[发明专利]一种涡轮泵动态扭矩测量装置

说明书

本发明公开了一种涡轮泵动态扭矩测量装置，属于液体火箭发动机推进技术领域。所述测量装置包括用屏蔽线连接的扭矩采集模块和单片机检测控制模块，扭矩采集模块包括扭矩传感器、直流电机、蜗轮蜗杆减速器、编码器、放大器、单向轴承和联轴器；单片机检测控制模块包括电源、单片机控制面板、单片机、电压转换板、USB读写板、电机驱动板和数据存储介质。测量时，当涡轮泵进入匀速阶段后，扭矩传感器将扭矩信号转换为电信号，经过放大器和单片机处理后变为数字信号并显示；光电编码器将数据信号传递到单片机后传输到电机驱动板，以控制转速和扭矩。本发明保持扭矩传感器的输入轴精确匀速转动，无需外界提供动力，并且实现实时图表输出显示。

技术领域

本发明属于液体火箭发动机推进技术领域，具体涉及一种涡轮泵动态扭矩测量装置。

背景技术

涡轮泵作为火箭发动机推进剂供应系统中主要部件，其内部结构复杂，同时是发动机系统中唯一高速运转的组件，也是故障率最高的部件之一。

对泵压式液体火箭发动机在研制中发生的故障进行统计分析后发现，涡轮泵系统的故障占较大的比例，其中涡轮泵摩擦力矩增大和轴承损坏是涡轮泵故障中的两大主要原因。对多次启动的发动机来说，在某一次启动结束后，涡轮泵是否可以安全可靠地完成下一次启动成为研究者关注的问题。

在发动机地面试车阶段，完成一次试车之后及时测量涡轮泵状态可以排除故障隐患，避免在下一次启动试车时发生事故，同时为发动机的设计和改进提供数据支持。具体做法为：在不对发动机进行较大拆卸的基础上，通过测量涡轮泵的转动扭矩大小，来检测涡轮泵的启动扭矩和摩擦扭矩是否在合理的范围内。与正常工作状态下的数值相比，若启动扭矩和摩擦扭矩实际值有较大的偏差，则表明涡轮泵可能存在故障隐患，需要拆卸检查；若数值在正常范围内，认为涡轮泵状态正常，无需拆卸检查。

因此涡轮泵转动扭矩的大小成为判断涡轮泵是否存在故障的关键性指标；这种通过测量转动扭矩来判断故障可能性的方法成为快速检测涡轮泵状态的一种重要手段。

目前多采用扭矩扳手来测量涡轮泵的转动扭矩，其中以表盘式扭矩扳手为主。但扭矩扳手对操作要求高，可能会对扭矩测量造成干扰。因此需要能够避免人为因素干扰、测量精度高的扭矩测量设备代替传统扭矩扳手。

发明内容

针对现有扭矩测量装置在测量涡轮泵转动扭矩大小时存在的一系列问题，本发明在充分考虑维修性能、工作环境、装置重量及测量性能等各项要求的基础上，提出了一种涡轮泵动态扭矩测量装置。

所述的涡轮泵动态扭矩测量装置包括扭矩采集模块和单片机检测控制模块，扭矩采集模块和单片机检测控制模块之间采用屏蔽线进行连接。

扭矩采集模块由扭矩传感器、直流电机、蜗轮蜗杆减速器、光电编码器、放大器、单向轴承和联轴器组成。

其中，直流电机与蜗轮蜗杆减速器组成具有自锁性的减速电机，蜗轮蜗杆减速器的一端输出轴通过联轴器与扭矩传感器的一端输入轴相连，并且使用单向轴承对扭矩传感器该端输入轴进行固定，通过闭环反馈控制直流电机，保证扭矩传感器的输入轴匀速稳定转动，同时抵抗反向扭矩作用；扭矩传感器的另一端输入轴与涡轮泵的连接杆相连；蜗轮蜗杆减速器的另一端输出轴与光电编码器相连，用以测量蜗轮蜗杆减速器该端输出轴的转速和转角信息。放大器用螺钉固定在扭矩传感器保护壳上，接收来自扭矩传感器的扭矩电信号，放大至适合传输的信号，并通过屏蔽线输入到单片机检测控制模块内，由单片机检测控制模块内的元器件完成数据的进一步处理；

单片机检测控制模块由电源、单片机控制面板、单片机、电压转换板、USB读写板、电机驱动板和数据存储介质组成；