氦气端面密封组件刚度特性检测系统的研制.pdf

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1、硕士学位论文氦气端面密封组件刚度特性检测系统的研制DEVELOPMENTOFTESTINGSYSTEMFORRIGIDITYCHARACTERISTICSOFHELIUMFACESEALASSEMBLY范永祥哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH162+.1学校代码：10213国际图书分类号：621.923密级：公开工学硕士学位论文氦气端面密封组件刚度特性检测系统的研制（工学硕士）硕士研究生：范永祥导师：周亮教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH162+.1U.

2、D.C:621.923DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDEVELOPMENTOFTESTINGSYSTEMFORRIGIDITYCHARACTERISTICSOFHELIUMFACESEALASSEMBLYCandidate：FanYongxiangSupervisor：Prof.ZhouLiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：Dept.ofElectricalEngi

3、neeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要作为航天领域的大国，我国火箭发射次数稳步提高，且保持很高的成功率，这得益于火箭发动机质量的高可靠性。金属膜盒型氦气端面密封组件是发动机涡轮泵动密封的关键部件，其运动的刚度性能好坏将直接决定涡轮泵能否正常工作，进而给航天发射带来隐患。由于端面密封组件的装配存在质量问题，导致金属膜盒在运行过程中出现阻尼力异常、回弹卡涩现象，直接导致发动机局部温升过快、密封泄漏量不稳，给航天发射带来隐患。

4、目前还没有对氦气端面密封组件的刚度特性进行检测的专门化设备，普遍采用人工检测的方法，难以对端面密封组件的运行过程进行量化检测，极易引入随机误差干扰。因此亟需研制一套氦气端面密封组件轴向刚度特性检测与分析系统。针对研究的氦气端面密封组件的型号和结构尺寸特点，研制能够对4种型号动密封产品进行刚度特性检测的设备，采用伺服电机驱动的一维竖直连续加载-卸载方案，选用滚珠丝杠作为线性传动机构，力与位移传感器合理布局与安装，对定位工装进行结构设计，完成氦气端面密封组件刚度特性检测设备的研制。对基于STM32F103的ARM控制芯片的嵌入式下位机控制电路进行搭建，包括A/D采集接口的设计与控制电机电路系

5、统的封装。完成端面密封组件刚度特性检测的上位机软件的开发，利用基于MFC的VC++编程对下位机控制模块、数据采集与显示模块、数据分析与处理模块进行模块化程序设计，对采集到的含噪声干扰的压力和位移信号进行移动平均滤波和递推低通滤波实现对高频噪声的滤除，通过线性拟合以及统计分析方法对端面密封组件刚度特性的流畅性、刚度值、线性度、迟滞性误差等指标作出定量判定。对氦气端面密封组件进行基于ANSYS的理论仿真分析，获取理想状态下密封组件的刚度特性曲线，并通过数量可观的实验，获得某批次产品的检测结果，在定量指标的判定下对端面密封组件的刚度特性进行评估，最后给出合格与否检测结果。本文所研制的氦气端面密

6、封组件刚度特性检测系统集设备测量与上位机数据处理为一体，操作方便、可靠性高。可以对4种型号的端面密封产品进行刚度特性的检测，并能对检测结果进行合理评估，剔除不合格产品，有效替代人工检测。关键词：端面密封；刚度特性；上位机；数据处理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsalargecountryintheaerospacefield,thenumberofrocketlaunchesinChinahassteadilyincreasedandthesuccessratehasbeenmaintained.Thisisduetothehighreliabilityofroc

7、ketenginequality.Themetalbellows-typeheliumfacesealassemblyisakeycomponentoftheengineturbopump'sdynamicseal.Thedynamicrigidityperformanceofthefacesealwilldirectlydeterminewhethertheturbopumpcanworknormallyandthusbringh