一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构的制作方法

本发明属于液体火箭发动机涡轮泵，尤其涉及一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构。

背景技术：

1、随着航天发射需求的日益增多，新一代运载火箭对发动机的性能和可靠性提出了更高的要求。涡轮泵作为液体火箭发动机的“心脏”，其综合性能在很大程度上决定了发动机的室压、推力、比冲、推重比等关键性能指标。轴承作为涡轮泵转子的支承部件，其在涡轮泵中的安装布局和冷却方案，是影响和决定涡轮泵综合性能及可靠性的关键。

2、目前，国内外氢氧发动机涡轮泵的轴承大多是液氢或液氧冷却。对氢氧膨胀循环发动机的氧涡轮泵，涡轮端轴承的冷却方案主要有两种：液氧冷却，液氢冷却。若涡轮端轴承采用液氧冷却，为有效隔离液氧和涡轮腔的气氢，就需要在轴承与涡轮盘之间布置多道密封结构，这就使得涡轮盘的悬臂较长，转子工作转速与临界转速间隔裕度偏小，可靠性较低；若涡轮端轴承采用液氢冷却，则需要从氧涡轮泵外部引入压力较高的液氢，冷却涡轮端轴承后再排入涡轮腔，这种方案虽然可以缩短涡轮端的悬臂，但会额外增加发动机系统的复杂性，并导致发动机总效率和整体可靠性降低。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，旨在满足新一代氢氧膨胀循环发动机对高性能、高可靠氧涡轮泵的需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，包括：轴头螺母、诱导轮、泵叶轮、泵端轴承、主轴、支座、轴套a、轴承预紧碟簧、气氢冷却轴承、轴承座、轴套b、涡轮盘、涡轮压紧螺母、隔离动密封装置和泵端压紧螺母；

3、泵端轴承和轴承座分别安装在支座的左右两侧；

4、气氢冷却轴承安装在轴承座内；其中，气氢冷却轴承的内圈与主轴安装配合，气氢冷却轴承的外圈与轴承座安装配合；

5、轴头螺母、诱导轮、泵叶轮、轴套a、轴套b、涡轮盘、涡轮压紧螺母和泵端压紧螺母均安装在主轴上，组成转子；转子由泵端轴承和气氢冷却轴承支承；

6、轴承座与气氢冷却轴承的外圈之间安装有轴承预紧碟簧，轴承预紧碟簧为气氢冷却轴承提供预载力，保证气氢冷却轴承正常工作；

7、隔离动密封装置安装在支座上，用于隔离泵叶轮一侧的工作介质和涡轮盘一侧的高压气氢。

8、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，诱导轮和泵叶轮安装在主轴的泵端，泵叶轮通过泵端压紧螺母限位压紧，诱导轮通过轴头螺母限位固定；轴套a、轴套b和涡轮盘安装在主轴的涡轮端；其中，轴套a和轴套b分别位于气氢冷却轴承内圈的左右两侧，涡轮盘位于轴套b的右侧；轴套a、气氢冷却轴承的内圈、轴套b和涡轮盘均通过涡轮盘压紧螺母限位固定。

9、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，主轴的右端设置有径向孔和轴向孔；径向孔和轴向孔构成的回流孔结构；轴套a上设置有与回流孔结构相对应的径向孔结构。

10、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，在转子和气氢冷却轴承工作过程中，涡轮腔内的气氢从气氢冷却轴承的右侧依次流经气氢冷却轴承、径向孔、轴向孔，最后从主轴的右端流出，气氢的流动为气氢冷却轴承提供冷却作用，保证气氢冷却轴承在高转速下能够正常工作。

11、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，气氢冷却轴承，包括：外圈、内圈、保持架和滚动体；

12、保持架设置在外圈和内圈之间；

13、保持架用于约束n个滚动体，使n个滚动体均匀分布在外圈和内圈之间；其中，n≥10。

14、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，外圈的内侧设置有内滚道和引导面；

15、引导面位于内滚道的两侧；

16、内滚道的形状、尺寸与滚动体相匹配；

17、引导面的直径与保持架的外径相匹配。

18、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，内圈的外侧设置有外滚道；外滚道的形状、尺寸与滚动体相匹配。

19、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，保持架为圆环结构，圆环上均布有n个兜孔；兜孔的尺寸与滚动体相匹配。

20、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，滚动体为球形。

21、在上述应用气氢冷却轴承的转子支承结构中，

22、外圈的材料为不锈钢；

23、内圈的材料为不锈钢；

24、保持架材料为聚酰亚胺+二硫化钼，或铜+聚四氟乙烯；

25、滚动体的材料为陶瓷或不锈钢。

26、本发明具有以下优点：

27、(1)本发明公开了一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，能够保证气氢冷却轴承具有良好的自润滑性能，发热量小，能够在常温气氢冷却条件下工作。

28、(2)本发明公开了一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，能够保证气氢冷却轴承具有良好的抗疲劳性能，能够在最高25000r/min转速下工作，单次工作时间不低于15min，累计工作次数不少于6次，总时间不少于90min。

29、(3)本发明公开了一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，可用于氢氧膨胀循环发动机的氧涡轮泵；与同类型涡轮泵相比，该转子支承结构可显著缩短涡轮盘的悬臂长度，进而提高转子的临界转速；因此转子工作转速与临界转速的间隔裕度更大，使用该转子支承结构的涡轮泵整体效率和可靠性更高。

技术特征：

1.一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，包括：轴头螺母(1)、诱导轮(2)、泵叶轮(3)、泵端轴承(4)、主轴(5)、支座(6)、轴套a(7)、轴承预紧碟簧(8)、气氢冷却轴承(9)、轴承座(10)、轴套b(11)、涡轮盘(12)、涡轮压紧螺母(13)、隔离动密封装置(14)和泵端压紧螺母(15)；

2.根据权利要求1所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，诱导轮(2)和泵叶轮(3)安装在主轴(5)的泵端，泵叶轮(3)通过泵端压紧螺母(15)限位压紧，诱导轮(2)通过轴头螺母(1)限位固定；轴套a(7)、轴套b(11)和涡轮盘(12)安装在主轴(5)的涡轮端；其中，轴套a(7)和轴套b(11)分别位于气氢冷却轴承(9)内圈的左右两侧，涡轮盘(12)位于轴套b(11)的右侧；轴套a(7)、气氢冷却轴承(9)的内圈、轴套b(11)和涡轮盘(12)均通过涡轮盘压紧螺母(13)限位固定。

3.根据权利要求2所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，主轴(5)的右端设置有径向孔(51)和轴向孔(52)；径向孔(51)和轴向孔(52)构成的回流孔结构；轴套a(7)上设置有与回流孔结构相对应的径向孔结构(71)。

4.根据权利要求3所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，在转子和气氢冷却轴承(9)工作过程中，涡轮腔内的气氢从气氢冷却轴承(9)的右侧依次流经气氢冷却轴承(9)、径向孔(51)、轴向孔(52)，最后从主轴(5)的右端流出，气氢的流动为气氢冷却轴承(9)提供冷却作用，保证气氢冷却轴承(9)在高转速下能够正常工作。

5.根据权利要求1所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，气氢冷却轴承(9)，包括：外圈(91)、内圈(92)、保持架(93)和滚动体(94)；

6.根据权利要求5所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，外圈(91)的内侧设置有内滚道(911)和引导面(912)；

7.根据权利要求5所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，内圈(92)的外侧设置有外滚道(921)；外滚道(921)的形状、尺寸与滚动体(94)相匹配。

8.根据权利要求5所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，保持架(93)为圆环结构，圆环上均布有n个兜孔(931)；兜孔(931)的尺寸与滚动体(94)相匹配。

9.根据权利要求5所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，滚动体(94)为球形。

10.根据权利要求5所述的应用气氢冷却轴承的转子支承结构，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种应用气氢冷却轴承的转子支承结构，包括：轴头螺母、诱导轮、泵叶轮、泵端轴承、主轴、支座、轴套A、轴承预紧碟簧、气氢冷却轴承、轴承座、轴套B、涡轮盘、涡轮压紧螺母、隔离动密封装置和泵端压紧螺母；泵端轴承和轴承座分别安装在支座的左右两侧；气氢冷却轴承安装在轴承座内；轴头螺母、诱导轮、泵叶轮、轴套A、轴套B、涡轮盘、涡轮压紧螺母和泵端压紧螺母安装在主轴上，组成转子；轴承座与气氢冷却轴承的外圈之间安装有轴承预紧碟簧；隔离动密封装置安装在支座上，用于隔离泵叶轮一侧的工作介质和涡轮盘一侧的高压气氢。本发明可满足新一代氢氧膨胀循环发动机对高性能、高可靠氧涡轮泵的需求。

技术研发人员：杜家磊,李铭,吴霖,姜绪强,涂霆,胡晓睿,王怡萱,郑大勇,褚宝鑫,窦唯
受保护的技术使用者：北京航天动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21