CN113586470A - 一种涡轮泵转速测量结构 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种涡轮泵转速测量结构，解决了现有技术转速传感器输出电压及信号幅值低，导致转速测量不准确，无法准确实时获得发动机涡轮泵工作转速的问题。本发明的一种涡轮泵转速测量结构，包括涡轮转子、第一轴套、调整垫、转速传感器、密封垫、涡轮泵壳体、第二轴套、测速齿组件；转速传感器设置在涡轮泵壳体上，转速传感器与涡轮泵壳体之间设置有密封垫；测速齿组件套在涡轮转子的侧面并与转速传感器位置对应且具有间隙，测速齿组件通过第一轴套和第二轴套固定在涡轮转子上，测速齿组件随涡轮转子一起转动，第一轴套与测速齿组件之间还设置有调整垫。本发明的输出波形杂波少，幅值高，转速传感器输出电压及信号强。

Description

一种涡轮泵转速测量结构
技术领域
本发明涉及一种发动机转速测量装置，具体涉及一种涡轮泵转速测量结构。
背景技术
液体火箭发动机涡轮泵转速是表征发动机性能的一个重要参数，精准测量并实时获取涡轮泵转速对分析涡轮泵及发动机工作状况具有重要意义。
液体火箭发动机涡轮泵转速测量结构一般设置在涡轮泵壳体或进口管与转子轴上，典型的涡轮泵转速测量结构具体如下：转速传感器通过螺纹连接安装在涡轮泵进口管上并通过密封垫进行密封。磁棒安装在轴端螺钉顶端圆柱孔内，螺帽通过螺纹与轴端螺钉装配一起组成轴端螺钉组件，轴端螺钉组件防止磁棒转动过程中甩出。轴端螺钉组件通过螺纹与涡轮转子连接，并通过锁片锁紧防止轴端螺钉组件转动中松动。当涡轮泵工作时，涡轮转子带动轴端螺钉组件一起转动，转速传感器内线圈切割磁棒转动形成的磁感线输出信号波形，波形被测量终端识别转换成转速信号输出显示。
上述结构应用于涡轮泵转速测量时存在两个问题；一是转速传感器和轴端螺钉组件径向距离受限于进口管半径，由于涡轮泵结构限制一般距离10～80mm左右，距离远导致转速传感器输出电压及信号幅值不大，只有70mV左右；二是磁棒工作在低温推进剂内如液氧、液氢、液态甲烷时，低温环境对转速信号测量具有干扰及衰减作用，杂波干扰大，造成转速传感器输出电压及信号幅值低，只有20mV左右，导致转速测量不准确，当转速传感器输出波形幅值低于杂波幅值时，转速无法正常测量，无法准确实时获得发动机涡轮泵工作转速。
发明内容
为了解决现有技术中转速测量输出电压及信号幅值低，导致转速测量不准确，无法准确实时获得发动机涡轮泵工作转速的问题，本发明提供了一种轮泵转速测量结构。
本发明的技术解决方案是：
一种涡轮泵转速测量结构，其特殊之处在于：包括涡轮转子、第一轴套、调整垫、转速传感器、密封垫、涡轮泵壳体、第二轴套、测速齿组件；
所述转速传感器连接在涡轮泵壳体上，其连接位置不具有推进剂，转速传感器与涡轮泵壳体之间设置有所述密封垫；
所述测速齿组件套装在涡轮转子的侧面，测速齿组件通过所述第一轴套和第二轴套固定在涡轮转子上，第一轴套与测速齿组件之间设置有所述调整垫；
所述测速齿组件的旋转面和转速传感器中心线相对应且位于同一平面，测速齿组件和转速传感器之间设置有间隙L3；
所述测速齿组件包括测速齿和磁棒，测速齿为圆环形；
所述测速齿外侧设置有多个对称齿和两个工艺齿；
所述多个对称齿为偶数个，成对设置在测速齿的圆环形外缘上，并位于同一径向位置，所述两个工艺齿设置在测速齿的圆环形外缘上，并位于同一径向位置；
所述对称齿中均按装有磁棒。
进一步地，所述对称齿为两个。
进一步地，所述对称齿上设置有一个直径为
Figure BDA0003226894440000021
的盲孔，盲孔指向测速齿的圆心，盲孔内安装有外径为
Figure BDA0003226894440000022
的磁棒，
Figure BDA0003226894440000023
进一步地，所述盲孔内安装的磁棒的N极或S极一致朝向测速齿中心方向。
进一步地，所述对称齿上还设置有一个直径为
Figure BDA0003226894440000024
的工艺透气孔，工艺透气孔位于盲孔底部且贯穿测速齿，工艺透气孔指向测速齿圆心方向，
Figure BDA0003226894440000025
Figure BDA0003226894440000026
进一步地，所述对称齿的数量为4、6或8个。
进一步地，所述盲孔长度为L2，磁棒长度为L1，加工时需保证1mm≦L2-L1≦4mm。
进一步地，所述L3的范围为0.5mm≦L3≦3mm。
进一步地，所述盲孔的孔口通为过钢球挤压形成的收缩状孔口，收缩状孔口口径小于
Figure BDA0003226894440000031
本发明具有以下优点：
(1)本发明中将转速传感器设置在涡轮泵壳体上无推进剂的部位，转速传感器工作时无推进剂对磁场造成的干扰及衰减作用，使得转速传感器输出波形杂波少，幅值高，转速传感器输出电压及信号强；
(2)本发明中将磁棒设置在测速齿外圆处，磁棒端面和转速传感器端面距离小，通常设置为0.5mm～3mm。因此，两者距离显著减少，大幅增加转速传感器输出电压及信号；
(3)本发明中磁棒安装在测速齿盲孔内后，盲孔孔口机械压缩，使得盲孔孔口直径小于磁棒直径，最终磁棒会在高速转动中无需外套螺母防护，且不担心被甩出，结构简单可靠性高。
(4)本发明中设置有调整垫，调整垫能够调整测速齿组件旋转面与转速传感器中心线保持对应，保证了测速齿组件与转速传感器轴向上位于同一平面。
(5)本发明中在测速齿外侧设置有两个工艺齿，工艺齿能够防止测速齿组件随涡轮转子转动过程中动不平衡量过大，而导致轴系失稳涡轮泵工作异常。
附图说明
图1为本发明一种涡轮泵转速测量结构示意图；
图2为本发明一种涡轮泵转速测量结构中测速齿组件结构示意图；
图3为本发明一种涡轮泵转速测量结构中测速齿结构示意图；
图4为本发明一种涡轮泵转速测量结构中磁棒安装收口示意图；
图5为本发明实际应用测量出的转速原始信号波形图。
1.涡轮转子，2.第一轴套，3.调整垫，4.转速传感器，5.密封垫，6.涡轮泵壳体，7.第二轴套，8.测速齿组件，81.测速齿，811.对称齿，812.工艺齿，82.磁棒。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种涡轮泵转速测量结构，
该结构主要由涡轮转子1、第一轴套2、调整垫3、转速传感器4、密封垫5、涡轮泵壳体6、第二轴套7、测速齿组件8组成，测速齿组件8包括测速齿81和磁棒82。
转速传感器4通过螺纹设置在没有推进剂的涡轮泵壳体6上，并通过密封垫5进行密封。
测速齿组件8套在涡轮转子1上并与转速传感器4位置对应，测速齿组件8通过第一轴套2和第二轴套7压紧在涡轮转子1上，随涡轮转子1一起转动。第一轴套2与测速齿组件8之间还设置有调整垫3，通过调整垫3调整测速齿组件8旋转面与转速传感器4中心线相对应，保证了两者在轴向上位于同一平面。
测速齿组件8转动时，转速传感器4所处位置无推进剂特别是低温推进剂对其产生的磁场造成干扰及衰减作用，那么转速传感器4输出波形杂波少，幅值高，转速传感器4输出电压及信号强。
低温推进剂指液氧、液氢、液态甲烷。
定义测速齿组件8外圆和转速传感器4端面之间的间隙为L3，L3的范围在0.5mm～3mm之间。通过调整密封垫5的厚度调整转速传感器4端面与测速齿组件8外圆间隙L3，原则上L3越小越好，这样保证转速传感器感应磁棒转动中形成的磁场最强，转速传感器输出的转速波形和信号越强。
如图2和图3所示，
测速齿组件8包含测速齿81和磁棒82。
测速齿81采用无磁性材料加工，测速齿81为圆环形，且在圆环外侧设置有两个对称齿811和两个工艺齿812
两个对称齿811在同一条直径上且其旋转面与转速传感器4相对应，两个对称齿811均加工一个直径为
Figure BDA0003226894440000051
的盲孔，盲孔指向测速齿81的圆心，盲孔用于安装磁棒82。由于磁棒82易碎，加工时保证盲孔直径
Figure BDA0003226894440000052
大于磁棒82外径
Figure BDA0003226894440000053
使得盲孔与磁棒82形成间隙便于安装。但间隙过大时会造成磁棒82在转动过程中晃动导致转速信号测量不稳定，因此，盲孔与磁棒82之间的间隙值需确保在0.02mm～0.1mm之间。
两个工艺齿812分别设置在两个对称齿811连接线的平分线两端，两个工艺齿812用于磁棒82安装后测速齿组件8整体的动平衡，在工艺齿812上减少材料满足测速齿组件8动平衡要求，防止测速齿组件8随涡轮转子1转动过程中动不平衡量过大导致轴系失稳涡轮泵工作异常。
两个磁棒82安装时保证极性一致，即两个磁棒N极或S极一致朝向测速齿81中心方向，以确保测量出的波形连贯。
每个对称齿811在加工时需加工直径为
Figure BDA0003226894440000054
的工艺透气孔，以防止磁棒82安装时，间隙过小与盲孔底部形成封闭空间，无法将磁棒82完全放入到盲孔内。工艺透气孔位于盲孔底部且穿透测速齿81，工艺透气孔指向测速齿81圆心，工艺透气孔直径
Figure BDA0003226894440000055
需小于磁棒82的外径
Figure BDA0003226894440000056
尺寸1mm以上，这样保证磁棒82安装后不会脱落。
对称齿811的数量也可对称增加为4、6、8及大于8的偶数，保证转速信号波形可以连续识别。
如图4所示，
盲孔直径为
Figure BDA0003226894440000057
磁棒82的外径为
Figure BDA0003226894440000058
定义对称齿811上加工的盲孔长度为L2，磁棒82长度L1，加工时需保证L2大于L1尺寸1mm～4mm。磁棒82安装在盲孔后用一钢球压对称齿811盲孔外圆，在巨大压力下盲孔孔口变形收缩，导致压缩后的盲孔孔口孔径小于
Figure BDA0003226894440000061
从而将磁棒固定在孔内，转动时无法甩出。
本实施例输出的转速信号原始波形如图5所示，幅值最高达1700mV左右，较之前的转速测量结构测量的70mV大幅增加，抗干扰能力强，波形稳定满足使用要求。

Claims (9)

1.一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：包括涡轮转子(1)、第一轴套(2)、调整垫(3)、转速传感器(4)、密封垫(5)、涡轮泵壳体(6)、第二轴套(7)、测速齿组件(8)；
所述转速传感器(4)连接在涡轮泵壳体(6)上，其连接位置不具有推进剂，转速传感器(4)与涡轮泵壳体(6)之间设置有所述密封垫(5)；
所述测速齿组件(8)套装在涡轮转子(1)的侧面，测速齿组件(8)通过所述第一轴套(2)和第二轴套(7)固定在涡轮转子(1)上，第一轴套(2)与测速齿组件(8)之间设置有所述调整垫(3)；
所述测速齿组件(8)的旋转面和转速传感器(4)中心线相对应且位于同一平面，测速齿组件(8)和转速传感器(4)之间设置有间隙L3；
所述测速齿组件(8)包括测速齿(81)和磁棒(82)，测速齿(81)为圆环形；
所述测速齿(81)外侧设置有多个对称齿(811)和两个工艺齿(812)；
所述多个对称齿(811)为偶数个，成对设置在测速齿(81)的圆环形外缘上，并位于同一径向位置，所述两个工艺齿(812)设置在测速齿(81)的圆环形外缘上，并位于同一径向位置；
所述对称齿(811)中均按装有磁棒(82)。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述对称齿(811)为两个。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述对称齿(811)上设置有一个直径为
Figure FDA0003226894430000011
的盲孔，盲孔指向测速齿(81)的圆心，盲孔内安装有外径为
Figure FDA0003226894430000012
的磁棒(82)，
Figure FDA0003226894430000013
4.根据权利要求3所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述盲孔内安装的磁棒(82)的N极或S极一致朝向测速齿(81)中心方向。
5.根据权利要求3所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述对称齿(811)上还设置有一个直径为
Figure FDA0003226894430000021
的工艺透气孔，工艺透气孔位于盲孔底部且贯穿测速齿(81)，工艺透气孔指向测速齿(81)圆心方向，
Figure FDA0003226894430000022
Figure FDA0003226894430000023
6.根据权利要求3所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述对称齿(811)的数量为4、6、8个。
7.根据权利要求3所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述盲孔长度为L2，磁棒(82)长度为L1，加工时需保证1mm≦L2-L1≦4mm。
8.根据权利要求1所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述L3的范围为0.5mm≦L3≦3mm。
9.根据权利要求3所述的一种涡轮泵转速测量结构，其特征在于：所述盲孔的孔口通为过钢球挤压形成的收缩状孔口，收缩状孔口口径小于
Figure FDA0003226894430000024
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