CN114352549A - 一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，主要解决了现有预压涡轮泵汽蚀特性难以获得，无法实现大功率预压涡轮泵额定转速的地面水力试验要求的技术问题。本装置主要包括泵架组件，所述泵架组件包括第二传动轴、环形导流装置、第一传动轴、支撑组件和密封组件；支撑组件包括第一轴承和第二轴承；密封组件包括第一密封组件和第二密封组件；第一轴承、第一密封组件、第二轴承、第二密封组件由内至外依次设置在环形导流装置的内凹端面和第一传动轴之间；第二传动轴和第一传动轴的内端同轴连接；第一传动轴的外端与电机同轴连接。泵架组件一端通过紧固螺栓与预压涡轮泵产品固定连接，另一端与电机旋转轴式端面密封连接。

Description

一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置

技术领域

本发明属于流体机械领域，尤其涉及一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置。

背景技术

预压涡轮泵是液体火箭发动机广泛采取的预增压装置，利用涡轮驱动轴流叶轮，对火箭贮箱的推进剂进行预增压，提高主泵的抗汽蚀能力；另外设置预压涡轮泵可以提升主涡轮泵的工作转速上限，减小涡轮泵结构的尺寸和重量，进而提高发动机的推重比。预压涡轮泵自身的性能和汽蚀特性是发动机进行***调整计算的重要参数，可以在发动机热试车前对需预压涡轮泵进行地面水力试验。

目前新一代液体火箭发动机预压涡轮泵受自身结构限制，只能通过高压水驱动涡轮带动预压泵旋转，受驱动源压力的限制，预压泵转速较低不能达到额定工作转速，预压泵自身扬程低，在汽蚀试验时扬程下降湮没于出口的流体压力脉动，无法获得汽蚀性能，同时因预压泵转速较低不能有效保证性能试验的相似性原则，对于大功率的预压涡轮泵，则需更高压力的水源驱动装置，这使得试验设备复杂成本高昂，难以实现。

发明内容

本发明提供了一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，主要解决了现有预压涡轮泵汽蚀特性难以获得，无法实现大功率预压涡轮泵额定转速的地面水力试验要求的技术问题。

一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，包括泵架组件，所述泵架组件前端通过紧固螺栓与预压涡轮泵产品固定连接，后端与电机连接；所述泵架组件包括第二传动轴、环形导流装置、第一传动轴、支撑组件和密封组件；支撑组件包括第一轴承和第二轴承；密封组件包括第一密封组件和第二密封组件；第一轴承、第一密封组件、第二轴承、第二密封组件由前至后依次设置在环形导流装置的内凹端面和第一传动轴之间；第二传动轴和第一传动轴的前端与预压涡轮泵产品固定连接，其后端与第一传动轴的前端同轴连接；所述第一传动轴的后端与电机同轴连接，以此改善了试验装置的组件安装同轴度，简化了装配工艺性。

进一步地，所述泵架组件的前端壳体外侧设有测压点，用于消除泵架组件自身流动损失影响，准确测量被测预压涡轮泵产品的出口压力，进而更准确地获得预压涡轮泵产品的扬程、效率、功率等特性。

进一步地，本装置还包括设置在泵架组件入口处与环形导流装置连接的流体介质泄漏口，所述流体介质泄漏口、第二传动轴、第一传动轴及环形导流装置的内凹端面之间形成第一腔室，所述第一轴承设置在第一腔室内，在此腔室内布置轴承，可以充分利用环形导流装置自然形成的局部空间，缩短泵架装置的轴向长度；同时也形成了冷却轴承的冷却通道，进而保证了水力试验装置泵架组件工作的可靠性。

进一步地，所述第一传动轴、第一密封组件及环形导流装置的内凹端面之间形成第二腔室，所述第二腔室内设有连通内外的冷却介质泄漏口，用于将经过第一腔室和第二腔室的流体介质排出，且不影响被测预压涡轮泵产品的测试效果。

进一步地，所述环形导流装置为中空的离心泵吸水室结构，可将液体流动方向从轴向转换为径向，因电机转轴与预压涡轮泵产品同轴，以此保证在测试时，环形导流装置在电机接驱动过程中，流体介质不与试验***干涉，提高该试验装置的测试精度。

进一步地，所述第一密封组件为迷宫密封组件，形成了冷却润滑轴承的内循环流路，使得第一腔室的液体可经迷宫密封组件进入第二腔室，不仅可冷却第二轴承保证轴承的可靠工作，同时也可经冷却介质泄漏口排出试验装置。

进一步地，所述第二密封组件为动静密封组件，保证试验过程的安全性，防止介质泄漏，同时提高试验数据的准确度。

进一步地，所述泵架组件的第一传动轴与电机连接端为旋转轴式端面密封，可防止水力试验过程中介质的泄漏，进一步提高试验装置的安全性。

进一步地，所述第二传动轴与所述预压涡轮泵产品采用花键传动方式连接，所述第一传动轴与所述第二传动轴也采用花键传动方式连接，以此提高各部件之间的同轴度，进而实现各部件较大的轴向移动距离，同时保证电机驱动的可靠性。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的试验装置采用了电机的轴向驱动方式，提高了预压涡轮泵试验转速，有效保证预压涡轮泵性能试验的相似性原则，解决了现有预压涡轮泵汽蚀特性难以获得的问题，从而实现了大功率预压涡轮泵额定转速的地面水力试验的要求。

2、本发明的泵架组件一次装配好后不必再度分解，待下一次水力试验时直接对接泵架组件和第二传动轴即可，装配安装便利，工作效率大幅提升。

3、本发明的试验装置在泵架组件入口处设置有测压点，泵架组件由于自身流阻损失，使得预压涡轮泵产品的出口压力与整个装置出口压力有一定差异，通过设置此测压点可以准确获得实际预压涡轮泵产品的出口压力，进而更准确地获得预压涡轮泵产品的扬程、效率、功率等特性。

4、本发明的环形导流装置与第一传动轴之间由前至后依次设置有第一轴承、第一腔室、第一密封组件、第二轴承、第二腔室及第二密封组件，以此共同形成了轴承冷却的内部通道，在水力试验过程中，流体介质通过第一轴承进入第一腔室，而后通过第一密封组件、第二轴承进入第二腔室，最终通过冷却介质泄漏口排出试验装置，在不单独引入冷却轴承液的前提下，又实现了双轴承冷却的作用，同时也提高了装置整体连接的稳定性及工作的安全性。

5、本发明的试验装置充分利用环形导流装置自然形成的局部空间，不仅为轴承冷却通道提供了足够的空间，同时也缩短了泵架装置整体的轴向长度，进一步降低了试验装置的生产成本。

6、本发明的环形导流装置为中空的离心泵吸水室结构，在电机的驱动下，可快速的将液流方向从轴向转换为径向，大幅提升了装置的工作效率及相关数据的读取速率。

7、本发明的电机与电机驱动接口采用旋转轴式端面密封，提高了测试结果的精度。

8、本发明的第一传动轴与第二传动轴采用花键传动方式连接；第二传动轴与预压涡轮泵产品也采用花键传动方式连接，该连接方式可提高试验装置各部件之间的同轴度，保证了电机驱动的可靠性，在测试过程中各部件有较大的、稳定的轴向移动空间，进而为液体火箭发动机的实际应用提供更多的理论数据支撑。

附图说明

图1本发明一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置与被测预压涡轮泵产品连接示意图(图中电机驱动未示出)。

附图标记如下：

1-预压涡轮泵产品，2-泵架组件，21-测压点，22-冷却介质泄漏口，3-第二传动轴，4-环形导流装置，41-第一腔室，42-第二腔室，5-紧固螺栓，6-第一传动轴，7-支撑组件，71-第一轴承，72-第二轴承，8-密封组件，81-第一密封组件，82-第二密封组件，9-流体介质泄漏口。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚，需要说明的是：附图采用简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明中的术语“前”“前端”表示靠近预压涡轮泵产品一端，“后”“后端”表示远离预压涡轮泵产品一端；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1，本发明一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，包括泵架组件2，泵架组件2前端通过紧固螺栓5与预压涡轮泵产品1(即试验对象)固定连接，后端与电机连接；泵架组件2包括第二传动轴3、环形导流装置4、第一传动轴6、支撑组件7和密封组件8；第二传动轴3后端与第一传动轴6的前端同轴连接，为了保证同轴度，其采用花键传动方式连接；为提高试验装置工作的安全性及测试结果的可靠性，第一传动轴6的后端与电机也为同轴连接，且为旋转轴式端面密封连接。

支撑组件7包括第一轴承71和第二轴承72；密封组件8包括第一密封组件81和第二密封组件82；第一轴承71、第一密封组件81、第二轴承72、第二密封组件82由前至后依次设置在环形导流装置4的内凹端面和第一传动轴6之间；第一密封组件81为迷宫密封组件，在结构设计过程中可根据产品选用的轴承型号及被试预压涡轮泵产品1的压力，计算出所需的迷宫密封组件结构类型及间隙，保证所需的通流流量；第二密封组件82为动静密封组件，可保证试验过程的安全性，防止截止泄漏，同时也可提高试验数据的准确度；环形导流装置4为中空的离心泵吸水室结构，可快速地将液流方向从轴向转换为径向。

在泵架组件2的前端壳体外侧设有测压点21，可准确测量被测预压涡轮泵产品的出口压力。泵架组件2的入口处还设置有与环形导流装置4连接的流体介质泄漏口9，流体介质泄漏口9、第二传动轴3、第一传动轴6及环形导流装置4的内凹端面之间形成第一腔室41，第一轴承71设置在第一腔室41内；第一传动轴6、第一密封组件81及环形导流装置4的内凹端面之间形成第二腔室42，第二腔室42内设有连通内外的冷却介质泄漏口22，由第一轴承71、第一腔室41、第一密封组件81、第二轴承72、第二腔室42及第二密封组件82共同形成了轴承冷却的内部通道，以此来充分利用环形导流装置4自然形成的局部空间，缩短泵架装置的轴向长度，降低了试验装置的生产成本。流体介质最终通过冷却介质泄漏口22排出泵架组件2内部，冷却介质泄漏口22设置于泵架组件2的后端，其不影响被测预压涡轮泵产品1的测试效果，同时也可根据冷却介质泄漏口22排出的流体介质流量来判断预压涡轮泵产品1入口的介质流量。

本发明的试验装置与预压涡轮泵产品1的组装及工作过程具体为：

首先独立装配预压涡轮泵产品1；其次装配泵架组件2；再次将第二传动轴3的一端与预压涡轮泵产品1采用花键传动方式连接，花键的规格可根据特定涡轮泵功率扭矩传递进行计算选择，以保证电机驱动可靠；最后预压涡轮泵产品1与泵架组件2通过紧固螺栓5固定连接，从而完成试验装置的装配过程，以此来保证水力试验装置装配的工艺性。

组装好之后启动电机，电机驱动组装好的预压涡轮泵产品1和泵架组件2同时转动，流体介质经过环形导流装置4改变流动方向从而开始水力试验。水力试验过程中由于电机带动泵架组件2和预压涡轮泵产品1旋转使得流体介质增压，一部分流体介质经过流体介质泄漏口9、第一轴承71进入第一腔室41，在此过程中流入第一腔室41的流体介质可冷却第一轴承71；之后流体介质通过第一密封组件81(即迷宫密封组件)、第二轴承72进入第二腔室42，在进入第二腔室42的过程中，第二轴承72得到冷却；流体介质继续往后流动，被第二密封组件82(即动静密封组件)阻挡，最终通过冷却介质泄露口22流出，确保试验过程顺利、安全地进行。

为节省中间环节，泵架组件2为独立的组件，待装配完成后，自身可不进行分解，直接通过第二传动轴3与下一台产品预压涡轮泵对接，而后进行水力试验，为保证整体装置连接的稳定性及安全性，第二传动轴3的尺寸可根据预压涡轮泵产品1的具体规格，提前更换好与其匹配的直径尺寸。

本发明提供的泵架组件2和中间传动轴的结构方案，泵架组件2一次装配好后不必再度分解，下一次水力试验时直接对接泵架组件2和第二传动轴3即可，装配安装便利，提高效率；双传动轴结合花键传动改善了组件安装同轴度工艺性，上述结构实现了电机驱动预压涡轮泵，可显著提高试验能力。

尽管对本实例的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，但是本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的范围的情况下进行改进，因此，本发明是广泛的。

Claims (9)

1.一种电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：包括泵架组件(2)，所述泵架组件(2)前端通过紧固螺栓(5)与预压涡轮泵产品(1)固定连接，后端与电机连接；

所述泵架组件(2)包括第二传动轴(3)、环形导流装置(4)、第一传动轴(6)、支撑组件(7)和密封组件(8)；支撑组件(7)包括第一轴承(71)和第二轴承(72)；密封组件包括第一密封组件(81)和第二密封组件(82)；第一轴承(71)、第一密封组件(81)、第二轴承(72)、第二密封组件(82)由前至后依次设置在环形导流装置(4)的内凹端面和第一传动轴(6)之间；

所述第二传动轴(3)的前端与预压涡轮泵产品(1)固定连接，其后端与第一传动轴(6)的前端同轴连接；所述第一传动轴(6)的后端与电机同轴连接。

2.根据权利要求1所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述泵架组件(2)的前端壳体外侧设有测压点(21)，可以测得预压涡轮泵产品(1)的出口压力。

3.根据权利要求2所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

还包括设置在泵架组件(2)入口处与环形导流装置(4)连接的流体介质泄漏口(9)，所述流体介质泄漏口(9)、第二传动轴(3)、第一传动轴(6)及环形导流装置(4)的内凹端面之间形成第一腔室(41)，所述第一轴承(71)设置在第一腔室(41)内。

4.根据权利要求3所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述第一传动轴(6)、第一密封组件(81)及环形导流装置(4)的内凹端面之间形成第二腔室(42)，所述第二腔室(42)内设有连通内外的冷却介质泄漏口(22)。

5.根据权利要求4所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述环形导流装置(4)为中空的离心泵吸水室结构，将液流方向从轴向转换为径向。

6.根据权利要求5所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述第一密封组件(81)为迷宫密封组件。

7.根据权利要求6所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述第二密封组件(82)为动静密封组件。

8.根据权利要求7所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述泵架组件(2)的第一传动轴(6)与电机连接端为旋转轴式端面密封。

9.根据权利要求8所述的电机驱动的预压涡轮泵水力试验装置，其特征在于：

所述第二传动轴(3)与所述预压涡轮泵产品(1)采用花键传动方式连接；

所述第二传动轴(3)所述第一传动轴(6)采用花键传动方式连接。

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