机涡轮泵的密封与动态特性测试设备，具体为一种易拆装高速浮动环动态特性测试试验台。

背景技术：

1、在现代的航天工业部门的过程装备中，由于机械设备运行条件苛刻，密封占据至关重要的地位。密封技术不仅因其产品性能的好坏直接影响流体机械的正常运行，而将其视为综合性工程学范畴，对提高机器的整体密封水平有其特殊意义，对于航空航天领域的旋转机械尤为重要。

2、液体火箭发动机涡轮是将氧化剂和燃料通过涡轮泵增压后推入燃烧室，而间隙密封是控制涡轮泵泄漏的关键部件，直接关系到液体火箭发动机的工作效率和运行稳定性。在液体火箭发动机涡轮泵内高转速、大压差、超低温和超高温的严苛环境下，各类接触式密封技术如刷式密封、柔性片密封难以满足工作要求。由于加工误差、动力弯曲和热变形等客观因素的存在，转子的振动往往会造成转子表面与固定式间隙密封壁面发生碰摩，导致密封失效。在液氧液体火箭发动机涡轮泵内富氧环境下，转子与静子部件发生碰摩极易引起金属的富氧燃烧，降低液体火箭发动机的可靠性。浮动间隙密封是一种可相对转子运动的间隙密封元件，具有相对转子自动定中心的功能，其间隙高度可远远小于固定式间隙密封，显著降低工作介质的泄漏。且间隙密封流体可以给转子系统提供一定的刚度和阻尼，可以提高涡轮泵转子系统的稳定性。

3、浮动环具有结构简单、密封可靠、安装容易、适应苛刻环境等一系列优点，近些年来被广泛应用到航天领域的液体火箭发动机中。而高密封效率和高运行稳定性的浮动间隙密封技术是进一步提高液体火箭发动机运行可靠性有效和最经济的关键技术。目前，浮动间隙密封已有较为系统的理论方法和仿真基础，但是高转速、大压差下浮动环结构的动态响应及运行稳定性技术还需要在试验方面进一步研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决了现有的火箭涡轮泵浮动环密封测试试验台采用供水泵直接给高压腔室增压，存在增压能力有限，以及浮动环拆装难度大等问题，以较为简化试验台结构满足了较大压差、高转速浮动环密封测试易拆装的问题。进而提供安装简单的高转速浮动环密封测试试验台。

2、本发明的技术方案是：一种易拆装高速浮动环动态特性测试试验台，它包括高速浮动环增压及动态测试一体化装置、为高速浮动环增压及动态测试一体化装置提供动力的驱动电机、变速齿轮箱、为浮动环测试所需的测量参数进行采集的数据采集及控制系统、低压水箱、两个轴承支承组件和用于对支承组件及驱动电机进行冷却润滑的冷却润滑系统；高速浮动环增压及动态测试一体化装置包括浮动环测试腔体、左高压腔体、右高压腔体、转子和一个浮动环试验件，转子左端依次轴向穿过浮动环测试腔体的左半部分通过联轴器与驱动电机的输出端固定连接，转子右端依次轴向穿过浮动环测试腔体的右半部分并与低压水箱可转动连接，高速浮动环增压及动态测试一体化装置与驱动电机之间设置有用于支承转子的两个支承组件，转子中部加工有轮盘，轮盘两侧的转子上分别加工有浮动环接触面，所述轮盘一侧浮动环接触面上套装浮动环试验件，轮盘及一个浮动环试验件均设置在浮动环测试腔体的密封空腔内；转子右端面中心沿轴向加工有变直径且深度至轮盘中心位置的空心供液孔，所述空心供液孔右端与低压水箱连通，所述轮盘内部沿圆周方向均匀加工有多个与空心供液孔相切的甩液孔，工作介质通过浮动环试验件在挡流螺母的作用下与低压水箱进行循环。

3、进一步地，浮动环测试腔体包括左高压腔体、弹簧密封圈、右高压腔体、填料密封并排相对设置在试验台底座上方，左高压腔体和右高压腔体通过多个双头贯穿螺栓固定连接，左高压腔体和右高压腔体间采用弹簧密封圈进行密封，左高压腔体和转子之间设有填料密封进行密封，左高压腔体和右高压腔体分别与试验台底座固定连接。

4、进一步地，数据采集及控制系统包括两个用于测量浮动环试验件运动轨迹的第一电涡流位移传感器、两个螺纹套和两个位移传感器锁紧螺母，第一电涡流位移传感器为耐压型电涡流位移传感器，右高压腔体的外圆弧面上周向呈90°各加工有两个高压腔体连接螺纹孔，浮动环测试腔体还包括两个螺纹套和两个位移传感器锁紧螺母，螺纹套外部圆柱面整体加工为外螺纹，螺纹套螺旋安装在高压腔体连接螺纹孔内并通过位移传感器锁紧螺母固定在浮动环测试腔体上，螺纹套内部加工为变径通孔，所述变径通孔下半部分加工为位移传感器连接螺纹孔并设有止口定位，所述变径通孔上半部分加工为通孔，耐压型电涡流位移传感器螺旋安装在位移传感器连接螺纹孔内并通过密封胶进行密封，耐压型电涡流位移传感器的探头指向浮动环试验件，耐压型电涡流位移传感器的线缆通过通孔延伸至浮动环测试腔体外部。

5、进一步地，高速浮动环增压及动态测试一体化装置整体为悬臂结构，浮动环试验件安装简单，浮动环试验件通过右侧悬臂处套装至试验位置，实现浮动环试验件的快速安装，大大提高浮动环试验件的装拆效率，试验装配难度及时间显著降低。

6、进一步地，转子右端面中心沿轴向加工有变直径且深度至轮盘中心位置的空心供液孔，孔截面从右往左直径通过锥形结构收缩，以增大工作介质的至轮盘中心位置处的速度，空心供液孔右端与低压水箱连通，工作介质轴向进入转子的空心供液孔并充满转子内部，由于轮盘快速转动，轮盘中的甩液孔驱使工作介质向轮盘外缘流去，使得甩液孔对工作介质做功，此时工作介质动能与压力能均增加，经过浮动环测试腔体的壳体后减速增压实现工作介质二次增压，达到浮动环密封入口所需的工作压力。最终工作介质流入低压水箱实现了工作介质的循环。

7、进一步地，工作介质通过浮动环试验件在挡流螺母的作用下与低压水箱，因浮动环间隙的流速快且压力高，工作介质进入低压水箱会造成空心供液孔右端与低压水箱连通处的存在扰流场致使低压水箱内的流动状况复杂，从而设置挡流螺母以起到挡流作用。

8、进一步地，数据采集及控制系统还包括两个压力传感器，其中一个压力传感器用于监测左高压腔体内轮盘顶部的流体压力，另一个压力传感器用于监测右高压腔体内浮动环试验件安装位置处的流体压力。

9、进一步地，数据采集及控制系统还包括用于测量转子转速的转速测量仪，转速测量仪安装在转子靠近驱动电机的一端。

10、本发明与现有技术相比具有以下效果：

11、本发明为了更好的明晰现有浮动环密封结构参数和运行工况对高转速涡轮泵浮动环运行状态的影响规律，提供了一种易拆装高速浮动环动态特性测试试验台。该试验台用于实现液体火箭发动机涡轮泵浮动环结构的动态响应及运行稳定性测试。高速浮动环增压及动态测试一体化装置整体为悬臂结构，浮动环试验件安装简单，浮动环试验件通过右侧悬臂处套装至试验位置，实现浮动环试验件的快速安装，大大提高浮动环试验件的装拆效率，试验装配难度及时间显著降低。同时转子右端面中心沿轴向加工有变直径且深度至轮盘中心位置的空心供液孔，孔截面从右往左直径通过锥形结构收缩，以增大工作介质的至轮盘中心位置处的速度，空心供液孔右端与低压水箱连通，工作介质轴向进入转子的空心供液孔并充满转子内部，由于轮盘快速转动，轮盘中的甩液孔驱使工作介质向轮盘外缘流去，使得甩液孔对工作介质做功，此时工作介质动能与压力能均增加，经过浮动环测试腔体的壳体后减速增压实现工作介质二次增压，达到浮动环密封入口所需的工作压力。通过浮动环试验件在挡流螺母的作用下进入低压水箱，实现了工作介质的循环。浮动环密封动态测试试验台可为研究液体火箭发动机涡轮泵浮动环动态响应及运行稳定性提供准确参数和技术保障，具备多种试验能力，为涡轮泵浮动环间隙密封设计提供技术支持。