Устройство для измерения радиальных сил и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам и способам измерения усилий, возникающих в машинах и механизмах различного назначения. Изобретение предназначено для примененияпреимущественновгидравлических центробежных насосах.

Известно устройство для измерения усилий на валах в самолетах, в котором применяются тензометрические датчики.

Известно устройство для измерения радиальной силы, в котором тензометрические датчики наклеены на поверхность

отдельных балочек, составляющих кольцо в виде многоугольника.

Известны также устройство для измерения напряжений и способ его изготовления, основанные на наклеивании тензометриче- ских датчиков в соответствующих местах гребного винта с последующим покрытием гидролизующим эпоксидным герметиком.

Известны способы изготовления содержащих тензометры устройств для измерения усилий. Способ заключается в наклеивании тензометров на поверхности деталей.

ч VJ сл о ю

CJ

К недостаткам известиыхусфойсгвследует отнести невозможность и проблематичность их использования в насосах работающих на химически активных средах, таких как жидкий кислород, а также в условиях работы в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды.

В извесжых способах изготовления не предусматривается установка гензодатчи- ков в глубине глухого канала, как это имеет место в центробежном насосе. Использование известных способов изготовления тре буег увеличения надежности конструкции и повышения качества сборки.

Изобретение направлено на повышение эффективности за счет возможности использования в центробежных насосах, работающих на химически активных средах и в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды, а также на повышение надежности устройства

Способ направлен на повышение каче cisa сборки и надежности устройства

Сущность заключается в том, что в устройстве имеется втулка, вставленная в корпус насоса, во втулке размешается подшипник, на втулке по краям выполнены уплогнительные бурты, с гарантированным натягом входящее в расточку корпуса. 8 средней части втулки выполнены осесим- метричные цилиндрические выемки с образованием полостей между втулкой и внутренней поверхностью Kopi /ca, поверхности которых параллельны оси втулок. Полость между внутренней поверхностью корпуса и втулкой соединена с введенным в устройство источником высокою давления, а на диаметрально расположенном конце - с полостью низкого давления. Это обеспечивает возможное 1Ь продувки пррвой полости инер.ным газом при испытаниях.

Сущность способа заключается в том, что после прикрепления гензометрическмх датчиков ко втулке электрические выводы спиральноукладывакл в выемке втулки. Выемку заливают спиртом, после чего втулку охлаждают в жидком азоте до затвердения спирта с уложенными в нем электрическими выводами. После этою втулка вставляется в корпус насосэ, который предварительно нагревают. Затем испаряют азот и спирт путем нагревания собранной конструкции, после чего распрямляют свернутые в спираль электрические выводы, а полость между втулкой и корпусом заполняют наполнителем, например герметиком ВИК- СИ МТУ 1-18.

На фиг, 1 представлено устройство для измерения радиальных сил в центробежном насосе, рззрез, на фиг 2 - сечение А-А на

фиг. 1, на фиг. 3 - в увеличенном масштабе первый вариант узла I (см фиг 1) с выполнением его под подшипник (с двумя коническими ), на фиг 4 - то же, второй

вариант посадочного места под подшипник (с участком торовой поверхности); на фиг. 5 - технологический монтаж электрических аыоодов тензодатчиков.

Устройство содержит вал 1 ценгробеж0 ного насоса, корпус 2 центробежного насо- па, являющийся одновременно и корпусом устройства, ребра 3 корпуса 2 (в данной конструкции предусмотрено четырех таких ребра, расположенных осесимметрично),

5 ступицу 4 корпуса 2, воспринимающую радиальные усилия в подшипнике, наружное кольцо 5 шарикоподшипника, внутреннее кольцо б шарикоподшипника; посадочную цилиндрическую поверхность 7 наружного

0 кольца шарикоподшипника; гайку 8 и шайбу 9, с помощью которых обеспечивается жесткое крепление внутреннего кольца 6 шари- коподшипника на валу 1 Втулка 10 установлена в корпусе 2 между ступицей 4

5 и наружным кольцом 5 шарикоподшипника По кольцевым уплотнительным буртам 11 и 12 втулка 10, посажена с гарантированным натягом во внутреннюю цилиндрическую поверхность сгупицы 4 (фиг, 1). Во втулке 10

0 имеется посадочная расточка 13 под шарикоподшипник. Два варианта оформления этой расточки представлены на фиг. 3 и 4. На фиг 3 расточка 13 выполнена из двух расширяющихся к краям конических поясов

5 14 и 15 с расположенным между ними участком цилиндрической поверхности. На фиг. 4 указанная расточка 13 выполнена в виде участка торовой поверхности 16, также расширяющегося к краям втулки 10. Такое

0 конструктивное исполнение втулки обеспечивает передачу радиальной силы от подшипника на втулку в средней части поверхности 17, что обеспечивает увеличение деформации в месте крепления датчика

5 и повышение его чувствительности и точности измерения,

Такое конструктивное исполнение обеспечивает уменьшение осевого габарита устройства.

0Втулка 10 (см.фиг. 1 и 2) имеет восемь

осесиммегрично расположенных выборок (выемок), образующие поверхностей которых параллельны оси втулки, а сами поверхности 17 этих выборок вместе с расточкой

5 корпуса 2 образуют полости 18.

Втулка 10 в поперечном сечении в средней своей части имеет звездообразный профиль с осесимметрмчными цилиндрическими выемками (см.фиг 2). К четырем из полостей 18, т.е. через одну, выходят каналы

19 (28, 31. 32) корпуса 2. Против этих каналов в середине поверхностей 17 наклеены тензометрические датчики 20, которые электрическими выводами 21 соединены с герметизирующей колодкой 22 (с ее клеммами 23). Гайка 24, осуществляя поджатие прокладки 25 через колодку 22, обеспечивает герметизацию канала 19,-В устройстве имеются штуцер 26, боковой канал 27. Канал 28, симметричный каналу 19, сообщается также с боковым каналом 19 и штуцером 30. Имеются также каналы 31 и 32, которые не имеют боковых каналов и штуцеров, подобных 26, 27, 29, 30. В каждом из каналов 31, 32 располагаются свои электрические выводы 21 тензометрических датчиков 20, а также герметизирующие колодки 22 (с клеммами 23), гайками 24 и прокладками 25 (фиг. 2).

Полости между втулкой 10 и внутренней поверхностью ступицы 4 корпуса 2 (включающие полости 18) и каналы 19, 28, 31, 32 заполняют наполнителем, например герме- тиком ВИКСИНТ У1-18, для исключения обрыва выводов 21 и тензодатчиков 20 при работающем насосе. Герметик заполняют вплоть до колодок 22 и каналов 27 и 29.

Работает устройство следующим образом. При работе насоса радиальная сила от вала 1 передается на шарикоподшипник (внутреннее кольцо 6. внешнее кольцо 5), а затем - на втулку 10. Упругая деформация поверхности 17 изменяет омические сопротивления тензодатчиков 20, что позволяет определить направление и величину радиальной силы. До испытаний на работающем насосе производят тарировку датчиков 20 при подведении во внутреннюю полость насоса со стороны вала 1 и подшипника (наружное 5,внутреннее 6 кольца) давления и приложении к валу 1 соответствующих сил.

Способ изготовления заключается в следующем.

Втулка 10 имеет осесимметрично расположенные выемки, образованные поверхностями 17. На представленных изображениях (см.фиг. 2) восемь таких выемок. В этих выемках через один прикрепляют тензометрические датчики (датчик 20 на поверхности 17, фиг. 2). К датчикам припаивают электрические выводы (к датчику 20 припаивают выводы 21). Выводы 21 свертывают в виде спирали 33 (фиг. 5). Аналогичным образом свертывают выводы всех четырех тензометрических датчиков (расположение тензодатчиков 20 в выемках втулки 10 хорошо видно на фиг. 2).

Втулку 10 с тензодатчиками помещают в жидкий азот так, что ось втулки примерно параллельна поверхности жидкого азота, а

одна из выемок 17 со своим тензометриче- ским датчиком (20) и спирально свернутым электрическими выводами 33 занимает верхнее положение.

5Эту выемку заполняют жидким спиртом. Когда спирт затвердевает втулку 10 поворачивают на 90° вокруг ее оси и проделывают то же самое со следующим тензодатчиком (т.е. заливают спирт и т.д.),

0 потом опять втулку 10 поворачивают вокруг ее оси симметрии на 90° и т.д. Таким образом замораживают в спирте все четыре тензодатчика с их электрическими выводами. Корпус 2 со ступицей 4 нагревают. Ох5 лажденную втулку 10 вставляют в корпус 2 до упора (фиг. 1), фиксируя его о положение в осевом направлении с помощью стопорного кольца, контактирующего с правым концом втулки 10. На вал 1 устанавливают

0 шарикоподшипник (наружное 5, внутреннее 6 кольца). Закрепляют его от осевого перемещения относительно вала, устанавливая гайку 8 с шайбой 9, после чего собранный вал с подшипником устанавливают в корпус

5 2 со втулкой 10 (фиг. 1). Когда сборка принимает цеховую температуру, спирт в выемках 17 и в других выемках с тензодатчиками расплавляется и испаряется, освобождая спирали 33 тензодатчиков 20 (см.фиг. 2, 5)

0 После этого через канал 19. (28, 31, 32) технологическими щипцами (не показаны) подхватывают конец спирали и, растягивая, распрямляют спираль, обращенную в электрические выводы 21, которые вставляют и

5 пропаивают в клеммах 23 герметизирующей колодки 22. Гайкой 24 уплотняют колодку 22 с прокладкой 25.

Аналогичным образом осуществляют сборку остальных трех узлов датчиков 20 и

0 колодок 22.

Через один из штуцеров 26 или 30 заполняют внутреннюю полость между втулкой 10 и ступицей 4 корпуса 2 (полости 18), а также каналы 19.28,31 и 32 наполнителем,

5 например герметиком ВИКСИНТ У1-18. Заполнять указанную полость герметиком не обязательно. Это целесообразно делать, когда предусматривается измерение радиальной силы при работе насоса на взрыво0 безопасной жидкости, например такой, как вода. Если виброперегрузки не достигают чрезмерных величин (при работе насоса) можно также полости 18 герметиком не заполнять.

5При проведении измерений во время

работы насоса на взрывоопасной жидкости с случаях недопустимости протекания жидкости в полости расположения тензометрических датчиков и их электрических выводов 18, 19 и др. штуцер 26 канала 19 соединен с

баллоном газа высокого давления, например азота, а аналогичный штуцер 30 канала 28 соединен с полостью низкого давления, что обеспечивает продувку полостей расположения тензодатчиков и выводов инертным газом. Такая продувка имеет смысл, когда имеет место возможная негерметичность уплотнения кольцевыми буртами 11 и 12.

Следует отметить, что вал 1, корпус 2 со ступицей 4, шарикоподшипник (кольца 5 и б) могут быть штатными деталями насоса, а втулка 10 - специально изготовленная деталь для измерения радиальных сил в насосе.

Некоторые детали насоса (рабочее колесо, другой подшипниковый узел на фиг. 1-5 не показаны).

Втулка 10 не обязательно должна иметь выемки для четырех тензодатчиков. Тензодатчиков может быть и 3 и 6, и 8 и т.д. В этом случае может быть выполнено другое число выемок (поверхность 17). Следует отметить, что поверхность 17 может иметь и несколько другую форму и выполнена выпуклой обкаткой вокруг оси втулки 10, при этом на краях выемок будут участки вогнутых цилиндрических поверхностей от фрезы.

Каналы 31 и 32 можно не выполнять в отдельных случаях, а электрические выводы тензодатчиков осуществлять через каналы 19 и 28, увеличив число клемм 23 на герметизирующих колодках 22.

Наличие выемок, определяемых поверхностями 17, обеспечивает возможность размещения достаточно длинных электрических выводов в форме спирали 33 (см.фиг. 5), их замораживание в спирте, что важно для обеспечения возможности запрессовки втулки 10 в ступице 4 корпуса 2.

Конструкция устройства обеспечивает возможность ее использования на химически активных и криогенных рабочих средах насосов в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды. Это обеспечивается благодаря герметизации полости тензодатчиков и их электрических выводов и создания вокруг них инертной среды.

Изобретение позволяет реализовать конструкцию за счет использования замораживания технологического спирта и жидкого азота, а также наполнителя. Это обеспечивает высокое качество сборки и надежности устройства, что особенно важно при высоких виброперегрузках, имеющих место на рабочих режимах работы центробежных насосов большой мощности.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения радиальных сил, содержащее установленную в корпусе втулку с размещенным в ней подшипником и тензодатчиками на ее поверхности, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности за счет возможности использования в центробежных насосах, работающих на химически активных средах и в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды, в корпусе выполнена цилиндрическая расточка, концы втулки снабжены кольцевыми буртами, размещенными с натягом в цилиндрической расточке, в средней части втулки выполнены осесимметричные цилиндрические выемки с образованием полостей между втулкой и внутренней поверхностью

корпуса, поверхности которых параллельны оси втулки.

2.Устройство поп. 1,отличаю щее- с я тем, что, с целью повышения надежно- сти„одна полость между внутренней поверхностью корпуса и втулкой соединена с введенным в устройство источником высокого давления, а другая - с введенной полостью низкого давления.

3.Способ изготовления устройства для измерения радиальных сил, заключающийся в закреплении тензодатчиков на поверхности втулки и ее установке в корпусе, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества сборки и надежности устройства, после закрепления тензодатчиков на поверхности втулки электрические выводы тензодатчиков укладывают спирально в соответствующей выемке втулки, заполняют выемку с электрическими выводами спиртом и охлаждают в жидком азоте до затвердевания спирта, перед установкой втулки корпус нагревают, после чего испаряют азот и спирт, выпрямляют электрические выводы, а полости между внутренней поверхностью корпуса и втулкой заполняют наполнителем.

/

мшм

WffPMm

ФигЗ

J

2fopt/0H/7 7

Сущность изобретения: устройство содержит втулку (10) с кольцевыми буртами 11, 12, которые размещены с натягом в выполненной в корпусе (2) со ступицей (4) цилиндрической расточке. В средней части втулки

Фиг.4

-20

Фиг.5