Контактный токосъемник с воздушным охлаждением Советский патент 1986 года по МПК H01R39/64 

1246206

крышки. При работе токосъемника ковым давлением, равномерно охлаждают направление струи охлаждающего воз- их и одновременно увлекают за собою духа, проходя зону скольжения контак- образовавшиеся продукты износа кон- та каждой пары снизу вверх с одина- . тактны:х пар. 3 ил.

1

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в энергетическом машиностроении, в частности к устройствам передачи электрических сигналов с вращающихся объек- тов к неподвижной измерительной аппаратуре .

При повышенных скоростях вращения роторов турбомашин (ГТД с частотой вращения 20,0-1000 1/с и выше) в зоне контакта токосъемника выделяется зна чительное количество теплоты, что, приводя к росту температуры в этой зоне, не только вызывает рост погрешности измерения (из-за появления паразитных ТЭДС), но и в ряде случа- .ев может привести к выходу всего устройства КЗ строя.

Интенсивность отвода, тепла от по- верт ностай скользящей контактной пары Ц тк -кольцо является фактором, во многом определяющим эффективность и наде;.хность работы токосъемньгх устройств Б условиях реальной эксплуа- тации,

Цель изобретения - повышение надежности работы токосъемника и повышение точности передачи измерительного сигнала в условиях повьшенных скоростей вращения вала за счет нап- разлянного отвода тепла из зоны скользящего контакта и удаления продуктов кзкоса контактных ггар.

Из фиг. 1 представлен контактный токосъемник и схематическое движение охлаждающего воздуха, общий вид; на фиг, 2 кривые зависимости коэффициентов теплоотдачи от относительного зазора; на фиг. 3 - кривые зависимости величины термоЭДС от скорое ти вращения вала токосъемника:.

Поедлагаемый контактньй токосъемник содержит корпус 1, установленный на жесткое основание 2. Токосъемник закрыт крышкой, выполненной из двух половик 3, шарнирно закреплен-

5

0 5

о

..

,

5

ньк на стенках корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположены ротор 4 с набранными на нем контактными кольцами 5, узел 6 щеткодержателей с токопрово- дящимк щетками 7 и пневматические камеры 8. В основании 2 корпуса 1 расположены штуцер 9 и воздушный коллектор 10 прямоугольного сечения по всей длине основания 2. Колшектор 10 снабжен воздухораспределительными каналами 11, соединяющими его с внутренней полостью корпуса 1 токосъемника.

Воздушное охлаждение зоны скользящего контакта в предлагаемом токосъемнике происходит следующим образом.

Охлалц1,ающий воздух через штуцер 9 подают в коллектор 10 под определенным давлением еще до включения токосъемника в работу. Сжатый воздух равномерно заполняет весь объем коллектора 10 и: через каналы 11 переходит во внутреннюю полость корпуса 1, создавая в ней избыточное давление, под действием: которого открываются половинки 3 крьш1ки.

При включении токосъемника в работу подают воздух под определеннЬм давлением в пневматические камеры 8, прижимая щетки 7 к кольцам 5, т.е. осуществляют скользящий контакт. Направленные струи охлаждающего воз- дзгха, проходя непосредственно зону скольжения контакта каждой пары снизу вверх с одинаковьш давлением, равномерно охл.аждают их и одновременно увлекают за собою образовавшиеся про- износа контактных пар, не позволяя 1да распространяться в полости корпуса 1 и оседать на внутренних конструктивных элементах, а через проем, образованный в крышке, выводят их .

Струйное охлаждение контактных пар обеспечивает максимальное снижение их температуры при работе токо- съемного устройства в условиях повышенных скоростей вращения вала.

Расчеты для струйного охлаждения зоны скользящего контакта позволяют определить оптимальные размеры диаметра воздухораспределительных отверстий и расстояние от них до контактных пар. Результаты расчетов представлены на фиг. 2 в виде кривых зависимостей теплообмена (числа NU.) от относительного размера h/do , Кривая 1 получена при условии Rp 1,5 10 , кривая 2 - при-условии Rp 1,0-10 . Максимальная теплоотдача возможна при значениях параметра h/d g 2-20, после чего у обеих кривых наблюдается резкий спад.

. Результаты испытаний опытного, образца токосъемного устройства, в котором поочередно реализовано охлаждение контактных пар согласно известного и предлагаемого способов приведены в таблице.

Применение предлагаемого токосъемного устройства позволяет осуществить передачу измерительного сигнала от объектов, скорость вращения которых достигает 40 тыс, об/мин, что в несколько раз превышает максимально возможную скорость. вра111ения вала токосъемников охлаждением контактных пар известным способом.

При расстоянии свыше 40 мм- происходит резкий перегрев щеток и их разрушение.

Реализация расстояния h 1 4 мм (фиг. 2) невозможна по конструктивным соображениям.

Диаметр воздухораспределительных

каналов остается неизменным из соображений сохранения напора (скорости) воздушной струи, необходимого для удаления продуктов износа щеток при еизменном значении расхода воздуха 6. величение каналов (при неизменном G) риводит к снижению скорости воздушной струи на выходе из канала.

Таким образом, в предлагаемой конструкции токосъемника максимальное охлаждение контактных пар возможно при значении относительного зазора Ч.%, 7-18.

Для проверки уменьшения влияния онтактных термоЭДС на точность передачи измерительного сигнала за счет эффективного и равномерного ох- аждения контактных пар в предлагаемом токосъемнике проводят измеренгге значенш термоЭДС ) при увеличении скорости вращения вала. Результаты испытаний представлены в 5 кривых зависимостей на фиг. 3. Кривая 1 получена при работе опытного образца, охлаждения контактных пар в котором осуществлялось путем продувки воздуха через корпус, кривая 210 при работе образца, охлаждение в

котором осуществлялось плоским сплошным потоком воздуха,кривая 3 - при работе образца, выполненного по предлагаемому изобретению.с

15 Из приведенных зависимостей видно, что применение предлагаемого токосъемного устройства позволяет уменьшить значение паразитной контактной термоЭДС более чем в 10 раз по срав-20 нению с ее значением при работе из- вестного токосъемника при скорости вращения вала до 3 тыс. об/мин и .

. почти в 2 раза при скорости вращения вала до 25 тыс,, об/мин.

5 Таким образом, повышается надежность работы токосъемника и одновременно точность передачи измеритель- . ного сигнала в условиях повышенных скоростей вращения вала.

Повьш1ение надежности работы токосъемного устройства, т.е. увеличение времени непрерывной его работы, имеет, важной значение, например, при испытаниях и контроле температурного сос5 тояния вращающихся деталей больших газотурбинных установок и натурных конструкций. Частные остановки этих агрегатов при испытании из-за выхода из строя токосъемных устройств приводит к дополнительным затратам рабочего времени на переналадку, монтаж, а также к дополнительным затратам электроэнергии, необходимой для вывода агрегатов на рабочий режим.

5Формула изобретения

Контактный токосъемник с воздушным охлаждением, содержащий корпус с вра0 щающимся ротором, на котором установ- - лены контактные кольца, и неподвижными щетками с пневматическим прижимным устройством, воздушный коллектор, корпус установлен на жестком основаНИИ, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы токосъемника и повышения точности передачи измерительного сигнала в ;

0

условиях повышенных скоростей вращения ротора за счет направленного отвода тепла из зоны скользящего контакта и удаления продуктов износа контактных пар, воздушный коллектор расположен в полости указанного основания и снабжен воздухораспределительными каналами, соединяющими его

14 18 20 28

10 14

140 143 145 150 138 144 145 155

с внутренней полостью корпуса, причем число каналов равно числу кон- тактньк пар, ось каждого канала про5 ходит через центр зоны контакта соответствующей пары, аотношение расстояния от вьпсодного отверстия канала до контактной лары к диаметру выходного отверстия канала выбрано в пределах 7-18,

10 .

32 36

40 44 48

16 18

20 22 24

164 168 167 170

172180

173185

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи электрических сигналов с вращающихся объектов к неподвижной измерительной аппаратуре. Целью изобретения является повышение надежности работы токосъемника и точности передачи измерительного сигнала в условиях повышенных скоростей вращения вала за счет направленного отвода тепла из зоны скользящего контак -- та и удаления продуктов износа контактных пар. В основании 2 корпуса 1 расположены штудер 9 и йоздушный коллектор 10 который имеет воздухораспределительные каналы 11, соединяющие его с внутренней полостью корпуса I. Охлаждающгш воздух через штуцер 9 подают в коллектор 10 под определенным давлением. Сжатый воздух, заполнив весь объем коллектора 10, через каналы 11 переходит во внутреннюю полость корпуса 1, создавая в ней избыточное давление, под действием которого открываются половинки 3 с (С (Л с: ю 4 О) 1чЭ О Од

т

60 50 I

ча го

0,3 0.2

0.1

ОМ

0,05 0,03

0,07-150 7 /г. Зг 5г{Редактор Н. Рогулич

Составитель В, Чернов Техред М.Ходанич

Заказ 4010/47

Тираж 597

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

70720 г

Фи&.3

ЗОг Wr off/мин

Корректор С. Черни

Подписное