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涡轮泵故障理论概述

涡轮泵结构特殊且工作环境极端,导致其成为液体火箭发动机中最容易故障的部件之一。ca88手机版厂通过分析涡轮泵振动行为,研究异常信号、故障类型和故障成因之间的关系,并用于涡轮泵故障检测,成为了当前的一个重要研究方向。

涡轮泵结构示意图如图1所示。涡轮泵由涡轮和泵构成。涡轮泵启动后,对氧化剂和燃烧剂增压,将一部分送入推力室燃烧,产生的燃气由喷管喷出,为火箭提供推力。另一部分送入燃气发生器,产生燃气用以推动涡轮泵持续运转。

图1:涡轮泵结构示意图

涡轮泵结构示意图

涡轮泵工作环境恶劣,高温、高压和高转速等因素对其性能提出了较高的要求。在高温燃气推动下,涡轮温度高达1000K至1300K,泵则工作在20K至90K的低温。燃气挤压涡轮致其压力高达5MPa至40MPa,泵则工作在60MPa的高压下。ca88手机版所处化学环境复杂,氧化剂和燃烧剂易燃易爆且具有腐蚀性。涡轮转速高达10000rpm至90000rpm,对材料和工艺要求极高。涡轮泵的剧烈振动,来自于自身振动和外部振动。转子系统引起自身振动。外部振动源自推力室气动力或发动机辅助系统。点火阶段,不充分燃烧造成的局部冲击也会引发振动。

涡轮泵故障成因众多,表现形式各不相同。近些年学术界统计了常见的涡轮泵故障模式,如表1所示。

表1:涡轮泵常见故障模式

故障模式

发生部件

烧蚀

转子叶片

断裂

叶片、进气导管和泵诱导轮

泵爆炸

氧化剂泵

转子卡死

转子

叶片脱落

叶片

低转速

转速限制器

磨损

叶片

端面密封失效

动环和膜盒焊缝

涡轮叶冠脱落

涡轮叶冠和涡轮盖

轴承损坏

轴承

烧蚀是一种常见于转子叶片的由高温引起的故障模式,主要由氧化剂泄漏并窜入涡轮泵腔所导致。断裂是一种常发生于叶片、进气导管和泵诱导轮的故障模式。发动机每次工作时间虽然仅有百余秒,但涡轮泵转速极高,导致各部件仍会达到疲劳极限,诱发断裂。泵爆炸是一种危害巨大的故障模式,常发生于氧化剂泵,主要由液封轮装配不当和密封部件卡死造成。转子卡死主要由叶片断裂、脱落造成。叶片脱落主要由造成叶片烧蚀的高温引起。低转速的主因是转速限制器误操作。磨损的主因是由叶片或壳体变形造成的摩擦。端面密封失效的主因是材料不合理校核与装配工艺不精密。涡轮叶冠脱落的主因是涡轮盖与涡轮卫带的摩擦。ca88会员登录轴承损坏主要由高载荷、强振和摩擦引起。


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点击次数:  更新时间:2018-03-21 11:06:47  【打印此页】  【关闭