一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法

摘要

一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，包括如下步骤：步骤一、利用有限元算法对涡轮泵柔性转子进行动特性计算，并结合高速动平衡品质一致性控制方法，确定涡轮泵柔性转子高速动平衡参数和指标；步骤二、进行涡轮泵柔性转子的装配，并将涡轮泵柔性转子安装在高速动平衡机上，进行位移传感器的安装及调试；步骤三、对涡轮泵柔性转子进行去重平衡及高速动平衡效果的反复拆装一致性测试；步骤四、根据步骤一～步骤三中的测试结果，进行涡轮泵装配。本发明解决了其他高速动平衡方法及其精度无法适用于涡轮泵装配及使用条件的问题。

权利要求

1.一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用有限元算法对涡轮泵柔性转子进行动特性计算，并结合高速动平衡品质一致性控制方法，确定涡轮泵柔性转子高速动平衡参数和指标；

步骤二、进行涡轮泵柔性转子的装配，并将涡轮泵柔性转子安装在高速动平衡机上，进行位移传感器的安装及调试；

步骤三、对涡轮泵柔性转子进行去重平衡及高速动平衡效果的反复拆装一致性测试；

步骤四、根据步骤一～步骤三中的测试结果，进行涡轮泵装配；

所述步骤一的具体步骤如下：

步骤1.1：采用有限元算法对涡轮泵柔性转子进行动特性计算，确定涡轮泵柔性转子的一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，三阶临界转速ω3；选择满足ω2<0.8×ωmax的高速动平衡机，其中，ωmax为高速动平衡机最高平衡转速；根据一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，以及涡轮泵工作转速ωn，确定涡轮泵柔性转子需要平衡的转速区间；

步骤1.2：根据涡轮泵转子不平衡响应及振动的仿真结果，确定高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg；

根据涡轮泵柔性转子的转速、振动参数计算轴承的运转发热功率W，确定高速动平衡冷却润滑油温度T冷、压力P冷和流量m冷的取值范围；根据涡轮泵柔性转子高速动平衡时的升速率，确定高速动平衡机内真空度P真空取值范围；

步骤1.3：利用高速动平衡品质一致性控制方法，确定该涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性的平衡品质控制参数指标，包括各级集中质量圆盘的外圆跳动量P、轴系拧紧力矩T以及转子与动平衡机的对中度U；

步骤1.4：根据涡轮泵转子的集中质量圆盘的材料、尺寸、在轴上的位置分布，制定振动位移测量方式，选择位移传感器型号；根据涡轮泵柔性转子弹性支承结构的材料、尺寸以及轴承的形式，制定弹性支承应力及轴承温度测量方式，确定温度传感器型号；

步骤1.5：根据涡轮泵柔性转子动特性仿真的瞬态、稳态不平衡响应结果，确定涡轮泵高速动平衡振动位移指标上限A，并确定涡轮泵柔性转子反复拆装后的振动位移指标上限n×A中n的取值，再根据涡轮泵柔性转子动特性仿真结果中的轴系振型确定去重平面位置。

2.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤如下：步骤2.1：按步骤1.3中确定的各个集中质量圆盘位置的跳动量P、柔性转子轴系螺母的压紧力矩T的参数要求，进行涡轮泵柔性转子的装配；

步骤2.2：按步骤1.2中确定的高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg以及步骤1.3中确定的一致性控制参数涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接对中度U的参数要求，将涡轮泵柔性转子安装在高速动平衡机上；

步骤2.3：根据步骤一中有限元动特性仿真计算结果，并根据步骤1.4中确定的位移测量方式和传感器的类型，进行高速动平衡位移传感器的安装及调试，并确定位移传感器与集中质量圆盘的间隙上限、间隙下限。

3.根据权利要求2所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤如下：步骤3.1：启动高速动平衡机，将涡轮泵柔性转子连续升速，采集振动位移数据并实时观测，若涡轮泵柔性转子振动位移≥400μm，则立即停机，否则将涡轮泵柔性转子连续升速至涡轮泵工作转速ωn后停机；

步骤3.2：在步骤1.5中确定的去重平面及去重区内进行试重，将涡轮泵柔性转子升速运转至涡轮泵工作转速ωn后停机；根据振动位移数据采集结果利用多平面影响系数法，计算获得不平衡矢量计算；

步骤3.3：根据步骤3.2的计算结果，在各去重平面进行配重；而后将涡轮泵柔性转子重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则配重成功，进入步骤3.4；否则返回至步骤3.2；

步骤3.4：根据配重量，在相应去重平面上，在配重相位180°的位置，对涡轮泵柔性转子进行去重，称量去重量，当去重量≈80％配重量时，停止去重，并拆下配重；

步骤3.5：对涡轮泵柔性转子重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则去重成功，进入步骤3.6，否则继续增加去重量，直至振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A；

步骤3.6：将涡轮泵柔性转子从高速动平衡机上拆解下来，并拆卸涡轮泵柔性转子，然后重复步骤二；

步骤3.7：对涡轮泵柔性转子再次进行升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤

1.5中确定的反复拆装后的振动位移指标上限n×A，则进入步骤四，否则回到步骤3.2。

4.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述涡轮泵柔性转子各零件包括转轴、诱导轮、离心轮、涡轮、轴套、压紧螺母、垫片、轴承、支承，其中外径尺寸>2.5倍轴外径的回转体结构为集中质量圆盘。

5.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤1.1中涡轮泵柔性转子需要平衡的转速区间为(0.75ω1～1.25ω1)U(0.7ω2～1.3ω2)U(0.9ωn～ωn)。

6.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤1.2中高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg满足Tb≥Tgb≥Tg。

7.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤1.2中高速动平衡冷却润滑油压力P冷不小于0.1MPa。

8.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述步骤1.2中高速动平衡冷却润滑油流量m冷不小于3L/min。

9.根据权利要求1所述的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，其特征在于，所述n的取值范围为1.1～1.3。

说明书

一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高速动平衡方法，特别涉及一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法。

背景技术

[0002] 涡轮泵是液体发动机输送推进剂的关键组件，其运行状态直接影响发动机可靠性、安全性。特别是氢氧发动机涡轮泵的工作转速较高，常采用工作在一、二阶甚至二、三阶临界转速之间的柔性转子。高转速给涡轮泵转子的平稳工作带来了挑战，必须采用高速动平衡工艺对其进行平衡，以使转子在全转速范围内运转平稳，转子振幅处于设计允许范围内。对于工作转速较高的涡轮泵转子来说(>40000r/min)，由于高转速带来的过临界振动问题给高速动平衡的平衡精度乃至整个工艺方法，以及平衡系统和柔性转子的安全性等提出了更高的要求。液体火箭发动机服役对象(运载火箭)的高成本特点和高稳定性要求，使得对其质量控制非常严苛。涡轮泵柔性转子通常包括了转轴、诱导轮、离心轮、涡轮、轴套、压紧螺母、垫片、轴承、支承等零部件，而涡轮泵的整体结构特点决定了其转子在高速动平衡后，需要将柔性转子分解为零件状态，才能与涡轮泵壳体进行最后的总装。在上述特点的约束下，涡轮泵的高速动平衡工艺方法，应既能保证严苛的平衡品质要求，同时保证柔性转子分解-装配后平衡品质一致性的控制精度，又能满足发动机产品日益提升的交付效率要求。为了保证转子的平衡品质和平衡效率，必须对高速动平衡技术体系和工艺流程进行改善和优化。在本发明前，高速动平衡技术在国内液体火箭发动机领域尚属空白，国内其他领域高速动平衡方法存在的主要问题有：1)平衡品质要求相对较低；2)平衡效果在分解-装配后明显下降；3)各台次间的平衡品质的一致性差，平衡技术要求不固化。难以适用于低温液体火箭发动机涡轮泵的装配及使用。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，平衡品质高，平衡效果一致性好，不受轴系结构反复装配-分解的影响，平衡品质控制优，各台次涡轮泵平衡效果水平接近、散差小，解决了其他高速动平衡方法及其精度无法适用于涡轮泵装配及使用条件的问题。

[0004] 本发明的技术解决方案是：一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，包括如下步骤：

[0005] 步骤一、利用有限元算法对涡轮泵柔性转子进行动特性计算，并结合高速动平衡品质一致性控制方法，确定涡轮泵柔性转子高速动平衡参数和指标；

[0006] 步骤二、进行涡轮泵柔性转子的装配，并将涡轮泵柔性转子安装在高速动平衡机上，进行位移传感器的安装及调试；

[0007] 步骤三、对涡轮泵柔性转子进行去重平衡及高速动平衡效果的反复拆装一致性测试；

[0008] 步骤四、根据步骤一～步骤三中的测试结果，进行涡轮泵装配。

[0009] 所述步骤一的具体步骤如下：

[0010] 步骤1.1：采用有限元算法对涡轮泵柔性转子进行动特性计算，确定涡轮泵柔性转子的一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，三阶临界转速ω3；选择满足ω2<0.8×ωmax的高速动平衡机，其中，ωmax为高速动平衡机最高平衡转速；根据一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，以及涡轮泵工作转速ωn，确定涡轮泵柔性转子需要平衡的转速区间；

[0011] 步骤1.2：根据涡轮泵转子不平衡响应及振动的仿真结果，确定高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg；根据涡轮泵柔性转子的转速、振动参数计算轴承的运转发热功率W，确定高速动平衡冷却润滑油温度T冷、压力P冷和流量m冷的取值范围；根据涡轮泵柔性转子高速动平衡时的升速率，确定高速动平衡机内真空度P真空取值范围；

[0012] 步骤1.3：利用高速动平衡品质一致性控制方法，确定该型号涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性的平衡品质控制参数指标，包括各级集中质量圆盘的外圆跳动量P、轴系拧紧力矩T以及转子与动平衡机的对中度U；

[0013] 步骤1.4：根据涡轮泵转子的集中质量圆盘的材料、尺寸、在轴上的位置分布，制定振动位移测量方式，选择位移传感器型号；根据涡轮泵柔性转子弹性支承结构的材料、尺寸以及轴承的形式，制定弹性支承应力及轴承温度测量方式，确定温度传感器型号；

[0014] 步骤1.5：根据涡轮泵柔性转子动特性仿真的瞬态、稳态不平衡响应结果，确定涡轮泵高速动平衡振动位移指标上限A，并确定涡轮泵柔性转子反复拆装后的振动位移指标上限n×A中n的取值，再根据涡轮泵柔性转子动特性仿真结中的轴系振型确定去重平面位置。

[0015] 所述步骤二的具体步骤如下：

[0016] 步骤2.1：按步骤1.3中确定的各个集中质量圆盘位置的跳动量P、柔性转子轴系螺母的压紧力矩T的参数要求，进行涡轮泵柔性转子的装配；

[0017] 步骤2.2：按步骤1.2中确定的高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg以及步骤1.3中确定的一致性控制参数涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接对中度U的参数要求，将涡轮泵柔性转子安装在高速动平衡机上；

[0018] 步骤2.3：根据步骤一中有限元动特性仿真计算结果，并根据步骤1.4中确定的位移测量方式和传感器的类型，进行高速动平衡位移传感器的安装及调试，并确定位移传感器与集中质量圆盘的间隙上限、间隙下限。

[0019] 所述步骤三的具体步骤如下：

[0020] 步骤3.1：启动高速动平衡机，将涡轮泵柔性转子连续升速，采集振动位移数据并实时观测，若涡轮泵柔性转子振动位移≥400μm，则立即停机，否则将涡轮泵柔性转子连续升速至涡轮泵工作转速ωn后停机；

[0021] 步骤3.2：在步骤1.5中确定的去重平面及去重区内进行试重，将涡轮泵柔性转子升速运转至涡轮泵工作转速ωn后停机；根据振动位移数据采集结果利用多平面影响系数法，计算获得不平衡矢量计算；

[0022] 步骤3.3：根据步骤3.2的计算结果，在各去重平面进行配重；而后将涡轮泵柔性转子重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则配重成功，进入步骤3.4；否则返回至步骤3.2；

[0023] 步骤3.4：根据配重量，在相应去重平面上，在配重相位180°的位置，对涡轮泵柔性转子进行去重，称量去重量，当去重量≈80％配重量时，停止去重，并拆下配重；

[0024] 步骤3.5：对涡轮泵柔性转子重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则去重成功，进入步骤3.6，否则继续增加去重量，直至振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A；

[0025] 步骤3.6：将涡轮泵柔性转子从高速动平衡机上拆解下来，并拆卸涡轮泵柔性转子，然后重复步骤二；

[0026] 步骤3.7：对涡轮泵柔性转子再次进行升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的反复拆装后的振动位移指标上限n×A，则进入步骤四，否则回到步骤3.2。

[0027] 所述涡轮泵柔性转子各零件包括转轴、诱导轮、离心轮、涡轮、轴套、压紧螺母、垫片、轴承、支承，其，中外径尺寸>2.5倍轴外径的回转体结构为集中质量圆盘。

[0028] 所述步骤1.1中涡轮泵柔性转子需要平衡的转速区间为(0.75ω1～1.25ω1)U(0.7ω2～1.3ω2)U(0.9ωn～ωn)。

[0029] 所述步骤1.2中高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg满足Tb≥Tgb≥Tg。

[0030] 所述步骤1.2中高速动平衡冷却润滑油压力P冷不小于0.1MPa。

[0031] 所述步骤1.2中高速动平衡冷却润滑油流量m冷不小于3L/min。

[0032] 所述n的取值范围为1.1～1.3。

[0033] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0034] (1)本发明的方法平衡品质高。通过对高速动平衡参数的理论计算和优化，对具体转子产品结构特点的分析，可使涡轮泵产品在高速动平衡后通过临界转速处的位移水平控制在100μm以下。满足高转速的液体火箭发动机涡轮泵的试车振动水平要求。

[0035] (2)本发明的方法平衡效果不受涡轮泵转子装配-分解的影响。通过高速动平衡效果一致性控制技术，达到平衡后转子在多次反复装配后仍然能够保证振动位移水平在120μm以下，远远优于300μm以上的行业水准。

[0036] (3)本发明的方法平衡品质一致性好。运用本专利技术进行高速动平衡后，各台次涡轮泵产品的振动位移水平相当，散差控制优势明显。避免了各台次之间振动水平差距过大的弊端。

[0037] (4)本发明的方法高速动平衡参数易固化。本专利技术强调在高速动平衡之前，需从理论与试验角度对高速动平衡参数及其平衡对象参数进行量化分析，得到量化的平衡参数，从而较容易实现高速动平衡流程的固化，有利于涡轮泵产品的平衡品质保证。

附图说明

[0038] 图1为本发明的高速动平衡方法准备阶段流程图；

[0039] 图2为本发明的高速动平衡方法流程图。

具体实施方式

[0040] 一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，要求在高速动平衡前，需通过理论与试验分析对特定结构转子的高速动平衡工艺技术、标准和规范进行深入研究和制定，确定适合的高速动平衡工艺方法。同时在高速动平衡准备阶段，需按图1对转子结构进行分析，计算轴系配合间隙，涡轮泵转子动特性计算，设计标准转子以确定平衡能力和平衡参数。特别是对涡轮泵柔性转子进行高速动平衡时，工艺流程应严格按照本发明图2所述的高速动平衡前准备、装配及调试、去重平衡及反复拆装一致性测试、和涡轮泵装配，共四个步骤进行。

[0041] 本发明提供的一种满足火箭发动机涡轮泵装配及使用的高速动平衡方法，具体包括以下步骤：

[0042] 步骤一、平衡前准备。这一步骤进行高速动平衡前的理论计算与平衡准备工作。根据转子结构及特点，运用有限元仿真计算和试验结合的方式，确定涡轮泵柔性转子高速动平衡参数和指标。

[0043] 步骤1.1：采用有限元算法对涡轮泵组合柔性转子进行动特性计算，确定转子的一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，三阶临界转速ω3，高速动平衡机最高平衡转速ωmax，对于工作在二、三阶临界转速之间的涡轮泵，判断ω2<0.8×ωmax，如果是，则继续；如果否，则不能用该动平衡机进行该涡轮泵转子的高速动平衡。根据一阶临界转速ω1，二阶临界转速ω2，以及涡轮泵工作转速ωn，确定需要的平衡转速区间(0.75ω1～1.25ω1)U(0.7ω2～1.3ω2)U(0.9ωn～ωn)；

[0044] 步骤1.2：根据涡轮泵转子不平衡响应及振动的仿真结果，确定高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg，根据转速、振动等参数计算轴承的运转发热功率W，进一步确定高速动平衡冷却润滑油温度T冷、压力P冷和流量m冷工艺参数标准，根据转子升速过程加速性，确定高速动平衡机内真空度P真空参数标准；高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg满足Tb≥Tgb≥Tg。高速动平衡冷却润滑油压力P冷不小于0.1MPa。高速动平衡冷却润滑油流量m冷不小于3L/min。

[0045] 步骤1.3：用同型号涡轮泵工艺转子，应用高速动平衡品质一致性控制方法，进行一致性控制参数确认试验，确定该型号涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性的平衡品质控制参数指标，包括各级泵叶轮、涡轮以及连接法兰等集中质量圆盘的外圆跳动量P、轴系拧紧力矩T以及转子与动平衡机的对中度U；

[0046] 步骤1.4：确认高速动平衡的具体技术要求，根据涡轮泵转子的集中质量圆盘的材料、尺寸、在轴上的位置分布，制定振动位移测量方式，选择位移传感器型号；根据涡轮泵支承结构的材料、尺寸以及轴承的形式，制定弹性支承应力及轴承温度测量方式，确定温度传感器型号，最终形成具体的高速动平衡测量测试方案；

[0047] 步骤1.5：按步骤1.1到步骤1.4确定相应参数及子方案后，根据涡轮泵柔性转子动特性仿真的瞬态、稳态不平衡响应结果，确定涡轮泵高速动平衡振动位移指标上限A，并确定涡轮泵柔性转子反复拆装后的振动位移指标上限n×A(n＝1.1～1.3，根据转子的一致性试验情况，动特性计算情况综合选取，当动特性计算中不同装配间隙下转子响应相差1倍以上时，n应去较大值，相差20％以下时，n应去较小值)。确定位移指标后，再根据仿真计算轴系振型确定去重平面位置。最终制定出针对该型涡轮泵组合柔性转子的高速动平衡技术规范；

[0048] 步骤二、装配及调试。这一步骤进行涡轮泵柔性转子的装配、涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接调试，以及测试系统的安装及调试。

[0049] 步骤2.1：涡轮泵柔性转子装配。将涡轮泵转子从零件状态装配为柔性转子状态，装配过程中按步骤一确定的高速动平衡效果一致性平衡品质控制参数项目及标准，对涡轮泵柔性转子的各个集中质量圆盘位置的跳动量P，柔性转子轴系螺母的压紧力矩T，进行精确控制。

[0050] 步骤2.2：柔性转子装配好后，进行转子与高速动平衡机的连接及调试工作，此步应严格按照步骤一中确定的高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg的关键工艺参数标准，以及一致性控制参数涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接对中度U，进行精确控制。其中转接工装的主要作用为涡轮泵转子支承与高速动平衡机摆架的过渡装置，将涡轮泵转子支承结构的力传递到高速动平衡机摆架上，同时也具有振动位移测量、轴承温度测量、弹性支承应力测量等接口功能。

[0051] 步骤2.3：进行高速动平衡位移传感器的安装及调试，安装前需根据步骤一中有限元仿真计算结果，并根据步骤1.5中确定的技术规范，制定好位移传感器与集中质量圆盘的间隙上下限，在安装及调试时，缓慢旋转转子，根据电压返回值调试并确定安装间隙；位移传感器与集中质量圆盘的安装间隙，应在仿真计算振动位移量的基础上留两倍以上的裕度，即位移传感器与集中质量圆盘的安装间隙≥2×仿真计算不平衡响应的振动位移量；

[0052] 步骤三、高速动平衡操作。这一步骤进行涡轮泵柔性转子振动数据的采集测试、柔性转子动平衡工艺(试重、配重、去重)及高速动平衡效果的反复拆装一致性测试。

[0053] 步骤3.1：启动高速动平衡机后，将涡轮泵柔性转子连续升速，将步骤二中位移传感器采集的振动位移数据处理为Bode图实时观测，若涡轮泵柔性转子振动位移≥400μm，则立即停机，避免高速动平衡机联接装置损坏。否则，连续升速至涡轮泵工作转速ωn，并停机。

[0054] 步骤3.2：在步骤1.5中确定的去重平面及去重区内进行试重，再次升速运转至涡轮泵工作转速ωn，并停机；根据采集结果利用多平面影响系数法，计算获得不平衡矢量计算；

[0055] 步骤3.3：根据计算结果，在各去重平面进行配重。而后重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则配重成功，进入步骤3.4；否则回到步骤3.2；

[0056] 步骤3.4：根据配重量，在相应去重平面上，在配重相位180°的位置，对涡轮泵柔性转子进行去重，称量去重量，当去重量≈80％配重量时，停止去重，并拆下配重；

[0057] 步骤3.5：重新升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A，则去重成功，进入步骤3.6，否则继续去重，使去重量增加10％，再次运转，重复(每次在原去重量基础上每次增加10％)直至振动位移全程小于步骤1.5中确定的振动位移指标上限A；

[0058] 步骤3.6：对涡轮泵柔性转子从高速动平衡机上拆解下来，并将涡轮泵柔性转子分解至零件状态(离心轮、涡轮盘、诱导轮、转轴、轴套、压紧螺母等)，然后重复步骤二；

[0059] 步骤3.7：对涡轮泵柔性转子再次进行升速，若涡轮泵柔性转子振动位移全程小于步骤1.5中确定的反复拆装后的振动位移指标上限n×A，则进入步骤四，否则回到步骤3.2。

[0060] 步骤四、根据步骤一～步骤三中的测试结果，进行涡轮泵装配。

[0061] 步骤1.3的涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性控制方法，包括如下步骤：

[0062] 步骤一、装配涡轮泵组合转子，找到涡轮泵组合转子的泵叶轮、涡轮以及连接法兰等集中质量圆盘的外圆跳动量最小值P0,i，并对涡轮组合转子的各零件的角向相对位置进行划线标记；下标0表示外圆跳动量初始最小值，i表示第i个集中质量圆盘，对任意涡轮泵组合转子，i＝1，2，…，n，n为正整数；所述步骤一中集中质量圆盘的外圆跳动量最小值P0,i不大于0.05mm。

[0063] 步骤二、在步骤一确定的外圆跳动量最小值状态下，进行高速动平衡试验，获取转子的振动位移A0；

[0064] 步骤三、拆卸涡轮泵组合转子，各零件不按照划线进行重新装配，仍控制涡轮泵组合转子泵叶轮、涡轮以及连接法兰等集中质量圆盘的外圆跳动量至步骤一中外圆跳动量最小值状态，进行高速动平衡试验，记录转子振动位移A1；若A1>1.2A0，则涡轮泵组合转子在高速动平衡时需按步骤一中的划线装配；否则，涡轮泵组合转子在高速动平衡时不需要按步骤一中的划线装配；

[0065] 步骤四、涡轮泵组合转子重新装配，增大第1个集中质量圆盘的外圆跳动量P0,1至Pj,1，保持其他集中质量圆盘的外圆跳动量为P0,2，P0,3，…，P0,n，进行高速动平衡试验，获取转子振动位移Aj+1,1；j为正整数；

[0066] 步骤五、j＝j+1，重复步骤四，直至转子振动位移Aj+1,1>1.2A0，则此时确定出用于保证转子高速动平衡品质一致性的第1个集中质量圆盘的外圆跳动量上限Pj+1,1；

[0067] 步骤六、保持调整后的前i-1个集中质量圆盘的外圆跳动量不变，增大第i个集中质量圆盘的跳动量P0,i至Pj,i，保持第i+1至第n个集中质量圆盘的外圆跳动量为P0,i+1，…，P0,n，进行高速动平衡试验，获取转子振动位移Aj+1,i；

[0068] 步骤七、j＝j+1，重复步骤六，直至转子振动位移Aj+1,i>1.2A0，则此时确定出用于保证转子高速动平衡品质一致性的第i个集中质量圆盘的外圆跳动量上限Pj+1,i；i＝i+1，当i>n时，进入步骤八，否则返回步骤六；

[0069] 所述步骤四至步骤七中，集中质量圆盘的外圆跳动量的调整步长不大于0.005mm。

[0070] 步骤八、如果涡轮泵组合转子为工作在一阶临界转速与二阶临界转速之间的转子，进入步骤十五；如果涡轮泵组合转子为工作在二阶临界转速以上的转子，进入步骤九；

[0071] 步骤九、按照步骤一中涡轮泵组合转子泵叶轮、涡轮以及连接法兰处的外圆跳动量最小值P0i、轴系拧紧力矩T0对涡轮泵组合转子重新装配并进行高速动平衡试验，获取转子的振动位移AT0；所述步骤九中涡轮泵组合转子轴系拧紧力矩T0＝7.5×螺纹大径。

[0072] 步骤十、减小轴系拧紧力矩T0至Tk，进行高速动平衡试验，获取转子振动位移ATk，k为正整数；

[0073] 步骤十一、k＝k+1，重复步骤十，直至转子振动位移ATk>1.2AT0，则此时确定出用于保证转子高速动平衡品质一致性的轴系拧紧力矩下限Tk+1；所述步骤十或步骤十一中，涡轮泵组合转子轴系拧紧力矩Tk的调整步长不大于T0/100。

[0074] 步骤十二、按照步骤一中涡轮泵组合转子泵叶轮、涡轮以及连接法兰处的外圆跳动量最小值P0i、轴系拧紧力矩T0、转子对中度U0对涡轮泵组合转子重新装配并进行高速动平衡试验，获取转子的振动位移AU0；所述步骤十二中，涡轮泵组合转子的转子对中度U0不大于轴径/600。

[0075] 步骤十三、增大转子对中度U0至Um，进行高速动平衡试验，获取转子振动位移AUm，m为正整数；

[0076] 步骤十四、m＝m+1，重复步骤十三，直至转子振动位移AUm>1.2AU0，则此时确定出用于保证转子高速动平衡品质一致性的转子对中度上限Um+1；进入步骤十六；所述步骤十三或步骤十四中，涡轮泵组合转子的转子对中度Um的调整步长不大于0.005mm。

[0077] 步骤十五、在转子高速动平衡及涡轮泵总装时，根据步骤一确定的划线、最终获得的集中质量圆盘外圆跳动量上限进行涡轮泵组合转子装配，方法结束；

[0078] 步骤十六、在转子高速动平衡及涡轮泵总装时，根据步骤一确定的划线、最终获得的集中质量圆盘外圆跳动量上限、轴系拧紧力矩下限、转子对中度上限进行涡轮泵组合转子装配。

[0079] 实施例1：

[0080] 目前应用该发明进行高速动平衡的涡轮泵转子中，其中一个涡轮泵转子为涡轮驱动的两级离心泵结构，为工作在二阶临界转速与三阶临界转速之间的柔性转子，高速动平衡时，其轴系上集中质量圆盘共4个：一级离心轮、二级离心轮、涡轮盘、轴系连接法兰。该型涡轮泵转子应用本发明进行高速动平衡的步骤如下：

[0081] 步骤一、平衡前准备。这一步骤进行高速动平衡前的理论计算与平衡准备工作。根据转子结构及特点，运用有限元仿真计算和试验结合的方式，确定涡轮泵柔性转子高速动平衡参数和指标。

[0082] 步骤1.1：采用有限元算法对该型柔性转子进行动特性计算，确定转子的一阶临界转速ω1＝17000rpm，二阶临界转速ω2＝31000rpm，三阶临界转速ω3＝80000rpm，而1号高速动平衡机最高平衡转速ωmax1＝38000rpm。该型转子为工作在二、三阶临界转速之间的涡轮泵转子，对于1号高速动平衡机，判断转子二阶临界转速ω2＝31000rpm>0.8×ωmax1＝30400rpm，则不能用该动平衡机进行该涡轮泵转子的高速动平衡。2号高速动平衡机最高平衡转速ωmax2＝60000rpm，判断转子二阶临界转速ω2＝31000rpm<0.8×ωmax2＝48000rpm，则确定可以使用2号高速动平衡机进行高速动平衡。同时根据该转子一阶临界转速ω1＝
17000rpm，二阶临界转速ω2＝31000rpm，以及其实际工作转速ωn＝46000rpm，确定出需要平衡的转速区间为(12750～21250)U(21700～40300)U(41400～46000)rpm；

[0083] 步骤1.2：根据涡轮泵转子不平衡响应及振动情况的仿真结果，确定高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb＝180N·m、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb＝100N·m、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg＝100N·m；同时依据最高平衡转速46000rpm、轴承处振动位移50μm，计算出单个轴承的运转发热功率W＝5kW，进一步确定高速动平衡所需的冷却润滑油温度T冷≤38℃、压力P冷＝0.5MPa和流量m冷≥6L/min的工艺参数标准，根据转子高速动平衡升速过程中的加速性1000rpm/s，确定高速动平衡机内真空度P真空≤100Pa的参数标准；

[0084] 步骤1.3：利用同型号的涡轮泵工艺转子，应用高速动平衡品质一致性控制方法，进行一致性控制参数确认试验，确定出了该型号涡轮泵柔性转子高速动平衡品质一致性的平衡品质控制参数指标：高速动平衡及涡轮泵总装时a)应按柔性转子上的零件划线装配；b)一级离心轮、二级离心轮、涡轮、转接法兰的外圆跳动量应分别满足P1<0.075mm、P2<
0.065mm，P3<0.085mm，P4<0.05mm；c)轴系拧紧力矩T应>135N·m、转子对中度U应<0.07mm；

[0085] 步骤1.4：确认高速动平衡的具体技术要求，涡轮泵转子的集中质量圆盘的材料为钛合金、圆周外廓尺寸在130mm～150mm水平，转速46000rpm，动平衡前一级离心轮的振动位移最大水平可达到400μm，据此确定振动位移测量方式为非接触式测量，位移传感器型号为电涡流式位移传感器，直径Φ10，传感器探头长110mm，并在使用前按钛合金曲面材料进行标校；涡轮泵转子的支承结构材料为高温合金钢，支承外廓尺寸在90mm水平，局部结构尺寸最小为4mm，据此制定弹性支承的应力测量方式为应变片测量方式；轴承结构形式为成对使用角接触球轴承，因此轴承温度测量方式需采用接触式焊接热电偶温度传感器方式，测量位置为轴承外圈。上述综合形成该型涡轮泵转子具体的高速动平衡测量测试方案；

[0086] 步骤1.5：结合转子动特性仿真计算结果，目标使涡轮转子在工作时同步响应振动量级控制在4g以下，需要高速动平衡后振动位移≤150μm，据此确定出涡轮泵高速动平衡振动位移指标<100μm，并根据转子动特性计算情况和在步骤1.3中的一致性试验情况综合选取一致性放大系数n＝1.2，确定出一致性测试指标<120μm。确定位移指标后，根据轴系振型确定去重平面位置为泵端：一级离心轮前盖板，涡轮端：涡轮盘二级盘外端面。按步骤1.1到步骤1.4确定的相关参数及方案，制定出针对该型涡轮泵组合柔性转子的高速动平衡技术规范，对确定的上述量化要求实行表格化控制；

[0087] 步骤二、装配及调试。进行涡轮泵柔性转子的装配、涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接调试，以及测试系统的安装及调试。

[0088] 步骤2.1：将涡轮泵转子从零件状态装配为柔性转子状态，装配过程中按步骤一中确定的高速动平衡效果一致性平衡品质控制参数项目及标准，严格保证：a)按柔性转子上的零件划线装配；b)一级离心轮、二级离心轮、涡轮、转接法兰的外圆跳动量P1<0.075mm、P2<0.065mm，P3<0.085mm，P4<0.05mm；c)涡轮泵转子轴系拧紧力矩T>135N·m。

[0089] 步骤2.2：进行转子与高速动平衡机的连接及调试，过程严格按照步骤一中确定的高速动平衡机摆架地角螺栓的拧紧力矩Tb＝150N·m、转接工装与摆架的螺栓连接力矩Tgb＝120N·m、转接工装自身的螺栓力矩标准Tg＝120N·m的关键工艺参数标准，并严格保证涡轮泵柔性转子与高速动平衡机的连接对中度U<0.07mm。

[0090] 步骤2.3：进行高速动平衡位移传感器的安装及调试，根据步骤一中有限元仿真计算结果，该型涡轮泵转子的径向振动位移最大达到400μm(0.4mm)，考虑一定安全裕度，并根据步骤1.4中确定的传感器型号，制定出位移传感器与集中质量圆盘的间隙区间(1.1mm～1.4mm)，安装后及调试时，缓慢旋转转子，结合电压返回值调试(9.3mV～11.8mV)，确定安装间隙1.2mm；

[0091] 步骤三、去重平衡操作及反复拆装一致性测试。进行涡轮泵柔性转子振动数据的采集测试、动平衡工艺(试重、配重、去重)及高速动平衡效果的反复拆装一致性测试。

[0092] 步骤3.1：启动高速动平衡机后，将涡轮泵柔性转子连续升速，升速率控制在800～1000rpm/s，将步骤2.3中位移传感器采集的振动位移数据处理为Bode图实时观测，涡轮泵柔性转子在升速至32000rpm左右时振动位移超过了400μm，立即停机。

[0093] 步骤3.2：停机后，在步骤1.5中确定的去重平面及去重区(泵端：一级离心轮处，涡轮端：涡轮盘二级盘处)内进行试重，再次升速运转，升速率控制在800～1000rpm/s，升速至46000rpm停机，在步骤1.1确定的平衡转速区间内((12750～21250)U(21700～40300)U(41400～46000)rpm)，根据采集数据结果利用多平面影响系数法进行不平衡矢量计算；

[0094] 步骤3.3：根据计算结果，在泵端一级离心轮某相位(如20°)配重0.2g，在涡轮端二级盘上某相位(如276°)配重0.6g。配重完成后，进行重新升速，此时看到涡轮泵柔性转子升速过程中的振动位移曲线(Bode图)满足步骤1.5中确定的技术要求：振动位移A<100μm，可认为配重成功，停机并进入步骤3.4；

[0095] 步骤3.4：根据步骤3.3中的配重量泵端(0.2g，20°)涡轮端(0.6g，276°)，在选定的去重平面位置上，在距配重相位180°的位置(泵端200°，涡轮端96°)对涡轮泵柔性转子进行去重，去重后称量去重量，去重量为泵端0.18g，涡轮端0.45g，满足≈80％配重量的要求，此时停止去重，并从转子上拆下配重；

[0096] 步骤3.5：重新升速运转，升速率控制在800～1000rpm/s，观察涡轮泵柔性转子振动位移曲线(Bode图)，发现振动位移全程满足A<100μm，判定去重成功，进入步骤3.6；

[0097] 步骤3.6：将该型涡轮泵转子从高速动平衡机上拆解下来，并将涡轮泵柔性转子分解至零件状态(一级离心轮、二级离心轮、涡轮盘、诱导轮、转轴、轴套、压紧螺母等)，然后重复步骤二进行涡轮泵转子的装配及调试；

[0098] 步骤3.7：对该型平衡过的涡轮泵柔性转子再次进行升速运转，升速率控制在800～1000rpm/s，观察涡轮泵柔性转子振动位移曲线(Bode图)，发现振动位移全程满足步骤1.5中确定的反复拆装一致性技术要求<120μm，判定高速动平衡及其品质一致性控制均合格。进入步骤四。

[0099] 步骤四、根据步骤一～步骤三中的测试结果，对高速动平衡的过程参数包括运转过程中轴承的温度、弹性支承的应力变化、转子的振动数据、轴心轨迹数据、不平衡相位及大小进行整理分析。涡轮泵装配时转子上零件应严格按照划线装配；控制一级离心轮与前密封环间隙>1.5×A1(一级离心轮的最大振动位移)、二级离心轮与前后密封环的间隙>1.5×A2(二级离心轮的最大振动位移)、涡轮盘与密封环的径向间隙>1.5×A3(涡轮盘处的最大振动位移)，同时该涡轮泵装配时，其浮动环密封的间隙>1.2×A3(位置与涡轮盘接近)；此外，涡轮泵装配后转子一级离心轮、二级离心轮、涡轮盘处的跳动量按P1<0.075mm、P2<0.065mm，P3<0.085mm控制。高速动平衡后的各项参数要求均满足涡轮泵装配间隙的上限容忍要求，同时按此要求装配后，涡轮泵在后续热试车中的性能及振动量级满足发动机的使用要求。

[0100] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。