УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕНЗОМЕТРОВ
APPARATUS FOR EVALUATING QUALITY OF STRAIN GAUGES

Настоящее изобретение относится к устройству оценки качества тензометров, в частности тензометров, предназначенных для установки на вращающихся конструктивных элементах, образующих турбомашину.
Тензометры, называемые также тензодатчиками, являются тензодатчиками сопротивления, позволяющими измерять деформацию конструктивного элемента путем изменения электрического сопротивления измерительного прибора (электрическое сопротивление увеличивается с деформацией растяжения измерительного прибора).
Данные измерительные приборы являются электрическими цепями, которые приклеиваются на исследуемых конструктивных элементах и подвергаются таким образом деформации, аналогичной деформации нагруженного конструктивного элемента.
Величина измерения, производимого измерительным прибором, в значительной мере зависит от конструктивного исполнения измерительного прибора, а также от соединения путем приклеивания измерительного прибора на исследуемом конструктивном элементе. Данное соединение не должно изменяться во времени (отсутствие вязкости) и противостоять внешней среде, в которой измерительные приборы размещены.
В некоторых высокотехнологичных областях, таких как, например, авиастроительная область, данные измерительные приборы используются для наблюдения за деформациями и механическими напряжениями, которым подвергаются конструктивные элементы турбомашин в процессе оценки.
После установки измерительных приборов на вращающихся конструктивных элементах авиационной турбомашины они подвергаются большим термическим напряжениям (около 1100°C), но также и большим центробежным напряжениям (скорость вращения составляет около 20000 оборотов/мин). Перед их применением для проведения испытаний двигателей представляется необходимым, таким образом, иметь возможность оценить их качество и убедиться в том, что измерительные приборы и материалы, используемые для соединения путем приклеивания, могут выдерживать такие напряжения.
Однако существующий в настоящее время прием заключается в расчете размеров тензометров эмпирическим способом, а при выборе материалов для осуществления соединения путем приклеивания измерительного прибора руководствуются исключительно механическими характеристиками (температурными ограничениями и т.д.), предоставляемыми производителем.
В этом контексте настоящий метод определения размеров измерительных приборов не позволяет гарантировать их устойчивость в особых условиях работы турбомашин (т.е. с температурными напряжениями в сочетании с большими центробежными напряжениями).
Таким образом, может случиться, что такие измерительные приборы, приведенные во вращение и подверженные высокой температуре, отклеятся во время тестирования. Потеря измерительного прибора влечет за собой, как следствие, прекращение измерения и иногда многочисленные повреждения внутри турбомашины.
С другой стороны, тенденция настоящего времени заключается в развитии применения тензометров во время фаз тестирования для сбора максимума информации, что выражается в увеличении количества измерительных приборов, находящихся в турбомашине во время испытания. Увеличение количества тензометров повышает настолько же риски прекращения измерения и повреждения турбомашины, что предполагает, как следствие, большую опасность нарушения серий испытаний непредвиденными остановками тестирования и (или) перемещения турбомашины.
В этом контексте задачей изобретения является разработка устройства оценки качества тензометров, направленная на оценку качества измерительных приборов, а также приклеивающих материалов, используемых в условиях, аналогичных условиям эксплуатации турбомашины.
Для решения этой задачи предлагается устройство оценки качества тензометров, содержащее:
опору, на которой могут размещаться тензометры и которая может приводиться во вращение средствами приведения во вращение, причем упомянутая опора соединена со средствами приведения во вращение при помощи средств соединения;
средства обеспечения температурного состояния, способные нагревать упомянутую опору и расположенные вокруг упомянутой опоры;
причем упомянутые средства соединения содержат средства охлаждения, способные ограничить нагревание упомянутых средств приведения во вращение.
Таким образом, устройство согласно изобретению позволяет тестировать и оценивать качество измерительных приборов, а также материалов, осуществляющих соединение путем приклеивания, в условиях, близких к условиям использования испытываемых турбомашин. Устройство согласно изобретению позволяет проводить тестирование, сочетающее обеспечение температурного состояния с приведением во вращение измерительных приборов, для оценки качества различных технологий измерительных приборов и средств крепления.
Таким образом, устройство согласно изобретению позволяет снизить риски повреждения испытываемых турбомашин за счет точного знания механических характеристик каждой техники.
Устройство оценки качества тензометров согласно изобретению также может иметь одну или множество нижеследующих отличительных особенностей, рассматриваемых в отдельности или в любых технически возможных сочетаниях:
- упомянутые средства соединения содержат средства, способные допустить расширение упомянутых средств соединения в результате повышения температуры упомянутых средств соединения без создания напряжения упомянутых средств приведения во вращение;
упомянутая опора приводится во вращение двумя передаточными валами, расположенными с одной и другой стороны упомянутой опоры;
упомянутые средства обеспечения температурного состояния образованы камерой сгорания, нагревающей излучением;
упомянутые средства охлаждения расположены с одной и другой стороны упомянутых средств обеспечения температурного состояния для ограничения распространения тепла путем теплопроводности к упомянутым средствам приведения во вращение;
средства охлаждения упомянутых средств соединения образованы множеством ребер охлаждения;
упомянутое устройство содержит вторичные средства охлаждения, способные улучшить охлаждение упомянутых ребер охлаждения;
упомянутые вторичные средства охлаждения образованы генераторами нагнетания воздуха на упомянутые ребра охлаждения;
упомянутая опора является диском.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения станут более отчетливо видны из нижеследующего описания, не носящего ограничительного характера, приводимого со ссылкой на единственную фигуру, изображающую вид в разрезе примера осуществления устройства оценки качества тензометров согласно изобретению.
Устройство оценки качества тензометров 100 образовано опорой 10, предпочтительно круглой формы, такой как диск, предназначенной для размещения тензометров 12, оцениваемых по качеству. Тензометры 12 расположены на боковых поверхностях диска. Опора 10 жестко соединена с одной и другой стороны передаточного вала 20. Передаточные валы 20, как правило, устанавливаются в осевом и радиальном направлениях посредством одного или множества шарикоподшипников 22, зафиксированных в картере 15; причем картер 15 соединен с корпусом устройства 100. Образованная таким образом совокупная конструкция образует средства приведения во вращение 120 опорного диска 10.
Для приведения во вращение опорного диска 10 в заданном режиме вращения один из двух передаточных валов 20 сопряжен с двигателем, таким как, например, электродвигатель (не показан). Для воспроизведения режимов турбомашин двигатель должен иметь возможность приводить во вращение диск со скоростью вращения около 20000 оборотов/мин.
Опорный диск 10 выполнен из материала, устойчивого к центробежному напряжению (вращение около 20000 оборотов/мин) и температурному напряжению (около 700-800°C). Для этого диск 10 выполнен, например, из Inconel.
Устройство оценки качества 100 содержит средства обеспечения температурного состояния тензометров 12. Данные средства образованы камерой сгорания 11, нагревающей излучением, охватывающей опорный диск 10. Камера сгорания позволяет, таким образом, приводить температуру нагревания в соответствие с температурой, при которой планируется тестировать измерительные приборы, например около 1100°С, для воспроизведения условий испытаний турбомашины.
Согласно способу практической реализации, изображенному на единственной фигуре, камера сгорания 11 состоит из двух частей, соединяемых вокруг опорного диска 10 с сохранением при этом возможности свободного вращения опорного диска 10.
Для недопущения распространения тепла из камеры сгорания к другим конструктивным элементам устройства 100 и, в частности, к подшипникам 22 в результате теплопроводности устройство 100 содержит средства охлаждения 13, размещенные с одной и другой стороны опорного диска 10. Средства охлаждения 13 жестко соединены с опорным диском 10 посредством винтового крепления.
Средства охлаждения 13 размещены таким образом, что они окружают боковые стенки камеры сгорания для исключения утечки горячего воздуха, который мог бы нагревать другие конструктивные элементы устройства 100 путем конвекции или проводимости.
Средства охлаждения 13 образованы непрерывным рядом радиальных ребер 21, позволяющих иметь большую поверхность теплообмена с окружающим воздухом.
Предпочтительно для улучшения охлаждения устройства 100 предусматривается установка генераторов холода, таких как, например, пушки 14 или воздуходувные трубки, нагнетающих холодный воздух в направлении радиальных ребер 21. Согласно отдельному варианту практической реализации изобретения воздушные пушки 14 представляют собой вихревые трубки, также известные под названием вихревой трубки Ранка-Хильша.
Таким образом, средства охлаждения 13 в сочетании с вихревыми трубками 14 позволяют поддерживать соответствующую температуру на уровне подшипников, т.е. температуру ниже предельной температуры использования масла, служащего для смазки подшипников, которая составляет около 100°С, предпочтительно около 50°C.
Устройство оценки качества 100 также содержит два соединительных фланца 16 и 17, которые позволяют жестко соединять средства охлаждения и опорный диск 10 с передаточными валами 20.
Согласно изображенному предпочтительному варианту практической реализации первый соединительный фланец 16 жестко соединен со средствами охлаждения и передаточным валом 20 посредством винтового соединения. Второй соединительный фланец 17 имеет шлицевое соединение между вторым соединительным фланцем и передаточным валом 20 и жестко соединен, более классическим образом, посредством винтового соединения со средствами охлаждения.
Шлицевое соединение позволяет, таким образом, допускать возможные расширения конструктивных элементов, расположенных по одной линии с передаточными валами, без создания механических напряжений конструктивных элементов, что будет негативно сказываться на их сроке эксплуатации.
Выбор радиуса крепления измерительных приборов на боковых стенках диска 10 выполняется оператором с учетом их массовой плотности, скоростей вращения и заданных температур во время проведения тестирования.
Таким образом, преимуществом устройства согласно изобретению является минимизация рисков повреждения испытываемого двигателя в результате предварительной оценки качества измерительных приборов, а также и материалов, используемых для их приклеивания.
Устройство имеет также в качестве преимущества обеспечение легкого, быстрого и в одинаковых условиях испытания сравнения различных технологий измерительных приборов и средств крепления.