ИНДИКАТОР ПЕРЕГРЕВА
OVERHEATING INDICATOR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к индикаторам перегрева, выполненным в виде шайбы, отображающим изменение температуры вращательных частей механизмов. Проблема повышения эффективности индикации перегрева достаточно актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, ограниченным ресурсом подшипниковых узлов.
Известны детали - шайбы, подкладываемые под гайку или головку винта, которые применяются для увеличения площади опоры. Известны шайбы - индикаторы, повышающие надежность и ресурс вращательных частей механизмов, отображающие изменение какого-либо параметра контролируемого технического процесса или объекта в форме, удобной для непосредственного восприятия человеком. Применяют индикаторы: визуальные, акустические и др. [1, 2].
Известно использование сплавов с эффектом памяти формы для изготовления деталей, в том числе шайб и индикаторов [3].
Прототипом предлагаемого изобретения является индикатор перегрева, выполненный из сплава с эффектом памяти формы в виде круглой шайбы с отверстием под винт, и служащий для отображения изменения температуры ступицы и лучшего крепления гайки в механизмах вращения [3].
Недостатком конструкции прототипа является недостаточно четкое отображение изменения температуры вращательных частей механизмов.
В то же время в технике возникает задача четкой индикации перегрева деталей, работающих в сложных и ответственных условиях.
Данная задача может быть решена применением индикатора перегрева, сущность которого поясняется чертежами. На фигуре 1 изображен индикатор перегрева в исходном положении до начала фазовых превращений в сплаве с эффектом памяти формы, на фигуре 2 - внешний вид индикатора перегрева после окончания фазового превращения в сплаве с эффектом памяти формы, на фигуре 3 - вид индикатора перегрева сверху.
ш
0
p
K
p
K
0
ш
ц
к
ц
Индикатор перегрева выполнен из сплава с эффектом памяти формы в виде круглой шайбы 1 диаметром D с отверстием под винт диаметром D. Первоначально шайба имеет плоскую форму с восемью сегментами 2, образованными радиальными и кольцевыми прорезями 3, 4. От внешнего края шайбы выполнены через 90 угловых градусов радиальные прорези 3 длиной L, которые переходят в кольцевые прорези 4 длиной L, расходящиеся в обе стороны от радиальной прорези 3. Обратная сторона индикатора покрыта яркой термостойкой эластичной пленкой 5. Сплаву области сегментов 2 задано фазовое превращение при расчетной температуре в трубки 6 цилиндрической формы. Геометрические характеристики индикатора рассчитываются по зависимостям: L=L=D=D/2π, D=L/2π, где D - диаметр трубки 6 цилиндрической формы после фазового превращения.
Индикатор перегрева работает следующим образом: в обычном режиме эксплуатации или хранения шайба находится в плоском виде при температуре ниже значения начала фазового перехода (критической, ниже 90-110°C).
При воздействии на индикатор перегрева значительной тепловой нагрузки, превышающей расчетную, круглая шайба 1, контактирующая с нагретым, неисправным подшипниковым узлом, постепенно прогревается и передает тепло сегментам 2, образованным радиальными и кольцевыми прорезями 3, 4, и выполненными из сплава с эффектом памяти формы. Сегменты 2 нагреваются до достижения критической температуры начала фазового превращения в материале. Материал сегментов 2 претерпевает фазовое превращение и изменяет свою форму, т.е. скручивается в трубки 6 цилиндрической формы. При этом, во-первых, становится видна обратная сторона шайбы 1, покрытая яркой эластичной пленкой 5, что удобно для оператора. Во-вторых, в результате полученной формы, вращающаяся шайба вместе с механизмом создает акустический эффект - характерный свист.
Механизм нагревается до температуры, при которой происходит восстановление заданной формы сегментов 2. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, системы Ni-Ti эта температура для наиболее стабильных результатов восстановления составляет от 80°C до 150°C и может быть выбрана и установлена в зависимости от диапазонов температур предполагаемого перегрева [3].
п
п
Восстановление формы сегментов 2 из плоской в трубчатую обеспечивается силой термоупругости сплава и сопровождается незначительным термическим эффектом (в данном случае охлаждение на dT). dT=dH/C определяется энтальпией перехода dH и теплоемкостью сплава С [3]. Сегменты 2 при нагреве выше критической температуры незначительно охлаждаются, становятся стоком избытка тепловой энергии.
Индикатор перегрева в режиме терморегуляции может работать ограниченное время, поглощая вполне определенное количество тепла. «Емкость» сегментов, являющихся стоком тепла, пропорциональна количеству материала и может быть подобрана в соответствии с предполагаемыми перегревами.
Устройство эффективно при перегреве механизмов вращения и предназначено для оперативной индикации. При этом в течение расчетного времени обеспечивается требуемый температурный режим. После срабатывания индикатор пассивно отводит тепло от объекта.
Значительные деформации индикатора наряду с яркой окраской и акустическим эффектом могут информировать персонал о перегревах, что может эффективно снижать аварийность, особенно в авиации и на других мобильных и стационарных механизмах.
Для приведения в исходную плоскую форму индикатор перегрева механически выпрямляют. При отсутствии значительных повреждений, после выпрямления, устройство вновь готово к работе.
Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности, особенно, при индикации перегрева, и улучшении эксплуатационных характеристик, ввиду возможности многократного использования и возможности визуальной и акустической индикации персоналу о значительном нагреве. Положительный эффект обусловлен применением в качестве стока тепла трубчатых сегментов на основе сплава с памятью формы с заданными массой и геометрической формой.
Индикатор перегрева отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей более эффективную защиту техники в экстремальных тепловых режимах.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Вудсон У., Коновер Д., Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников-конструкторов, под ред. В.Ф.Венда, пер. с англ; М, 1968.
2. Пул Г., Основные методы и системы индикации, пер. с англ., Л., 1969.
3. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна. / Под ред. В.А.Займовского. - М.: Металлургия, 1979-472 с.