渦輪泵葉輪/轉(zhuǎn)子配合間隙對(duì)穩(wěn)定性的影響

竇　唯，葉志明，閆宇龍

（北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076）

渦輪泵葉輪/轉(zhuǎn)子配合間隙對(duì)穩(wěn)定性的影響

竇唯，葉志明，閆宇龍

（北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076）

渦輪泵是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力核心部件。渦輪泵工作時(shí)葉輪等組件隨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其松脫轉(zhuǎn)速是影響渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力穩(wěn)定性的主要因素。而確保渦輪或葉輪內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸外徑之間的工藝配合尺寸設(shè)計(jì)的合理性，就能夠?qū)⑺擅撧D(zhuǎn)速控制在安全范圍內(nèi)。以某渦輪泵為研究對(duì)象，分析了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)渦輪、葉輪過(guò)盈量大小對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的影響規(guī)律。同時(shí)，給出了最小松脫轉(zhuǎn)速下設(shè)計(jì)過(guò)盈量的大小，并在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)；渦輪、葉輪；松脫轉(zhuǎn)速

0　引言

渦輪泵是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力核心部件，渦輪和葉輪等組件是渦輪泵軸系重要組成部分。渦輪泵的設(shè)計(jì)通常是將渦輪和葉輪通過(guò)過(guò)盈配合及鍵槽固定在軸上，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)設(shè)計(jì)精度和裝配工藝要求較高。工程上渦輪、葉輪的裝配較為常用的是熱套法，裝配前，將輪盤(pán)加熱到一定溫度，使盤(pán)內(nèi)徑擴(kuò)大量大于過(guò)盈量后，裝套在軸上，等冷卻收縮后兩者就連接在一起。為了確保在運(yùn)行中連接的可靠性，其轉(zhuǎn)速受到限制，當(dāng)轉(zhuǎn)速恰好達(dá)到圓盤(pán)與軸之間徑向壓力為0時(shí)，則兩者就松脫，這個(gè)轉(zhuǎn)速稱(chēng)作最小松脫轉(zhuǎn)速[1-4]。渦輪葉輪的松脫轉(zhuǎn)速是影響渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性穩(wěn)定的主要因素。為了保證渦輪和葉輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)安全、可靠，如何設(shè)計(jì)渦輪和葉輪內(nèi)徑與軸外徑之間的過(guò)盈量大小尤為重要[5-10]。本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵為對(duì)象研究了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)渦輪和葉輪過(guò)盈量大小對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的影響，給出了最小松脫轉(zhuǎn)速下過(guò)盈量的設(shè)計(jì)原則，并開(kāi)展了試驗(yàn)研究。

1　渦輪泵軸系組成及特點(diǎn)

本文研究的渦輪泵軸系為渦輪懸臂、雙支承點(diǎn)及兩級(jí)葉輪布局在支撐兩側(cè)的形式，主要由渦輪、葉輪、誘導(dǎo)輪、動(dòng)密封、軸承、軸套及其他軸上轉(zhuǎn)動(dòng)件組成，見(jiàn)圖1所示。

圖1　渦輪泵軸系組成與支撐方式簡(jiǎn)圖Fig.1　Composition of turbopump shafting and its support system

左端組合的兩軸承安裝在同一個(gè)彈性支承座內(nèi)，軸承座與殼體的固定采用法蘭螺栓連接，轉(zhuǎn)動(dòng)件質(zhì)量分布在軸承兩側(cè)，左側(cè)渦輪懸臂較長(zhǎng)，質(zhì)量較大，葉輪與渦輪帶有復(fù)雜型面的葉片。右端組合的兩軸承也安裝在同一個(gè)彈性支承座內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)件質(zhì)量主要分布在兩軸承兩側(cè)。

為了研究渦輪葉輪裝配過(guò)盈量對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的影響，本文將分別建立渦輪與轉(zhuǎn)子、葉輪與轉(zhuǎn)子裝配部件有限元模型，計(jì)算離心力作用下組合部件的變形特性，獲得葉輪、渦輪等部件的松脫轉(zhuǎn)速或松脫臨界過(guò)盈量。

在計(jì)算各級(jí)葉輪和渦輪的松脫轉(zhuǎn)速時(shí)，分別在葉輪與軸的接觸位置給定設(shè)計(jì)的配合間隙值，給定一組不同轉(zhuǎn)速下的離心力載荷，獲得各部件在接觸面上的接觸壓強(qiáng)，根據(jù)接觸壓強(qiáng)的大小判斷葉輪與軸的接觸狀態(tài)。

葉輪、渦輪與軸的配合公差如表1所示。

表1　葉輪及渦輪配合公差Tab.1　Fit tolerance of impeller and turbine

在計(jì)算中，首先取各配合公差的極限值，即最小過(guò)盈量，驗(yàn)證在工作轉(zhuǎn)速66 000 r/min葉輪/渦輪是否發(fā)生松脫，若發(fā)生松脫，則計(jì)算出保證不松脫的臨界過(guò)盈量。

2　葉輪及渦輪松脫轉(zhuǎn)速計(jì)算

2.1一級(jí)葉輪

首先建立一級(jí)葉輪與相應(yīng)軸段的裝配模型，在有限元軟件中對(duì)接觸面的定義如圖2所示。給定一級(jí)葉輪與軸配合的實(shí)際設(shè)計(jì)精度，其中葉輪前后配合均為過(guò)盈配合。

此處將與葉輪相配合的軸段截出，實(shí)際上其余軸段對(duì)該段軸在連接面上有約束作用，因此將計(jì)算的邊界條件設(shè)置為軸段端面約束x，y及z 3個(gè)方向的線位移自由度，并對(duì)軸段和葉輪施加相同的離心力載荷，如圖3所示。

圖2　一級(jí)葉輪與軸接觸狀態(tài)定義Fig.2　Definition for contact status of first-stage impeller and shaft

圖3　一級(jí)葉輪松脫轉(zhuǎn)速計(jì)算邊界條件和離心力載荷定義Fig.3　Boundary condition setting and centrifugal load definition for calculation of first-stage impeller separate rotating speed

轉(zhuǎn)速為47 750 r/min，葉輪前接觸面過(guò)盈量-0.002mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量-0.009 mm。首先設(shè)定一級(jí)葉輪前接觸面過(guò)盈量為-0.002 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量為-0.009 mm，轉(zhuǎn)速為47 750 r/min，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析計(jì)算，配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖如圖4所示。

圖4　轉(zhuǎn)速為47 750 r/min時(shí)一級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.4　Nephogram for contact pressure intensity of fist-stage impeller at speed of 47 750 r/min

由圖4可知，一級(jí)葉輪前的接觸面積很小，處于局部接觸狀態(tài)；而葉輪后與軸段配合處壓強(qiáng)為環(huán)狀分布，最大接觸壓強(qiáng)為31.50 MPa，說(shuō)明此時(shí)軸與葉輪后接觸面仍處于接觸狀態(tài)。

轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，葉輪前接觸面過(guò)盈量-0.002 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量-0.009 mm。然后設(shè)定一級(jí)葉輪前接觸面過(guò)盈量為-0.002 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量為-0.009mm。轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析計(jì)算，配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖如圖5所示。

圖5　轉(zhuǎn)速為66 000 r/min時(shí)一級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.5　Nephogram for contact pressure intensity of fist-stage impeller at speed of 66 000 r/min

此時(shí)葉輪前接觸面與軸段配合處的壓強(qiáng)很小，葉輪后接觸面處出現(xiàn)局部壓力集中，最大值為11.27 MPa。說(shuō)明在給定的最小過(guò)盈量下，轉(zhuǎn)速為66 000 r/min時(shí)，葉輪前、后接觸面和軸已處于局部松脫狀態(tài)。

由以上的分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為66 000 r/min時(shí)，一級(jí)葉輪輪接觸面與軸段已局部松脫。以下分析將固定葉輪轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，改變前后的過(guò)盈量，研究在工作轉(zhuǎn)速下保證葉輪不松脫的臨界過(guò)盈量。

1)葉輪前接觸面配合過(guò)盈量-0.004 mm，葉輪后接觸面配合過(guò)盈量-0.012 mm，轉(zhuǎn)速為66 000 r/min。

設(shè)定轉(zhuǎn)速66 000 r/min，增大接觸的過(guò)盈量。給定一級(jí)葉輪前接觸面過(guò)盈量為-0.004 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量為-0.012 mm，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析計(jì)算，配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖如圖6所示。

圖6　前后過(guò)盈量-0.004 mm和-0.012 mm時(shí)一級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.6　Nephogram for contact pressure intensity of fist-stage impeller at interference magnitude of-0.004 mm in its front contact surface and-0.012 mm in its rear contact surface

從圖6中可以看出葉輪后接觸面最大壓強(qiáng)值為25.07 MPa，葉輪與軸的接觸面積增大，但葉輪前接觸面的接觸狀態(tài)很差，沒(méi)有全部接觸上。

2)葉輪前接觸配合過(guò)盈量-0.006 mm，葉輪后接觸面配合過(guò)盈量-0.014 mm，轉(zhuǎn)速66 000 r/min。

同樣設(shè)定一級(jí)葉輪前接觸面過(guò)盈量為-0.006 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量為-0.014 mm，轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析計(jì)算，配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖如圖7所示。

圖7　前后過(guò)盈量-0.006 mm和-0.014 mm時(shí)一級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.7　Nephogramforcontactpressureoffist-stage impelleratinterferencemagnitudeof-0.006mminitsfront contactsurfaceand-0.014mminitsrearcontactsurface

從圖7中可以看出，此時(shí)葉輪后接觸面的最大壓強(qiáng)值為39.25 MPa，葉輪與軸的接觸面積進(jìn)一步增大，葉輪前接觸面的接觸狀態(tài)也得到改善。

3)葉輪前接觸配合過(guò)盈量-0.01 mm，葉輪后接觸配合過(guò)盈量-0.02 mm，轉(zhuǎn)速66 000 r/min。

同樣給定一級(jí)葉輪前接觸面過(guò)盈量-0.01 mm，葉輪后接觸面過(guò)盈量-0.02 mm，轉(zhuǎn)速66 000 r/min，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析計(jì)算，配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖如圖8所示。

圖8　前后過(guò)盈量-0.01 mm和-0.02 mm時(shí)一級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.8 Nephogram for contact pressure of fist-stage impeller at interference magnitude of-0.01 mm in its front contact surface and-0.02 mm in its rear contact surface

從圖8中可以看出，此時(shí)葉輪后與軸段接觸處最大壓強(qiáng)值為75.07 MPa，葉輪與軸的接觸面積進(jìn)一步增大，葉輪前與軸段的接觸狀態(tài)也繼續(xù)得到改善。

將各轉(zhuǎn)速、各接觸過(guò)盈量下的一級(jí)葉輪與軸段的接觸狀態(tài)仿真結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2　一級(jí)葉輪不同轉(zhuǎn)速、過(guò)盈量下的接觸狀態(tài)結(jié)果Tab.2　Contact status of fist-stage impeller at different rotating speed and interference magnitude

由表2結(jié)果可知，在工作轉(zhuǎn)速66 000 r/min下，保證一級(jí)葉輪前接觸面不松脫的臨界過(guò)盈量為-0.006 mm，保證葉輪后接觸面不松脫的臨界過(guò)盈量為-0.012 mm。

2.2二級(jí)葉輪

同理建立二級(jí)葉輪與相應(yīng)軸段的裝配模型，定義接觸面。給定二級(jí)葉輪與軸配合的實(shí)際設(shè)計(jì)精度，其中葉輪前接觸面為間隙配合，間隙量+0.07 mm，因此計(jì)算時(shí)前接觸配合面無(wú)接觸壓強(qiáng)，葉輪后接觸面為過(guò)盈配合，過(guò)盈量最小值為-0.001 mm。文中計(jì)算了轉(zhuǎn)速47 750 r/min和66 000 r/min時(shí)葉輪接觸狀態(tài)，根據(jù)配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖分析可知：在轉(zhuǎn)速47 750 r/min時(shí)，在葉輪后接觸面上接觸壓強(qiáng)為環(huán)狀分布，最大值為35.97 MPa，說(shuō)明此時(shí)葉輪與軸處于接觸狀態(tài)。在轉(zhuǎn)速66 000 r/min時(shí)，在葉輪后接觸面上只有一處接觸，此時(shí)葉輪與軸已基本處于松脫狀態(tài)。這里只給出了66 000 r/min時(shí)的接觸壓強(qiáng)云圖如圖9所示。

圖9　轉(zhuǎn)速66 000 r/min時(shí)二級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.9　Nephogram for contact pressure intensity of second-stage impeller at speed of 66 000 r/min

由以上的分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，二級(jí)葉輪后接觸面與軸的過(guò)盈量為-0.001 mm時(shí)，葉輪輪后接觸面與軸段已基本松脫。同樣，固定葉輪轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，給定葉輪前配合間隙量為+0.07 mm，改變?nèi)~輪后的過(guò)盈量，研究在工作轉(zhuǎn)速下保證葉輪不松脫的臨界過(guò)盈量。本文研究了葉輪后接觸過(guò)盈量為-0.005 mm，-0.008 mm，-0.012nmm及-0.015 mm時(shí)轉(zhuǎn)子葉輪接觸狀態(tài)，分析配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖可知：當(dāng)過(guò)盈量為-0.005 mm時(shí)，在葉輪后接觸面上只有一處接觸，此時(shí)葉輪與軸已基本處于松脫狀態(tài)。當(dāng)過(guò)盈量為-0.008 mm時(shí)，在葉輪后接觸面的接觸面積增大，逐漸表現(xiàn)為整圈環(huán)狀接觸，此時(shí)的接觸狀態(tài)得到改善。當(dāng)過(guò)盈量為-0.012 mm時(shí)，在葉輪后接觸面的接觸面積繼續(xù)增大，接觸壓強(qiáng)增大到17.3 MPa，此時(shí)的接觸狀態(tài)得到明顯改善。當(dāng)過(guò)盈量為-0.015 mm時(shí)，接觸壓強(qiáng)增大到41.5 MPa，此時(shí)的接觸狀態(tài)良好。本文只給出了葉輪后過(guò)盈-0.012 mm時(shí)接觸壓強(qiáng)云圖如圖10所示。

圖10　轉(zhuǎn)速66 000 r/min時(shí)后過(guò)盈量-0.012 mm二級(jí)葉輪接觸壓強(qiáng)云圖Fig.10　Nephogram for contact pressure intensity of second-stage impeller in interference magnitude of -0.012mminitsrearcontactsurfaceatspeedof66000r/min

將不同轉(zhuǎn)速、不同接觸過(guò)盈量下的二級(jí)葉輪與軸段的接觸狀態(tài)仿真結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表3　不同轉(zhuǎn)速下的二級(jí)葉輪與軸段接觸狀態(tài)Tab.3　Contact status of second-stage impeller and shaft at different speed

從表3中結(jié)果可知，在工作轉(zhuǎn)速66 000 r/min下，二級(jí)葉輪后接觸面與軸不松脫的臨界過(guò)盈量為-0.008 mm。

2.3渦輪

同理渦輪與相應(yīng)軸段的裝配有限元模型，定義接觸面。給定渦輪與軸配合的實(shí)際設(shè)計(jì)精度，渦輪前后接觸均為過(guò)盈配合。計(jì)算渦輪與軸段的接觸狀態(tài)時(shí)，先按照最小過(guò)盈量渦輪前接觸面過(guò)盈量-0.009 mm，渦輪后接觸過(guò)盈量-0.002 mm計(jì)算，檢驗(yàn)在最小過(guò)盈配合下是否會(huì)發(fā)生松脫。

首先研究了轉(zhuǎn)速66 000 r/min時(shí)最小過(guò)盈配合下配合部位的接觸狀態(tài)，從接觸壓強(qiáng)云圖中可以看到，渦輪前、后的接觸面上接觸壓強(qiáng)為環(huán)狀分布，渦輪前的接觸壓強(qiáng)整體大于渦輪后，最大值為61.45 MPa，說(shuō)明此時(shí)渦輪前、后與軸均處于接觸狀態(tài)。接觸壓強(qiáng)云圖見(jiàn)圖11所示。

由以上的分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，渦輪前后接觸面與軸的設(shè)計(jì)最小過(guò)盈量時(shí)，渦輪前后接觸面與軸段接觸均良好。同樣，固定渦輪轉(zhuǎn)速為66 000 r/min，改變渦輪前后的過(guò)盈量，研究臨界過(guò)盈量設(shè)計(jì)大小。由于渦輪后接觸過(guò)盈量設(shè)計(jì)狀態(tài)為-0.002 mm，已經(jīng)足夠小，這里把后接觸過(guò)盈量設(shè)計(jì)均為-0.001 mm，改變渦輪前接觸過(guò)盈量設(shè)計(jì)狀態(tài)分別為-0.007 mm，-0.004 mm，-0.002 mm及-0.001 mm，進(jìn)而研究轉(zhuǎn)子渦輪接觸狀態(tài)，分析配合部位的接觸壓強(qiáng)云圖可知：當(dāng)渦輪前接觸過(guò)盈量為-0.007 mm時(shí)，渦輪前接觸面上接觸壓強(qiáng)保持為環(huán)狀分布，最大值為45.84 MPa，渦輪前接觸面與軸段為接觸狀態(tài)。渦輪后接觸面與軸段處于局部接觸狀態(tài)。當(dāng)渦輪前接觸過(guò)盈量為-0.004 mm時(shí)，渦輪前接觸面上接觸壓強(qiáng)仍保持為環(huán)狀分布，最大值減小為22.53 MPa，但渦輪前接觸面與軸段仍保持為接觸狀態(tài)。渦輪后接觸面與軸段處于局部接觸狀態(tài)。當(dāng)渦輪前接觸過(guò)盈量為-0.002 mm時(shí)，渦輪前接觸面上接觸壓強(qiáng)仍保持為環(huán)狀分布，最大值減小為5.88 MPa，渦輪前接觸面與軸段仍保持為接觸狀態(tài)，但接觸壓強(qiáng)已很小。渦輪后接觸面與軸段處于局部接觸狀態(tài)。接觸面積進(jìn)一步減小。當(dāng)渦輪前接觸過(guò)盈量為-0.001 mm時(shí)，渦輪前、后接觸面上接觸壓強(qiáng)均為0，說(shuō)明渦輪與軸已完全松脫。這里給出了渦輪前過(guò)盈量為-0.002 mm和-0.001時(shí)接觸壓強(qiáng)云圖如圖12和圖13所示。

圖11　轉(zhuǎn)速66 000r/min時(shí)渦輪接觸壓強(qiáng)分布云圖Fig.11　Nephogram for contact pressure intensity distribution of turbine at speed of 66 000 r/min

圖12　前后接觸過(guò)盈量為-0.002 mm和-0.001 mm時(shí)渦輪接觸壓強(qiáng)分布云圖Fig.12　Nephogram for contact pressure intensity distribution of turbine in interference magnitude of-0.002 mm in its front contact surface and -0.001 mm in its rear contact surface

圖13　前后接觸過(guò)盈量為-0.001 mm和-0.001 mm時(shí)渦輪接觸壓強(qiáng)分布云圖Fig.13　Nephogram for contact pressure intensity distribution of turbine in interference magnitude of-0.001 mm both in its front contact surface and rear contact surface

將不同轉(zhuǎn)速、不同接觸過(guò)盈量下的渦輪與軸段的接觸狀態(tài)仿真結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表4　渦輪在不同轉(zhuǎn)速、過(guò)盈量下的接觸狀態(tài)結(jié)果Tab.4　Contact status of turbine in different speed and interference magnitude

由表3結(jié)果可知，在工作轉(zhuǎn)速66 000 r/min下，設(shè)計(jì)中給定的渦輪配合過(guò)盈量可以保證渦輪與軸不松脫。此外，保證渦輪前、后接觸面不發(fā)生松脫的最小過(guò)盈量分別為-0.002 mm和-0.001 mm。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上文分析結(jié)果，在給定過(guò)盈量公差范圍內(nèi)加工制造了一套工藝轉(zhuǎn)子，在試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展了轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性試驗(yàn)。

該試驗(yàn)臺(tái)為德國(guó)申克公司產(chǎn)品，最高工作轉(zhuǎn)速可達(dá)60 000 r/min，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)特性及動(dòng)平衡等試驗(yàn)項(xiàng)目。試驗(yàn)件在試驗(yàn)臺(tái)上的安裝如圖14所示。渦輪泵軸系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電渦流徑向位移傳感器依次安裝在渦輪端密封軸套處、二級(jí)葉輪前凸肩及一級(jí)葉輪前凸肩。圖15中給出了3個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波德圖及3個(gè)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)重復(fù)性振動(dòng)數(shù)據(jù)，從圖15中可以得出所設(shè)計(jì)渦輪、葉輪等部件的間隙合理，轉(zhuǎn)子順利通過(guò)二階臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較好。驗(yàn)證了本文關(guān)于渦輪葉輪過(guò)盈量設(shè)計(jì)合理，在高轉(zhuǎn)速下工作不會(huì)出現(xiàn)松脫現(xiàn)象。

圖14　試驗(yàn)件在試驗(yàn)臺(tái)上裝配圖Fig.14　Assembly drawing of UUT on test rig

圖15　首次及重復(fù)試驗(yàn)的振動(dòng)波德圖Fig.15　Vibration Bode diagrams of the first and repeated tests

4　結(jié)論

本文針對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵轉(zhuǎn)子開(kāi)展了渦輪、葉輪與軸工藝配合間隙對(duì)渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性穩(wěn)定性研究?；谟邢拊ń⒘藴u輪、葉輪模型，分析了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)渦輪、葉輪過(guò)盈量大小對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的影響，并給出了最小松脫轉(zhuǎn)速下過(guò)盈量的設(shè)計(jì)值，在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性穩(wěn)定性試驗(yàn)研究。本文研究?jī)?nèi)容對(duì)影響渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的渦輪葉輪與軸的配合工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)具有重要意義，為進(jìn)一步研究渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力性能提供了依據(jù)。

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（編輯：馬杰）

Effect of tolerance clearance between turbine rotor and impeller in liquid-propellant rocket engine on stability

DOU Wei,YE Zhiming,YAN Yulong
（Beijing Aerospace Propulsion Institute,Beijing 100076,China）

Turbine pump is the core power component of liquid-propellant rocket engine.The separate speed of turbine and impeller is the major factor which effects the stabilityof the turbine pump rotor system.The separate speed can be controlled within a safe range when the fit dimensions of turbine,impeller and shaft are designed reasonably.Taking a certain turbopump as the research object, the effect law of interference magnitude of turbine and impeller on the running state of the turbopump rotor in high-speed rotation is analyzed in this paper.The interference magnitude value in minimum separate rotatingspeed is given and verified in testing on the basis of theoryanalysis.It is meaningful of the research to design the tolerance clearance between impeller and shaft,which can improve the stabilityofturbopump rotor system.

rocket engine;turbine;impeller;separate speed

V434.2-34

A

1672-9374(2016)04-0026-09

2015-05-24；

2016-03-21

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司重大工藝課題研究（ZDGY2013-35）

竇唯（1977—），男，博士，高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)檗D(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)及故障診斷技術(shù)