ИНДИКАТОР ПЕРЕГРЕВА Российский патент 2011 года по МПК G01K11/00 F16B19/06 F16B5/04 

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.

Индикатор перегрева выполнен из сплава с эффектом памяти формы в виде круглой шайбы 1 диаметром D_ш с отверстием под винт диаметром D₀. 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_p, которые переходят в кольцевые прорези 4 длиной L_K, 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_p=L_K=D₀=D_ш/2π, D_ц=L_к/2π, где D_ц - 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].

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_п/C определяется энтальпией перехода dH_п 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.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к индикаторам перегрева, выполненным в виде шайбы, отображающим изменение температуры вращательных частей механизмов. Индикатор перегрева выполнен из сплава с эффектом памяти формы в виде круглой шайбы диаметром D_ш с отверстием под винт диаметром D₀. Первоначально шайба имеет плоскую форму с восемью сегментами, образованными радиальными и кольцевыми прорезями. От внешнего края шайбы выполнены через 90 угловых градусов радиальные прорези длиной L_p, которые переходят в кольцевые прорези длиной L_к, расходящиеся в обе стороны от радиальной прорези. Обратная сторона индикатора покрыта яркой термостойкой эластичной пленкой. Сплаву области сегментов задано фазовое превращение при расчетной температуре в трубки цилиндрической формы. Геометрические характеристики индикатора рассчитываются по зависимостям: L_p=L_K=D₀=D_ш/2π, D_ц=L_к/2π, где D_ц - диаметр трубки цилиндрической формы после фазового превращения. При воздействии на индикатор перегрева значительной тепловой нагрузки становится видна оборотная сторона шайбы, покрытая термостойкой эластичной пленкой, что является удобным для непосредственного восприятия человеком. При этом в результате полученной формы вращающаяся шайба вместе с механизмом создает акустический эффект - характерный свист. Технический результат - усовершенствование конструкции индикатора, снижение аварийности. 3 ил.

Индикатор перегрева, выполненный из сплава с эффектом памяти формы в виде круглой шайбы диаметром D_ш с отверстием под винт диаметром D₀, отличающийся тем, что первоначально шайба имеет плоскую форму с восемью сегментами, образованными радиальными и кольцевыми прорезями, от внешнего края шайбы выполнены через 90 угловых градусов радиальные прорези длиной L_p, которые переходят в кольцевые прорези длиной L_K, расходящиеся в обе стороны от радиальной прорези, обратная сторона индикатора покрыта яркой термостойкой эластичной пленкой, сплаву области сегментов задано фазовое превращение при расчетной температуре в трубки цилиндрической формы с геометрическими пропорциями, рассчитываемыми по зависимостям L_p=L_K=D₀=D_ш/2π, D_ц=L_K/2π, где D_ц - диаметр трубки цилиндрической формы после фазового превращения.