Устройство для измерения температуры внутренней конической поверхности вала
DEVICE FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF THE INNER CONICAL SURFACE OF THE SHAFT

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано при испытаниях по исследованию теплового состояния полых валов ГТД преимущественно с внутренней конической поверхностью.
Валы ГТД авиационного назначения, являются одними из самых напряженных и ответственных деталей двигателя. В связи, с чем при испытаниях ГТД проводят исследования их внутреннего теплового состояния. При подготовке таких испытаний возникает необходимость крепления к внутренней поверхности валов датчиков температуры и проводов. Крепление датчиков температуры и проводов к внутренней конической поверхности вала ГТД является одной из актуальных проблем и состоит в том, что крепление датчика температуры необходимо выполнить на труднодоступной внутренней конической поверхности длинноразмерного вала и обеспечить надежное фиксирование термопары в процессе работы ГТД в условиях вращения.
Известно устройство для измерения температуры внутри труб (патент на изобретение № 2180099, дата подачи 21.03.2000 г., опубликовано 27.02.2002 г., бюл.№6., МПК G01K1/14) содержащее рычаг, на одном конце которого расположен выступ с закрепленным на нем рабочим спаем термопары.
Недостатком данного устройства является то, что устройство невозможно использовать на вращающихся валах с внутренней конической поверхностью.
Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, для установки термопар, преимущественно на внутренней поверхности трубы (авторское свидетельство №900124, G01K1/14 дата подачи заявки 20.05.1980 г, опубликовано 23.01.1982 г.) содержащее упругий элемент с отдельными лепестками и выполненными в них каналами для размещения устанавливаемых термопар, устройство для установки упругого элемента в контролируемом объекте.
Основным недостатком известного устройства является невозможность использования данного устройства при установки термопар на внутренней конической поверхности вала ГТД, так как приварка термопары возможна через стенку только тонкостенной трубы. Также процесс сварки усложняет конструкцию устройства, делает ее неразъемной, увеличивается многооперационность процесса установки термопары, а в каждой точке сварного соединения возникают напряжения и деформации, влияющие на прочность контролируемого объекта.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании конструкции устройства для измерения температуры внутренней конической поверхности длинноразмерного вращающегося вала ГТД, обладающей низкой трудоемкостью установки термопары с возможностью последующей переустановки термопар.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения температуры внутренней поверхности вала ГТД содержит упругий элемент, с отдельными лепестками и установленными в них термопарами, устройство для установки упругого элемента в контролируемом объекте.
Новым в изобретении является то, что устройство для установки упругого элемента в контролируемом объекте выполнено в виде внутренней и внешней трубы концентрично установленных друг относительно друга, зафиксированных между собой и выполненных с возможностью вращения одна относительно другой, при помощи установленных рукояток на свободных концах труб, при этом рабочие концы труб снабжены угловыми рычагами, рабочие плечи которых взаимодействуют с крючкообразными зацепами упругого элемента, выполненного в виде металлического незамкнутого кольца, на внутренней поверхности  лепестка закреплена термопара, горячий спай которой выведен через сквозное отверстие на наружную поверхность лепестка, контактирующую с контрольным объектом и прижимающую рабочий спай термопары к контролируемому объекту.
Для регулирования глубины установки термопары внутри вала внешняя труба устройства для установки упругого элемента в контролируемом объекте содержит регулируемый ограничитель.
Для надежности фиксации крючкообразных зацепов упругого элемента в устройстве для установки упругого элемента в контролируемом объекте в рабочих плечах угловых рычагов выполнены пазы.
При измерении температуры вала в нескольких точках, упругий элемент может содержать проушины для фиксации термопарных проводов снижающих вибрации внутри вала.
Устройство для измерения температуры внутренней конической поверхности вала позволяет измерить температуру внутри вращающегося вала ГТД за счет фиксации термопары внутри вала при помощи упругого элемента с последующим удалением устройства для установки упругого элемента из контролируемого объекта.
Предложенное устройство поясняется следующими чертежами:
на фигуре 1 изображено устройство для измерения температуры внутренней поверхности вала;
на фигуре 2 – устройство для установки упругого элемента в контролируемом объекте;
на фигуре 3 – лепесток упругого элемента с закреплённой термопарой.
Устройство для измерения температуры внутренней конической поверхности вала содержит упругий элемент 1 (фиг. 1), содержащий отдельные лепестки 2 (фиг. 1, 3) с установленными в них термопарами 3 (фиг. 1, 3).
Упругий элемент 1 (фиг. 1) выполнен в виде металлического незамкнутого кольца.
Устройство установки упругого элемента 1 (фиг. 1) в контролируемом объекте выполнено в виде внутренней 4 (фиг. 2) и внешней 5 (фиг. 2) трубы концентрично установленных друг относительно друга и зафиксированных между собой с возможностью вращения одна относительно другой при помощи установленных рукояток 6 (фиг. 2) на свободных концах труб 4, 5 (фиг. 2).
Рабочие концы труб 4, 5 (фиг. 2) снабжены угловыми рычагами 7 (фиг. 1, 2), рабочие плечи 8 (фиг. 1, 2) которых взаимодействуют с крючкообразными зацепами 9 (фиг. 1) упругого элемента 1(фиг. 1).
Внешняя труба 5 (фиг. 2) устройства для установки упругого элемента 1 (фиг. 1) в контролируемом объекте содержит регулируемый ограничитель 10  (фиг. 1) установки термопары 3(фиг. 1, 3).
В рабочих плечах 8 (фиг. 1, 2) угловых рычагов 7 (фиг. 1, 2) выполнены пазы (не показано) для фиксации крючкообразного зацепа 9 (фиг. 1) упругого элемента 1 (фиг. 1).
Упругий элемент 1 (фиг. 1) может дополнительно содержать проушины (не показано)  для фиксации термопарных проводов.
Устройство для измерения температуры внутренней конической поверхности вала работает следующим образом.
Предварительно производят сборку устройства.
Термопары 3 (фиг. 1, 3) фиксируют на внутренней поверхности  лепестков 2 (фиг. 1, 3), например с помощью металлических фольговых накладок, таким образом, чтобы рабочий спай термопар 3 (фиг. 1, 3) был выведен через сквозное отверстие (не показано) на наружную поверхность лепестка 2 (фиг. 1, 3), контактирующую с контрольным объектом и прижимающую рабочий спай термопары 3 (фиг. 1, 3) к контролируемому объекту.
В случае измерения температуры в нескольких точках вала, используют несколько упругих элементов 1 (фиг. 1). При этом  в проушины (не показаны) продевают трассируемые к узлу токосъемника или телеметрии электрические провода термопар 3 (фиг. 1, 3) а также провода датчиков любого типа, установленных на других деталях ротора.
Упругий элемент 1 (фиг. 1) устанавливают на устройство для установки путем введения крючкообразных зацепов 9 (фиг. 1) упругого элемента (фиг. 1) в пазы (не показаны) угловых рычагов 7 (фиг. 1, 2).
Установка устройства для измерения температуры внутренней конической вала осуществляется следующим образом. Устройство возможно установить либо на внутреннюю цилиндрическую поверхность вала либо на сужающуюся коническую внутреннюю поверхность вала.
Для установки термопары 3 (фиг. 1, 3) в нужном месте внутренней конической поверхности вала ГТД, при помощи регулируемого ограничителя 10 (фиг. 1) фиксируют требуемую глубину ввода термопары 1 (фиг. 1, 3) до заданной точки вала ГТД. При этом упругий элемент 1 (фиг. 1) находится в сжатом состоянии. Вводят устройство внутрь контролируемого объекта до заданной точки.
Затем одновременным поворотом рукояток 6 (фиг. 2) труб 4, 5 (фиг. 1, 2) производят разжимание упругого элемента 1 (фиг. 1) и  тем самым упругий элемент 1 (фиг. 1) устанавливается в требуемой точке вала ГТД и прижимает наружной поверхностью лепестков 2 (фиг. 1, 3) рабочий спай термопар 3 (фиг. 1, 3) к внутренней контролируемой поверхности вала ГТД. Лепестки 2 (фиг. 1, 3) повторяют угол наклона конической поверхности контролируемого объекта, тем самым повышая надежность крепления термопар 3 (фиг. 1, 3).
Устройство для установки упругого элемента 1 (фиг. 1) извлекают из контролируемого объекта.
За счёт силы упругости упругий элемент 1 (фиг. 1) равномерно прижимает термопару 3 (фиг. 1, 3) при помощи лепестков 2 (фиг. 1, 3) к внутренней конической поверхности контролируемого вала, а сила трения не дает сместиться упругому элементу 1 (фиг. 1) во время вращения вала ГТД.
Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает технический эффект, а также позволяет измерять тепловое состояние внутри длинноразмерных валов, за счет возможной установки термопар в нескольких местах. Устройство позволяет проводить измерения как во вращающихся так и не вращающихся валах. Использование сжимающегося упругого элемента термопары к контролируемому объекту позволяет устанавливать термопары в валах с внутренней конической поверхностью с разным диаметром или трубах.