СИГНАЛИЗАТОР НАЛИЧИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В СИСТЕМЕ СМАЗКИ Российский патент 2008 года по МПК F16N29/04 F02C7/06 

Изобретение относится к системам смазки механических устройств, например двигателей, в частности к устройствам для сигнализации о наличии металлических частиц в системе смазки газотурбинных двигателей, и позволяет диагностировать начало разрушения двигателя при появлении стружки в масле.

Известен сигнализатор наличия металлических частиц в диэлектрической жидкой среде. Это устройство состоит из пакета кольцевых электропроводящих пластин, разделенных диэлектрическими прокладками и образующих калиброванные щели. Пакет установлен на центральной втулке, в которой выполнены отверстия для прохода смазки, и скреплен с помощью гайки и шайбы, контактирующей с одной из крайних пластин, причем пакет пластин включен в электрическую цепь (см. патент РФ №533797 кл. F16N 29/00, опубл. 30.10.76). Известное устройство позволяет диагностировать начало разрушения двигателя по появлению стружки в масле. Аварийный сигнал выдается лампочкой, когда металлические частицы (стружка) вместе с маслом попадают в щели между кольцевыми электропроводящими пластинами и электрическая цепь замыкается. При появлении такого сигнала двигатель отключают и тем самым предотвращают его полное разрушение, которое часто может происходить лавинообразно.

В этом устройстве электропроводящие пластины установлены на центральной втулке, которая выполнена из диэлектрического материала. Такой выбор материала обусловлен принципом работы этого устройства: каждая пластина в цепи должна быть изолирована друг от друга. Но диэлектрические материалы не обладают достаточной прочностью, особенно при осевом нагружении центральной втулки после стяжки пакета гайкой, а в случае выполнения центральной втулки из электропроводящего материала (например, металла) устройство не будет работать. Поэтому сигнализатор с центральной втулкой из диэлектрического материала недостаточно надежен, особенно при его применении на двигателях летательных аппаратов, где вопросам надежности придается особенно высокое значение. Из изложенных рассуждений видно, что мы сталкиваемся с противоречием, когда пытаемся улучшить конструкцию, путем замены центральной втулки из непрочного диэлектрического материала на более прочную металлическую.

Необходимость подсоединения проводов для выдачи электрического сигнала к двум крайним пластинам пакета, расположенным по обе стороны устройства, представляет некоторое затруднение при размещении его в реальной конструкции, так как электрические провода необходимо изолировать от потока масла и от металлических частиц, попадающих в сигнализатор при разрушении двигателя.

Эффективность такого сигнализатора наличия металлических частиц в системе смазки может быть недостаточной, если его установить в потоке масла, например, в маслобаке или в полости картера двигателя.

Кроме того, чувствительность срабатывания такого сигнализатора трудно регулировать как в сторону увеличения его чувствительности, так и в сторону ее снижения, например, вполне вероятны ложные срабатывания, когда наличие небольшого количества стружки не является результатом разрушения двигателя, а является следствием нормальной приработки деталей двигателя или попадания стружки, оставшейся в каналах и полостях после изготовления двигателя.

Задачей изобретения является повышение прочности конструкции сигнализатора.

Указанная задача решается тем, что в известном сигнализаторе наличия металлических частиц в системе смазки, содержащем пакет кольцевых электропроводящих пластин, разделенных диэлектрическими прокладками, образующих калиброванные щели, установленный на центральной втулке, в которой выполнены отверстия для прохода смазки, скрепленный с помощью гайки и шайбы, контактирующей с одной из крайних пластин, причем пакет пластин включен в электрическую цепь, согласно изобретению шайба и центральная втулка выполнены из электропроводного материала, между центральной втулкой и пакетом пластин размещена дополнительная втулка, выполненная из диэлектрика, с отверстиями для прохода смазки, расположенными напротив отверстий в центральной втулке.

Снаружи пакета пластин может быть установлен кожух с отверстием для прохода смазки. Сигнализатор может быть установлен в корпусе, снабженном входным и выходным патрубками, сообщенными перепускным каналом, причем целесообразно разместить входное отверстие патрубка напротив отверстия кожуха. Центральная втулка может быть прикреплена к корпусу посредством датчика температуры, размещенного в ее полости, и промежуточной втулки, выполненной из диэлектрика.

Такое выполнение сигнализатора позволяет повысить прочность центральной втулки, так как ее при такой конструкции можно выполнить из металла. Размещение между центральной втулкой и пакетом пластин дополнительной втулки, выполненной из диэлектрика, с отверстиями для прохода смазки, расположенными напротив отверстий в центральной втулке позволяет сохранить изоляцию друг от друга каждой электропроводящей пластины в цепи. Кроме того, центральная втулка выполняет еще одну функцию, она становится элементом электрической цепи, включающей дополнительную втулку и гайку, которые выполнены из электропроводного материала и контактируют с крайней пластиной. В этой конструкции центральная втулка заменяет электрический провод, который в прототипе мог быть проложен только в потоке масла. Это позволяет убрать провода из полостей с потоком масла и тем самым полностью исключить их повреждение. Это решение важно еще тем, что позволяет вывести электрические контакты на одну сторону устройства, с которой располагается разъем, что необходимо для рациональной компоновки этого устройства.

Размещение кожуха с отверстием для прохода смазки снаружи от пакета кольцевых электропроводящих пластин позволяет регулировать чувствительность срабатывания такого сигнализатора. Причем при увеличении в некоторых пределах ширины отверстия для прохода смазки чувствительность сигнализатора снижается, а при уменьшении - возрастает, так как требуется меньшее количество стружки для замыкания пакета пластин и выдачи сигнала.

Эффективность работы такого сигнализатора будет максимальной при установке его в трубопроводе откачки масла из масляной полости картера двигателя, в котором могут происходить возможные разрушения, или в трубопроводе, объединяющем откачку масла из нескольких картерных полостей двигателя. Поэтому целесообразно размещение такого сигнализатора в корпусе, снабженном входным и выходным патрубками, и установке его в трубопроводе откачки масла из масляных полостей двигателя. При размещении входного отверстия патрубка напротив отверстия кожуха можно получить максимальную чувствительность сигнализатора, так как весь поток масла, содержащий металлические частицы, будет попадать на пакет пластин, причем не по всей его окружности, а только в узком секторе, заданном шириной отверстия в кожухе.

Понизить чувствительность сигнализатора можно путем перепуска части масла по параллельному перепускному каналу, расположенному между сигнализатором и корпусом. Этот канал разделяет поток на две части и создает обводную линию для части потока масла

Совмещение двух методов регулировки чувствительности сигнализатора (изменение ширины отверстия для прохода смазки через кожух и перепуск части масла по параллельному перепускному каналу, расположенному между сигнализатором и корпусом) позволяет добиться оптимальной настройки его срабатывания для разных типов и типоразмеров двигателей и подобрать для каждого типа двигателя свою наиболее оптимальную настройку.

Начало разрушения какой-то части двигателя, как правило, сопровождается повышением температуры масла. Сопоставляя и анализируя факт срабатывания сигнализатора с одновременным повышением температуры масла на линии откачки, можно более точно определить момент начала разрушения двигателя. При установке нескольких сигнализаторов на разных линиях откачки из разных масляных полостей (например, на линии откачки из опоры компрессора, опоры турбины и из полости редуктора) можно определить так же место его разрушения. Поэтому размещение сигнализатора наличия металлических частиц в системе смазки в одном узле с датчиком температуры масла позволяет более точно определять момент начала разрушения и уменьшить вероятность ложного срабатывания сигнализатора. Такая компоновка конструкции сигнализатора способствует качественному улучшению точности срабатывания сигнализатора и поэтому повышает надежность его работы.

В предлагаемом сигнализаторе центральная втулка прикреплена к корпусу посредством датчика температуры и промежуточной втулки, причем последняя выполнена из диэлектрика. В данной конструкции такое закрепление деталей является наиболее рациональным, так как используется минимальное количество деталей. В предлагаемой конструкции датчик температуры выполняет двойную функцию: прямая, как датчик температуры, и дополнительная, как стяжной элемент, соединяя в один узел центральную втулку и пакет кольцевых электропроводящих пластин с корпусом посредством промежуточной втулки, выполненной из диэлектрика. При этом вывод проводов датчика и сигнализатора в предлагаемой конструкции осуществлен с одной стороны устройства, что позволяет создать достаточно простую компоновку с общим разъемом для сигнализатора наличия металлических частиц в системе смазки и датчика температуры масла. Кроме того, электрические провода датчика и сигнализатора фактически выведены из каналов с потоком масла, что так же существенно повышает надежность данного устройства.

Изобретение поясняется графически:

на фиг.1 изображен продольный разрез сигнализатора;

на фиг.2 изображено поперечное сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 показан элемент В фиг.1;

на фиг.4 показан вид Б фиг.2.

Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки состоит из пакета кольцевых электропроводящих пластин 1, разделенных тремя рядами диэлектрических прокладок 2, установленных на диэлектрических стержнях 3, образующих калиброванные щели 4. Пакет установлен соосно с центральной втулкой 5, в которой выполнены отверстия 6 для прохода смазки. Пакет из пластин 1 скреплен с помощью гайки 7 и шайбы 8, причем шайба 8 контактирует с одной из крайних пластин. Центральная втулка 5, пакет из пластин 1, гайка 7 и шайба 8 выполнены из электропроводного материала и образуют электрическую цепь. Между центральной втулкой и пакетом пластин размещена дополнительная втулка 9, выполненная из диэлектрического материала, с отверстиями 10 для прохода смазки, расположенными напротив отверстий 6 в центральной втулке.

Снаружи пакета установлен кожух 11 с отверстием 12 для прохода смазки. Сигнализатор установлен в корпусе 13, снабженном входным 14 и выходным 15 патрубками. Входное отверстие 14 патрубка размещено напротив отверстия 12 кожуха. Между входным 14 и выходным 15 патрубками имеется перепускной канал 16, расположенный между сигнализатором и корпусом. Этот канал позволяет предохранить линию откачки от полного перекрытия потока в случае попадания в сигнализатор большого количества стружки.

Внутри центральной втулки 5 размещен датчик температуры 17 с резьбой 18. Центральная втулка 5 прикреплена к корпусу 13 посредством датчика температуры 17, промежуточной втулки 19, выполненной из диэлектрика, и крышки корпуса 20. Крышка соединяется с корпусом с помощью винтов 21.

Одна из крайних пластин пакета 1 контактирует с втулкой 22 и соединяется с электрическим разъемом 23 через один из проводов 24. Другая крайняя пластина контактирует с шайбой 8, гайкой 7 и центральной втулкой 5, причем к последней припаивается один из проводов 24, который выходит к электрическому разъему 23. Полость 25 в крышке корпуса 20 заливается диэлектрическим клеем или герметиком, что позволяет осуществить надежное закрепление датчика температуры 17, промежуточной втулки 19, крышки корпуса 20 и проводов 24. Кроме того, такая заливка выполняет функцию взаимной контровки указанных деталей.

Сигнализатор работает следующим образом.

Масло с возможными продуктами разрушения поступает во входной патрубок 14, проходит через отверстие 12 в кожухе 11 и через калиброванные щели 4, образованные электропроводящими пластинами 1. Часть потока проходит через перепускной канал 16. При наличии в потоке металлических частиц, являющихся продуктами разрушения, они оседают на пакете электропроводящих пластин 1. При накоплении определенного количества продуктов разрушения цепь из пакета пластин 1 замыкается и поступает сигнал. При этом датчик температуры так же выдает свой сигнал. После анализа обоих сигналов формируется и выдается команда в кабину летчика (или оператора) о выключении двигателя.

Предлагаемая конструкция сигнализатора более прочна и надежна, так как центральная втулка может быть выполнена из металла, а не из диэлектрического материала, как в прототипе. Кроме того, центральная втулка подключена к электрической цепи и позволяет вывести провода из каналов с масляным потоком, а также позволяет разместить все провода (включая и провода датчика температуры) с одной стороны сигнализатора, рядом с электрическим разъемом.

Совмещение в одном агрегате двух разных по принципу действия узлов (щелевой сигнализатор стружки и датчик температуры) выполнено с использованием минимального количества деталей и практически без увеличения его объема. Датчик температуры использован не только по своему прямому назначению, но и является также крепежным элементом. Использование в агрегате минимального количества деталей также позволяет повысить надежность предлагаемого устройства.

Кроме того, предложенное устройство позволяет более точно диагностировать начало разрушения для любого типоразмера двигателя, так как появилась возможность повысить чувствительность сигнализатора за счет размещения отверстия кожуха напротив входного отверстия патрубка. В связи с этим большая часть потока масла, содержащая металлические частицы, будет попадать на пакет пластин, причем не по всей его окружности, а только в узком секторе, заданном шириной отверстия в кожухе. Это приведет к более быстрому замыканию пакета пластин и выдачи сигнала.

Кроме того, появилась возможность понизить чувствительность сигнализатора путем перепуска части масла по параллельному перепускному каналу, расположенному между сигнализатором и корпусом. Этот канал разделяет поток на две части и создает обводную линию для части потока масла и для металлических частиц. Это оказывается важным также для предохранения линии откачки от полного перекрытия потока в случае попадания в сигнализатор большого количества стружки.

Совмещение в одном агрегате двух разных по принципу действия узлов (это щелевой сигнализатор стружки и датчик температуры) позволяет повысить надежность выдачи сигнала. Одновременный анализ обоих сигналов позволяет значительно сократить вероятность ложных срабатываний сигнализатора.

Сигнализатор предназначен для сигнализации о наличии металлических частиц в системе смазки газотурбинных двигателей и позволяет диагностировать начало разрушения двигателя при появлении стружки в масле. Сигнализатор содержит пакет кольцевых электропроводящих пластин, разделенных диэлектрическими прокладками, образующих калиброванные щели, установленный на центральной втулке, в которой выполнены отверстия для прохода смазки, скрепленный с помощью гайки и шайбы, контактирующей с одной из крайних пластин, причем пакет пластин включен в электрическую цепь. Шайба и центральная втулка выполнены из электропроводного материала и вместе с гайкой включены в электрическую цепь, а между центральной втулкой и пакетом пластин размещена дополнительная втулка, выполненная из диэлектрика, с отверстиями для прохода смазки, расположенными напротив отверстий в центральной втулке. Изобретение позволяет повысить прочность конструкции сигнализатора и ее надежность. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки, преимущественно, газотурбинного двигателя, содержащий пакет кольцевых электропроводящих пластин, разделенных диэлектрическими прокладками, образующих калиброванные щели, установленный на центральной втулке, в которой выполнены отверстия для прохода смазки, скрепленный с помощью гайки и шайбы, контактирующей с одной из крайних пластин, причем пакет пластин включен в электрическую цепь, отличающийся тем, что шайба и центральная втулка выполнены из электропроводного материала и вместе с гайкой включены в электрическую цепь, а между центральной втулкой и пакетом пластин размещена дополнительная втулка, выполненная из диэлектрика, с отверстиями для прохода смазки, расположенными напротив отверстий в центральной втулке.2. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что он установлен в корпусе, снабженном входным и выходным патрубками.3. Сигнализатор по п.2, отличающийся тем, что снаружи пакета установлен кожух с отверстием для прохода смазки.4. Сигнализатор по п.3, отличающийся тем, что входное отверстие патрубка размещено напротив отверстия кожуха.5. Сигнализатор по п.2, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки сообщены перепускным каналом.6. Сигнализатор по п.2, отличающийся тем, что в корпусе размещен датчик температуры.7. Сигнализатор по п.6, отличающийся тем, что центральная втулка прикреплена к корпусу посредством размещенного в ней датчика температуры и промежуточной втулки, причем последняя выполнена из диэлектрика.