基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法技术

本申请公开了基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法，涉及涡轮泵转子位移测量领域，包括连接于涡轮泵轴端部的轴端螺钉，涡轮泵轴相对转动连接于涡轮泵壳体，位移传感器安装在涡轮泵壳体上，位移传感器相对于轴端螺钉偏心安装；轴端螺钉朝向位移传感器的端面设置有高平面和低平面，位移传感器以轴端螺钉具有高平面和低平面的端面作为测量面进行测量。可准确测量氢氧涡轮泵转子在低温环境下转子的轴向位移变化。境下转子的轴向位移变化。境下转子的轴向位移变化。

【技术实现步骤摘要】
基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法


[0001]本专利涉及基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法，能实时准确在线测量涡轮泵工作时转子窜动情况，有效解决了超低温工况下传感器标定及温度突变影响产生的数据不确定性，从而获取转子的轴向窜动量，为涡轮泵的工作健康状态提供判据。

技术介绍

[0002]随着发动机推力的提高，涡轮泵的工作压力大幅增加，作用于转子的不平衡轴向力往往会超出轴承的安全承载范围。为使轴承的轴向负荷在所有工况下控制在寿命允许的范围内，防止动静件碰磨，要求转子在一定的范围内轴向移动，通过改变平衡活塞间隙实现转子系统轴向力的自动平衡。重型氢氧发动机氢、氧主涡轮泵转子的不平衡轴向力高达千吨力以上，对轴向力平衡装置设计的准确性提出了更高的要求。由于涡轮泵内部压力分布复杂，轴向力计算存在一定的偏差。因此，需通过高精度、高可靠低温位移传感器，获取涡轮泵起动、主级及关机时转子的轴向位移变化情况，实现涡轮泵的在线健康监测。
[0003]目前氢氧涡轮泵转子位移测量方法是将位移传感器安装在涡轮泵壳体上，位移传感器探头穿过涡轮泵壳体，位移传感器探头测量端面对准涡轮泵轴端面进行测量。涡轮泵高速转动过程中，涡轮泵轴承腔内温度会有几十℃的温度变化，电涡流位移传感器一般是通过对探头线圈的输出阻抗分析来获得被测体位移量的。在超低温环境下电涡流位移传感器对温度变化十分敏感，当环境温度发生变化，会引起传感器探头内部金属和被测导体金属的电导率的变化，因而会引起位移传感器测量的准确性。
[0004]针对上述问题本专利技术旨在设计一种基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法，能够保证电涡流位移传感器在液氢、液氧真实工作环境下准确测量涡轮泵转子的轴向位移变化。

技术实现思路

[0005]本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法，可准确测量氢氧涡轮泵转子在低温环境下转子的轴向位移变化，并用于发动机试验及执行飞行任务时进行在线监测和故障预警。
[0006]本申请提供的技术方案如下：
[0007]第一方面，提供了基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，包括连接于涡轮泵轴端部的轴端螺钉，涡轮泵轴相对转动连接于涡轮泵壳体，位移传感器安装在涡轮泵壳体上，位移传感器相对于轴端螺钉偏心安装；轴端螺钉朝向唯一传感器的端面设置有高平面和低平面，位移传感器以轴端螺钉具有高平面和低平面的端面作为测量面进行测量。
[0008]所述轴端螺钉的高平面和低平面区域绕轴端螺钉的轴线依次交错分布。
[0009]所述轴端螺钉与涡轮泵轴同轴设置。
[0010]所述涡轮泵轴的端部设置有螺纹孔，轴端螺钉的一端与涡轮泵轴的端部螺纹连接，轴端螺钉周向面设置有凸环，凸环端面与涡轮泵轴的端面接触。
[0011]所述高平面和地平面直接的分界沿着轴端螺钉的径向方向。
[0012]第二方面，提供了基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量方法，根据上述任一所述的基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，包括：
[0013]启动涡轮泵和位移传感器，随着涡轮泵转子的转动，位移传感器测得实际工况下测量轴端螺钉高平面与低平面的高度差输出值
△
L(t)；
[0014]根据轴端螺钉高平面与低平面之间的实际差值h和
△
L(t)，获得低温环境变化对位移传感器输出的影响系数K(t)；
[0015]对位移传感器输出数据进行滤波，获得滤波后数据，采用K(t)对滤波后数据进行修正，获得对应时刻位移传感器与轴端螺钉高平面的实际距离。
[0016]所述K(t)＝h/
△
L(t)。
[0017]所述对位移传感器输出数据进行滤波，包括：对位移传感器输出数据进行滤波只取高平面数据、或者只取低平面数据。
[0018]所述采用K(t)对滤波后数据进行修正，包括：滤波后数据乘以K(t)。
[0019]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0020]目前，国内还无对法氢氧发动机涡轮泵工作状态下转子轴向窜动量进行有效、精确测量。
[0021]本专利技术设计的一种基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量方法，利用轴端螺钉高低位面的高度差，在涡轮转子高速旋转下每周可获取二个固定间隙差值的参考信号量值，以此修正实时采集的位移曲线、校准传感器输出值，该动态实时自校准方法不受温度变化影响，保证了位移传感器的测量精度。
附图说明
[0022]图1为轴向位移传感器装配图；
[0023]图2为轴端螺钉结构图；
[0024]图3为传感器输出曲线。
[0025]附图标号说明：
[0026]1、轴端螺钉；11、高平面；12、低平面；2、涡轮泵轴；3、涡轮泵壳体；4、位移传感器。
具体实施方式
[0027]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0028]本申请实施例公开一种基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构及方法。可应用于氢氧涡轮泵转子工作状态下轴向位移变化的测量，如附图1所示，测量结构包括：涡轮泵轴2相对转动连接于涡轮泵壳体3，涡轮泵轴2的端部同轴连接有轴端螺钉1，轴端螺钉1与涡轮泵轴2之间可以为螺纹连接，轴端螺钉1的端部设置有高平面11和低平面12，高平面11和低平面12均与涡轮泵轴2的端面平行，高平面11与低平面12之间的实际差值为已
知常量h。位移传感器4安装在涡轮泵壳体3上，传感器与涡轮泵壳体3采用法兰盘连接方式，用高强螺钉进行固定。位移传感器4相对于轴端螺钉1偏心安装，位移传感器4对准附图2中轴端螺钉1的高、低平面12区域，位移传感器4以轴端螺钉1具有高平面11和低平面12的端面作为测量面进行测量，位移传感器4端头与轴端螺钉1距离，通过调整位移传感器4壳体长度进行设计。
[0029]轴端螺钉1的高平面11和低平面12区域绕轴端螺钉1的轴线依次交错分布，高平面11和低平面12区域各设置至少一个，具体设置数量根据涡轮泵转子的转速来确定。高平面11和地平面直接的分界沿着轴端螺钉1的径向方向。涡轮泵轴2的端部设置有螺纹孔，轴端螺钉1的一端与涡轮泵轴2的端部螺纹连接，轴端螺钉1的周向凸起形成凸环，凸环端面与涡轮泵轴2的端面接触，保证了轴端螺母的被测两面与与涡轮泵轴2的端面平行。
[0030]本实施例中，轴端螺钉1平面图如附图2所示，轴端螺钉1的测量面分为4个区域，4个区域中2个对角区域为高平面11区域，另外2个对角区域为低平面12区域，高平面11与低平面12之间的高度差为h。当转子组件在运转过程中发生轴向运动时，位移传感器4探头与轴端螺钉1之间的距离发生变化，由于电涡流效应，位移传感器4输出的电压值发生变化，根据变化的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，其特征在于：包括连接于涡轮泵轴(2)端部的轴端螺钉(1)，涡轮泵轴(2)相对转动连接于涡轮泵壳体(3)，位移传感器(4)安装在涡轮泵壳体(3)上，位移传感器(4)相对于轴端螺钉(1)偏心安装；轴端螺钉(1)朝向位移传感器的端面设置有高平面(11)和低平面(12)，位移传感器(4)以轴端螺钉(1)具有高平面(11)和低平面(12)的端面作为测量面进行测量。2.根据权利要求1所述的基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，其特征在于：所述轴端螺钉(1)的高平面(11)和低平面(12)区域绕轴端螺钉(1)的轴线依次交错分布。3.根据权利要求2所述的基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，其特征在于：所述轴端螺钉(1)与涡轮泵轴(2)同轴设置。4.根据权利要求1所述的基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，其特征在于：所述涡轮泵轴(2)的端部设置有螺纹孔，轴端螺钉(1)的一端与涡轮泵轴(2)的端部螺纹连接，轴端螺钉(1)周向面设置有凸环，凸环端面与涡轮泵轴(2)的端面接触。5.根据权利要求1所述的基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量结构，其特征在于：所述高平面(11)和地平面直接的分界沿着轴端螺钉(1)的径向方向。6.基于自标定技术的超低温涡轮泵转子位移测量方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世洋，闻林元，黄克松，马兵兵，张宝金，孙纪国，崔正阳，郑孟伟，梁美慧，孟祥仁，唐浩天，管海翔，王义朝，郑颖，徐亚敏，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：