RU2718612C1 - Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2718612C1
RU2718612C1 RU2019122725A RU2019122725A RU2718612C1 RU 2718612 C1 RU2718612 C1 RU 2718612C1 RU 2019122725 A RU2019122725 A RU 2019122725A RU 2019122725 A RU2019122725 A RU 2019122725A RU 2718612 C1 RU2718612 C1 RU 2718612C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
axial
tna
bearing
torque
Prior art date
Application number
RU2019122725A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Дмитриевич Горбачев
Евгений Владимирович Осипов
Александр Фёдорович Ивашин
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority to RU2019122725A priority Critical patent/RU2718612C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2718612C1 publication Critical patent/RU2718612C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/007—Details, component parts, or accessories especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к машинам с вращающимся ротором, и может быть использована при создании турбонасосных агрегатов (ТНА) летательных аппаратов. В способе контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА осуществляется приложение к ротору собранного ТНА крутящего момента, под действием которого обеспечивается вращение ротора. При этом ротор нагружается поочередно сначала в одну, а затем в другую сторону осевыми усилиями, рассчитываемыми по формуле, включающей: максимально допустимую радиальную статическую нагрузку радиально-упорного подшипника, коэффициент запаса прочности подшипника, массу ротора, ускорение свободного падения. При этом крутящий момент Мкр выбирается из диапазона, зависящего от коэффициента трения в подшипнике и диаметра шейки вала. Изобретения направлены на обеспечение контроля осевых зазоров между колесом и корпусом ТНА летательных аппаратов, гарантирующих надежность работы ТНА. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к машинам с вращающимся ротором, и может быть использована при создании турбонасосных агрегатов (ТНА) летательных аппаратов (ЛА) различного назначения.
Известен способ обеспечения осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом насоса [1. Турк, В.И. Насосы и насосные станции / В.И. Турк. - М: Госстройиздат, 1961. - С. 89.], в котором между колесом насоса и корпусом оставляют небольшие зазоры до 0,25 мм, что предотвращает трение между вращающимся колесом и корпусом и уменьшает утечки жидкости. Уменьшение зазора достигается вставкой бронзовых или чугунных уплотнительных колец в зазор между вращающимся колесом и корпусом. По мере изнашивания уплотнительные кольца можно заменить.
Недостатками данного способа обеспечения осевых зазоров являются усложнение конструкции и невозможность его применения в центробежных насосах с массой ротора до 2 кг, к числу которых относятся ТНА ЛА. Если колесо насоса коснется уплотнительных колец, произойдет заклинивание и разрушение ТНА в силу малой массы и инерции ротора. Другим недостатком этого способа является образование во время работы стружки от истирания уплотнительных колец и попадание ее внутрь ТНА, что может привести к разрушению подшипников, забиванию фильтров топливной системы и аварии ЛА.
Прототипом, наиболее близким к заявляемому способу по совокупности технических признаков, выбран способ обеспечения осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом насоса пригонкой по размерам деталей, являющихся звеньями размерной цепи (колец, прокладок, пластин) [2. Павлович, Л.А., Точность изготовления гидравлических устройств расходных систем / Л.А. Павлович, С.Л. Александров. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 28, 29]. По предлагаемому способу ТНА собирают, обеспечивая осевые зазоры между центробежным колесом, установленным на роторе, и корпусом насоса. Осевые зазоры обеспечиваются пригонкой размеров колец, являющихся звеньями размерной цепи.
Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является невозможность напрямую проконтролировать зазоры между центробежным колесом и корпусом насоса в процессе и после пригонки осевых зазоров из-за отсутствия доступа для мерительного инструмента Пригонка зазоров в агрегате и их контроль осуществляются с использованием технологических колец, пересчетом по нескольким измеренным размерам, то есть косвенным способом. В результате суммирования погрешностей нескольких измерений возрастает погрешность пригонки зазоров, а также возможны ошибки из-за человеческого фактора. Ситуация усугубляется тем, что в современных насосах зазоры между колесом насоса и корпусом ТНА выполняются предельно допустимыми с целью снижения потерь давления и повышения эффективности. В результате действия на ротор осевых сил осевые зазоры при работе агрегата уменьшаются на сумму осевого люфта подшипника и конструктивного осевого зазора между кольцом и крышкой, что уменьшает осевые зазоры более чем в два раза. Таким образом, даже небольшая ошибка в пригонке осевых зазоров может привести к касанию центробежного колеса о корпус насоса и разрушению ТНА. При этом ошибку сборки невозможно выявить ни на одном из этапов изготовления, в том числе и при испытаниях ТНА, так как режимы ограничиваются для сохранения ресурса агрегата и целостности стояночных уплотнений.
Заявляемый способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА совпадает с прототипом по следующему существенному признаку: обеспечение осевых зазоров осуществляется их пригонкой по размерам деталей, являющихся звеньями размерной цепи.
Целью заявляемой группы изобретений является обеспечение контроля осевых зазоров между колесом и корпусом ТНА ЛА, гарантирующих работу ротора без заклинивания.
В предлагаемом способе контроль осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА осуществляется приложением к ротору собранного ТНА крутящего момента Мкр, под действием которого обеспечивается вращение ротора. При этом ротор нагружается поочередно сначала в одну, а затем в другую сторону осевыми усилиями F a , рассчитываемыми по формуле:
Figure 00000001
где С0 - максимально допустимая радиальная статическая нагрузка радиально-упорного подшипника;
K - коэффициент запаса прочности подшипника из диапазона K=5÷8;
mp - масса ротора;
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
Знак плюс в формуле (1) ставится при приложении усилия к ротору в направлении вверх, минус - вниз.
Крутящий момент Мкр выбирается из диапазона Мкр ≤ 1,5⋅F a ⋅μ⋅d,
где μ - коэффициент трения в подшипнике;
d - диаметр шейки вала.
Заявляемое устройство для осуществления способа контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА состоит из рамы, устройства для приложения крутящего момента, устройства для передачи осевых усилий с устройством для измерения осевых усилий с электронным табло и подвижного узла стыковки. Рама включает нижнюю, промежуточную и верхнюю плиты, соединенные между собой опорами. Промежуточная плита выполнена с возможностью установки в ней ТНА, а на ее верхнюю сторону выведен диск ротора ТНА, содержащий вращающуюся тягу. На верхней стороне верхней плиты размещены устройство для передачи осевых усилий и электронное табло устройства для измерения осевых усилий. Устройство для передачи осевых усилий содержит невращающуюся тягу. Подвижный узел стыковки соединяет невращающуюся тягу от устройства для передачи осевых усилий с вращающейся тягой от диска ротора ТНА посредством радиально-упорного подшипника.
Группа изобретений поясняется чертежами (фиг. 1-4), где на фиг. 1 показан продольный разрез ТНА; на фиг. 2 - вариант исполнения устройства для осуществления способа контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА; на фиг. 3 - продольный разрез подвижного узла стыковки заявляемого устройства; на фиг. 4 - продольный разрез ТНА при воздействии на ротор осевых усилий F a .
Группа изобретений осуществляется следующим образом.
Выполняют сборку ТНА. Между центробежным колесом 1, установленным на роторе 2, и корпусом 3 ТНА имеются осевые зазоры Z1 Z2, Z3, Z4, которые обеспечиваются пригонкой размеров S1 S2, S3, S4 колец 4, 5, 6, 7, являющихся звеньями размерной цепи. Собранный ТНА устанавливают на устройство для осуществления способа контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА.
Устройство представляет собой сварную раму, состоящую из плит: нижней 8, промежуточной 9 и верхней 10, соединенных между собой по четырем углам опорами 11. Нижняя плита 8 является основанием устройства. Промежуточная плита 9 служит для установки ТНА 12. Крепление ТНА 12 осуществляется с нижней стороны плиты 9 при помощи винтов 13. При этом диск 14 ротора 2 ТНА 12 выведен на верхнюю сторону плиты 9 через отверстие 15 в плите 9. На верхней плите 10 установлен силовой винт 16 с динамометром 17, подвижным узлом стыковки А и электронным табло 18. Под подвижным узлом стыковки А крепится моментный ключ 19.
Подвижный узел стыковки А собирается и устанавливается на устройство следующим образом. Снизу на невращающуюся тягу 20, соединенную с силовым винтом 16, заводится фиксатор 21 и устанавливается радиально-упорный подшипник 22. Фиксация подшипника 22 на невращающейся тяге 20 выполняется по торцу внутренней обоймы подшипника винтом 23, который вворачивается в невращающуюся тягу 20. Далее, снизу по наружной обойме подшипника 22 заводится вращающаяся тяга 24 до упора выступом в торец наружной обоймы подшипника 22. Фиксатор 21 навинчивается на вращающуюся тягу 24 до упора в торец наружной обоймы подшипника 22. Собранный подвижный узел стыковки А вращением силового винта 16 опускается вниз до соединения вращающейся тяги 24 с диском 14 ротора 2 ТНА 12. Данная операция является завершающей перед проведением испытаний.
Осевые усилия F a рассчитываются по формуле (1) и создаются вращением силового винта 16. Передаются осевые усилия F a через подвижный узел стыковки А на ротор 2 сначала в одну, а затем в другую сторону. Величина F a измеряется динамометром 17 и контролируется по электронному табло 18.
Осевой люфт δ1 радиально-упорного подшипника 25 составляет половину величины осевых зазоров Z1, Z2, Z3, Z4. В результате действия на ротор 2 прикладываемой осевой силы F a осевые зазоры Z1, Z2, Z3, Z4 уменьшаются на сумму осевого люфта δ1 подшипника 25 и конструктивного осевого зазора δ2 между кольцом 4 и крышкой 26, что уменьшает осевые зазоры более чем в два раза. Тем самым осевые люфты в радиально-упорном подшипнике 25 и между деталями ТНА полностью исключаются.
При приложении к ротору 2 крутящего момента Мкр и осевых усилий F a должно обеспечиваться вращение ротора 2 ТНА 12. Если ротор 2 не вращается, а моментный ключ 19 проворачивается, это означает, что пригонка зазоров выполнена с ошибкой и центробежное колесо 1 заклинило о корпус 3. ТНА 12 разбирается, устраняется ошибка и проводится повторная проверка. При положительных результатах проверок ТНА допускается в дальнейшее производство.
Подвижный узел стыковки А обеспечивает передачу на ротор 2 осевых усилий F a механическим способом, не препятствуя вращению ротора 2, что достигается соединением невращающейся тяги 20 от силового винта 16 с вращающейся тягой 24 от диска 14 ротора 2 посредством радиально-упорного подшипника 22.
Таким образом, техническим результатом группы изобретений является обеспечение контроля осевых зазоров между колесом и корпусом ТНА ЛА, гарантирующих надежность работы ТНА.
Технический результат достигается тем, что контроль осевых зазоров между колесом и корпусом ТНА ЛА обеспечивается:
- приложением к вращающейся тяге от диска ротора ТНА крутящего момента Мкр, выбранного из диапазона Мкр ≤ 1,5⋅F a ⋅μ⋅d, где μ - коэффициент трения в подшипнике; d - диаметр шейки вала;
- передачей на ротор осевых усилий F a , рассчитываемых по
формуле (1), невращающейся тягой от силового винта;
- соединением невращающейся тяги от силового винта с вращающейся тягой от диска ротора ТНА в подвижном узле стыковки посредством радиально-упорного подшипника.
Предлагаемые способ и устройство могут быть осуществлены с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, они соответствуют критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание:
1. Турк, В.И. Насосы и насосные станции / В.И. Турк. - М.: Госстройиздат, 1961. - 495 с.
2. Павлович, Л.А., Точность изготовления гидравлических устройств расходных систем / Л.А. Павлович, С.Л. Александров. - М.: Машиностроение, 1986. - 72 с.
3. Пат. 2496985 RU, МПК6 F01C 21/02, F04C 18/16. Способ осевого позиционирования подшипников на шейке вала / Ваннесте Софи Крис (BE), Бернартс Барт (BE) - Заявл. 27.09.2010; опубл. 27.10.2013, Бюл. №30.
4. Пат. 159148 RU, МПК6 G01M 13/04, G01B 5/14. Устройство для измерения осевого зазора в шарнирных подшипниках / Колпецов А.К. и др. - Заявл. 27.04.2015; опубл. 10.02.2016, Бюл. №4.
5. Пат. 201464087 CN, МПК G01L 1/04. Motor transmission structure torsion testing device / Сюй Цзянчэнь и др. - Заявл. 16.06.2009; опубл. 12.05.2010.

Claims (11)

1. Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата (ТНА) летательного аппарата (ЛА), в котором обеспечение осевых зазоров осуществляется их пригонкой по размерам деталей, являющихся звеньями размерной цепи, отличающийся тем, что к ротору собранного ТНА прикладывается крутящий момент Мкр, под действием которого обеспечивается вращение ротора, нагружаемого поочередно сначала в одну, а затем в другую сторону осевыми усилиями F a , рассчитываемыми по формуле:
Figure 00000002
где С0 - максимально допустимая радиальная статическая нагрузка радиально-упорного подшипника;
K - коэффициент запаса прочности подшипника из диапазона K=5÷8;
mp - масса ротора;
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;
при этом знак плюс ставится при приложении усилия к ротору в направлении вверх, минус - вниз;
а крутящий момент Мкр выбирается из диапазона Мкр ≤ 1,5⋅F a ⋅μ⋅d,
где μ - коэффициент трения в подшипнике;
d - диаметр шейки вала.
2. Устройство для осуществления способа контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом ТНА ЛА, состоящее из рамы, включающей нижнюю, промежуточную и верхнюю плиты, соединенные между собой опорами, при этом промежуточная плита выполнена с возможностью установки в ней ТНА, а на верхнюю сторону промежуточной плиты выведен диск ротора ТНА, устройства для приложения крутящего момента, устройства для передачи осевых усилий с устройством для измерения осевых усилий с электронным табло, при этом устройство для передачи осевых усилий и электронное табло устройства для измерения осевых усилий размещены на верхней стороне верхней плиты, характеризующееся тем, что диск ротора ТНА содержит вращающуюся тягу, устройство для передачи осевых усилий содержит невращающуюся тягу, при этом вращающаяся тяга от диска ротора ТНА и невращающаяся тяга от устройства для передачи осевых усилий соединены в подвижном узле стыковки посредством радиально-упорного подшипника.
RU2019122725A 2019-07-15 2019-07-15 Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления RU2718612C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122725A RU2718612C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122725A RU2718612C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718612C1 true RU2718612C1 (ru) 2020-04-08

Family

ID=70156635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122725A RU2718612C1 (ru) 2019-07-15 2019-07-15 Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718612C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2681906A1 (fr) * 1991-09-27 1993-04-02 Renault Vehicules Ind Pompe centrifuge pour circuit de liquide de refroidissement de moteur a combustion.
US5385442A (en) * 1992-11-30 1995-01-31 Societe Europeenne De Propulsion Centrifugal pump with an open-faced impeller
US5403165A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 Societe Europeenne De Propulsion Compact high power turbopump for a rocket engine
US5427498A (en) * 1992-11-30 1995-06-27 Societe Europeenne De Propulsion High performance centrifugal pump having an open-faced impeller
RU2486371C2 (ru) * 2008-01-15 2013-06-27 Уэир Сларри Груп, Инк. Система с самоконтролем для оценки параметров и управления регулированием противоутечных устройств в динамических насосах

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2681906A1 (fr) * 1991-09-27 1993-04-02 Renault Vehicules Ind Pompe centrifuge pour circuit de liquide de refroidissement de moteur a combustion.
US5385442A (en) * 1992-11-30 1995-01-31 Societe Europeenne De Propulsion Centrifugal pump with an open-faced impeller
US5403165A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 Societe Europeenne De Propulsion Compact high power turbopump for a rocket engine
US5427498A (en) * 1992-11-30 1995-06-27 Societe Europeenne De Propulsion High performance centrifugal pump having an open-faced impeller
RU2486371C2 (ru) * 2008-01-15 2013-06-27 Уэир Сларри Груп, Инк. Система с самоконтролем для оценки параметров и управления регулированием противоутечных устройств в динамических насосах

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПАВЛОВИЧ Л.А., АЛЕКСАНДРОВ С.Л. Точность изготовления гидравлических устройств расходных систем. Москва, Машиностроение, 1986, с. 28, 29. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1242176C (zh) 具有轴承磨损指示器的回转泵
JP2008101621A (ja) ターボ機械
WO2020156089A1 (zh) 一种具有压力补偿功能的深水水泵
CN110174260B (zh) 机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置
CN203670229U (zh) 一种耐腐蚀抗干磨的磁力泵
Abu-Zeid et al. Bearing problems’ effects on the dynamic performance of pumping stations
WO2005049361A1 (en) Method and apparatus for applying dynamic loads to a locked gear train for testing power transmission components
CN108489675A (zh) 一种艉轴密封装置密封试验方法
US10634112B2 (en) Bearing module for adjusting a rotor blade angle of attack in an underwater power plant
RU2718612C1 (ru) Способ контроля осевых зазоров между центробежным колесом и корпусом турбонасосного агрегата и устройство для его осуществления
RU2460055C1 (ru) Стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей
Tamin et al. Fatigue failure analysis of a centrifugal pump shaft
CA3113070C (en) Torque-thrust chamber for horizontal pump test systems
CN203822650U (zh) 一种抗干磨的氟塑料磁力泵
RU2691414C1 (ru) Способ обеспечения герметичности турбонасосного агрегата в условиях высоких вибрационных нагрузок
Marscher Avoiding failures in centrifugal pumps
RU2358161C2 (ru) Электронасосный агрегат
Kulhanek et al. Eliminating a Rotordynamic Instability of a 12 MW Overhung, Radial Inflow Expander
CN106286316A (zh) 一种结构改进的磁力泵
EP1705380A1 (en) A slurry pump
Corcoran et al. Advances In Gas Turbine Couplings.
Krawczyk Functional verification and performance studies of the gerotor pump made of plastics
Wilkes et al. Development of a 250,000 Lb Thrust Bearing Test Rig With Experimental Results
EP4206485A1 (en) A flexible coupling with assembly deviation tolerance and longitudinal load compensation
Huebner Best Practices for Cartridge Mechanical Seal Installations