JP2006242586A - Stress measuring apparatus and strain gauge mounting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機用タービン翼の応力計測等に適用され、応力検出体を構成する歪ゲージにより前記タービン翼を含む構造体に作用する応力を検出するとともに、回転体で構成された前記構造体において前記応力検出体のからの検出データを容易に外部に取り出すように構成された応力計測装置、並びに前記応力検出体としての歪ゲージの取付方法に関する。 The present invention is applied to, for example, stress measurement of a turbo blade for a turbocharger, detects a stress acting on a structure including the turbine blade by a strain gauge constituting the stress detection body, and includes the rotating body. The present invention relates to a stress measurement device configured to easily extract detection data from the stress detection body to the outside in a structure, and a method of attaching a strain gauge as the stress detection body.
排気ターボ過給機(以下過給機という)のタービン翼の応力計測には応力検出体として歪ゲージが用いられているが、該タービン翼は高速回転であるため、前記歪ゲージの取付け部近傍の重力加速度が約10万G相当と大きく、かつタービン翼の周囲のガス温度が500℃程度に昇る高温であることから、歪ゲージのタービン翼からの剥離や該歪ゲージからの出力用導線の断線等の不具合が発生し易い環境にある。 A strain gauge is used as a stress detector for stress measurement of turbine blades of an exhaust turbocharger (hereinafter referred to as a turbocharger), but since the turbine blades rotate at high speed, the vicinity of the strain gauge attachment portion The gravitational acceleration of the turbine blade is as large as about 100,000 G, and the gas temperature around the turbine blade is a high temperature that rises to about 500 ° C. Therefore, the strain gauge is peeled off from the turbine blade and the output wire from the strain gauge is The environment is prone to problems such as disconnection.
応力検出体として歪ゲージを用いて、蒸気タービンの動翼(タービン翼)の応力を検出する技術の一つに特許文献1(実開昭57−103596号公報)にて提供されている技術がある。
かかる技術においては、蒸気タービンの低圧段のタービン翼に貼着した歪ゲージに、タービンロータのディスク部側面に取付けられた送信アンテナを接続するとともに、ケース側に受信アンテナを取付け、前記ディスク部側面に取り付けられた送信アンテナから発振された歪ゲージによる応力検出信号を、静止部材に取付けられている受信アンテナに伝送するように構成している。
A technique provided in Patent Document 1 (Japanese Utility Model Laid-Open No. 57-103596) is one of techniques for detecting the stress of a moving blade (turbine blade) of a steam turbine using a strain gauge as a stress detector. is there.
In such a technique, a transmission antenna attached to a side surface of a disk part of a turbine rotor is connected to a strain gauge attached to a turbine blade of a low-pressure stage of a steam turbine, and a receiving antenna is attached to a case side. The stress detection signal from the strain gauge oscillated from the transmitting antenna attached to the transmitter is transmitted to the receiving antenna attached to the stationary member.
過給機のタービン翼の応力計測に、応力検出体として歪ゲージを用いる場合において、前記のように、タービン翼は高温下での高速回転で運転されているため、歪ゲージのタービン翼からの剥離や該歪ゲージからの出力用導線の断線等の不具合が発生し易い条件下にある。
かかる不具合の発生を回避する手段として、歪ゲージを溶射によってタービン翼に貼り付ける手段が提供されているが、溶射対応の歪ゲージは高価であり、また歪ゲージの溶射による貼り付けは作業期間が長くなる、という課題がある。
また、前記特許文献1(実開昭57−103596号公報)には、低温下にある蒸気タービンの低圧段のタービン翼の応力計測であることから、前記のような不具合の発生を回避する手段は講じられていない。
In the case of using a strain gauge as a stress detector for stress measurement of a turbo blade of a turbocharger, as described above, the turbine blade is operated at a high speed under high temperature. It is in a condition where defects such as peeling and disconnection of the output conductor from the strain gauge are likely to occur.
As means for avoiding the occurrence of such a problem, means for attaching a strain gauge to a turbine blade by thermal spraying is provided, but a strain gauge compatible with thermal spraying is expensive, and the application of strain gauge by thermal spraying requires a work period. There is a problem of becoming longer.
Further, in Patent Document 1 (Japanese Utility Model Publication No. 57-103596), since the stress measurement is performed on the turbine blade of the low-pressure stage of the steam turbine at a low temperature, means for avoiding the occurrence of the above-described problem is disclosed. Is not taken.
また、タービン翼の応力検出データを、タービン翼及びタービンロータを含む回転部からデータ処理を行う静止部に伝送するにあたっては、前記特許文献1においては、タービンロータのディスク部側面に取付けられた送信アンテナから、ケース側の受信アンテナに応力検出データを伝送するようになっているため、送信アンテナがガス中に晒されており、前記ガスが高温ガスの場合は、送信アンテナの溶損や破損が生じ、またコンパクト性にも欠ける。 In transmitting the stress detection data of the turbine blade from the rotating portion including the turbine blade and the turbine rotor to the stationary portion that performs data processing, in Patent Document 1, the transmission attached to the side surface of the disk portion of the turbine rotor. Since the stress detection data is transmitted from the antenna to the receiving antenna on the case side, the transmitting antenna is exposed to the gas, and if the gas is a high-temperature gas, the transmitting antenna may be melted or damaged. Is produced and lacks compactness.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、高温、高回転下においても歪ゲージのタービン翼等の被貼着構造物からの剥離や該歪ゲージからの出力用導線の断線等の不具合の発生を回避できて応力計測の信頼性を向上するとともに、低価格で被貼着構造物への貼り付け作業が短時間で簡単にできる歪ゲージの取付方法を提供することを第1の目的とする。
また、本発明の第2の目的は、小型コンパクトな構造で以って、応力検出データのタービンロータ等の回転体からの応力検出データを、送信アンテナ等の送信部材の破損を伴うことなく安全かつ正確に送信可能とした応力計測装置を提供することにある。
In view of the problems of the prior art, the present invention is free from the occurrence of defects such as peeling from a bonded structure such as a turbine blade of a strain gauge or disconnection of an output lead wire from the strain gauge even under high temperature and high rotation. A first object of the present invention is to provide a strain gauge mounting method that can be avoided and improve the reliability of stress measurement, and that can be easily applied to a structure to be bonded at a low cost in a short time.
In addition, the second object of the present invention is to provide a small and compact structure that can safely transfer stress detection data from a rotating body such as a turbine rotor without damaging a transmission member such as a transmission antenna. It is another object of the present invention to provide a stress measuring apparatus that can transmit accurately.
本発明はかかる目的を達成するもので、歪ゲージにより構造体に作用する応力を検出する応力計測装置において、前記歪ゲージがステンレス箔を含む金属箔の上に点溶接によって固定され、該歪ゲージの出力端と前記歪ゲージの出力用のシース線の端部とが銀ろう付けを含むろう付けによって接続されて該接続部を接着材により前記金属箔上に固定され、該接着材上をステンレス箔を含む金属箔で覆って構成されてなり、前記各部材が前記金属箔の上に固定され一体化された歪ゲージユニットをそなえたことを特徴とする。
かかる発明において、好ましくは、前記接続部において前記歪ゲージの出力端とシース線とを一定量の弛みを持たせて接続するとともに、前記シース線をステンレス箔を含む押え用箔を介して前記金属箔の上に点溶接により固定する。
The present invention achieves such an object, and in a stress measuring device for detecting stress acting on a structure by a strain gauge, the strain gauge is fixed on a metal foil including a stainless steel foil by spot welding, and the strain gauge The output end of the strain gage and the end of the sheath wire for output of the strain gauge are connected by brazing including silver brazing, and the connecting portion is fixed onto the metal foil by an adhesive, and the stainless steel is placed on the adhesive. The present invention is characterized by comprising a strain gauge unit which is configured to be covered with a metal foil including a foil and in which each member is fixed and integrated on the metal foil.
In this invention, preferably, the output end of the strain gauge and the sheath wire are connected with a certain amount of slack at the connection portion, and the sheath wire is connected to the metal via a pressing foil including a stainless steel foil. It is fixed on the foil by spot welding.
また、前記歪ゲージの取付方法の発明は、歪ゲージの出力端を該歪ゲージの出力用のシース線の端部に銀ろう付けを含むろう付けによって接続し、該接続部をステンレス箔を含む金属箔の上に接着材で固定し、該接着材上をステンレス箔を含む金属箔で覆い、前記歪ゲージを前記金属箔の上に点溶接によって固定し、前記シース線の端部をステンレス箔を含む押え用箔を介して前記金属箔の上に点溶接により固定することを特徴とする。 Further, the invention of the strain gauge mounting method includes connecting the output end of the strain gauge to the end of the output sheath wire of the strain gauge by brazing including silver brazing, and including the stainless steel foil in the connecting portion. The metal foil is fixed on the metal foil with an adhesive, and the adhesive is covered with a metal foil including a stainless steel foil. The strain gauge is fixed on the metal foil by spot welding, and the end portion of the sheath wire is stainless steel foil. It fixes by the point welding on the said metal foil through the foil for pressers containing.
また、前記歪ゲージをタービン翼を含む回転体の応力検出体に適用した発明は、前記歪ゲージがステンレス箔を含む金属箔の上に点溶接によって固定され、該歪ゲージの出力端と前記歪ゲージの出力用のシース線の端部とが銀ろう付けを含むろう付けによって接続されて該接続部を接着材により前記金属箔上に固定され、該接着材上をステンレス箔を含む金属箔で覆って構成されてなり、前記各部材が前記金属箔の上に固定され一体化された歪ゲージユニットを、前記金属箔を前記回転体の表面に点溶接によって固定したことを特徴とする。 Further, in the invention in which the strain gauge is applied to a stress detection body of a rotating body including a turbine blade, the strain gauge is fixed on a metal foil including a stainless steel foil by spot welding, and the output end of the strain gauge and the strain The end of the sheath wire for output of the gauge is connected by brazing including silver brazing, and the connecting portion is fixed onto the metal foil with an adhesive, and the adhesive is covered with a metal foil including stainless steel foil. The strain gauge unit is configured to be covered and fixed on the metal foil and integrated, and the metal foil is fixed to the surface of the rotating body by spot welding.
かかる発明によれば、歪ゲージの出力端を該歪ゲージからに応力検出データ出力用のシース線の端部に好ましくは銀ろう付けによるろう付けによって接続し、この接続部を好ましくはステンレス箔からなる金属箔の上に好ましくはセラミック接着材からなる接着材で固定し、該接着材上を好ましくはステンレス箔からなる金属箔で覆う。
次いで前記のようにしてシース線の端部に接続された歪ゲージを前記金属箔の上に点溶接によって固定し、さらに前記シース線の端部を好ましくはステンレス箔を含む押え用箔を介して点溶接により前記金属箔の上に固定する。
According to this invention, the output end of the strain gauge is connected from the strain gauge to the end of the sheath wire for outputting stress detection data, preferably by brazing with silver brazing, and this connection is preferably made of stainless steel foil. The metal foil is preferably fixed with an adhesive made of a ceramic adhesive, and the adhesive is covered with a metal foil preferably made of stainless steel foil.
Next, the strain gauge connected to the end portion of the sheath wire as described above is fixed onto the metal foil by spot welding, and the end portion of the sheath wire is preferably inserted through a presser foil including a stainless steel foil. It fixes on the said metal foil by spot welding.
以上の工程により、好ましくはステンレス箔からなる金属箔の上に、歪ゲージが点溶接によって固定され、該歪ゲージの出力端とシース線の端部との接続部が表面を金属箔で覆った形態で接着材により固定され、さらにシース線の端部が金属箔を介して点溶接によって固定されてなる歪ゲージユニットが得られるので、1枚の金属箔の上に、歪ゲージ及びシース線の端部を点溶接によって固定するとともに該歪ゲージの出力端とシース線の端部との接続部を金属箔で覆った形態で接着材により固定してなる強固な構造の歪ゲージユニットとなり、タービン翼等の高温下で高速回転する構造体に貼着しても、歪ゲージの構造体からの剥離の発生を防止できるとともに、該歪ゲージに接続されるシース線の断線や該歪ゲージとシース線の端部との接続部の剥離の発生を防止でき、信頼性が向上された応力計測装置が得られる。 Through the above steps, the strain gauge is preferably fixed by spot welding on the metal foil made of stainless steel foil, and the connection portion between the output end of the strain gauge and the end of the sheath wire covers the surface with the metal foil. In this way, a strain gauge unit is obtained, which is fixed by an adhesive in the form and the end of the sheath wire is fixed by spot welding through the metal foil, so that the strain gauge and the sheath wire are formed on one metal foil. The end portion is fixed by spot welding and the connection portion between the output end of the strain gauge and the end portion of the sheath wire is covered with a metal foil and fixed with an adhesive material, thereby forming a strain gauge unit having a strong structure. Even when affixed to a structure that rotates at a high temperature, such as a wing, it is possible to prevent the strain gauge from peeling off from the structure, and to disconnect the sheath wire connected to the strain gauge or to connect the strain gauge to the sheath. With the end of the line It is possible to prevent the occurrence of peeling of the connection portion, stress reliability have been improved measuring device is obtained.
また、1枚の金属箔の上に、歪ゲージ及びシース線の端部を点溶接によって固定するとともに該歪ゲージの出力端とシース線の端部との接続部を金属箔で覆った形態で接着材により固定してなる歪ゲージユニットを、タービン翼を含む回転体等の構造体に、該歪ゲージユニットのベースである金属箔を前記構造体(回転体)の表面に点溶接によって固定するのみで該構造体に貼着できるので、従来技術に係る歪ゲージを溶射によって構造体(タービン翼)に貼り付ける手段に比べて、歪ゲージユニットを低価格で構成できるとともに、歪ゲージユニットの構造体(回転体)への貼着作業を短時間で簡単に行なうことができる。 In addition, the strain gauge and the end of the sheath wire are fixed on one metal foil by spot welding, and the connecting portion between the output end of the strain gauge and the end of the sheath wire is covered with the metal foil. A strain gauge unit fixed by an adhesive is fixed to a structure such as a rotating body including turbine blades, and a metal foil as a base of the strain gauge unit is fixed to the surface of the structure (rotating body) by spot welding. As a result, the strain gauge unit can be constructed at a lower cost and the structure of the strain gauge unit is lower than the means for attaching the strain gauge according to the prior art to the structure (turbine blade) by thermal spraying. The sticking work to the body (rotating body) can be easily performed in a short time.
また、本発明は、タービン翼を含む回転体に取付けられて該回転体に作用する応力を検出する応力検出体の出力端に接続される応力検出用の導線を回転体の軸部を通して外部に取り出すように構成された回転体の応力計測装置において、筒状のカプセルケース内にトランスミッタとトランスミッタ駆動用の電源体とが収納されカプセル状に一体化された送信カプセルと、該送信カプセルのトランスミッタに接続されて前記応力検出体から該トランスミッタに伝送された応力検出データを前記回転体の外部に設置された受信アンテナに送信する送信アンテナとを前記回転体の端部に取付けたことを特徴とする。 The present invention also provides a stress detection lead wire connected to an output end of a stress detection body that is attached to a rotary body including turbine blades and detects a stress acting on the rotary body, through the shaft portion of the rotary body. In a stress measuring device for a rotating body configured to be taken out, a transmission capsule in which a transmitter and a power source for driving a transmitter are housed in a cylindrical capsule case and integrated in a capsule shape, and a transmitter of the transmission capsule A transmitting antenna that is connected and transmits stress detection data transmitted from the stress detecting body to the transmitter to a receiving antenna installed outside the rotating body is attached to an end of the rotating body. .
かかる発明によれば、筒状のカプセルケース内にトランスミッタとトランスミッタ駆動用の電源体とが収納されカプセル状に一体化された送信カプセルと、前記応力検出体から該送信カプセルのトランスミッタに伝送された応力検出データを前記回転体の外部に設置された受信アンテナに送信する送信アンテナとを、回転体端部のスペースを有効利用して設置したので、応力検出体からの応力検出データ送信設備が小型コンパクトになるとともに、前記特許文献1にて提供された従来技術のように、送信アンテナを含む応力検出データ送信設備が高温のガス中に晒されて該送信アンテナの溶損や破損が発生することがなく、該応力検出データ送信設備の耐久性、信頼性が著しく向上する。 According to this invention, the transmitter and the power source for driving the transmitter are housed in a cylindrical capsule case and integrated in a capsule shape, and transmitted from the stress detector to the transmitter of the transmission capsule Since the transmitting antenna that transmits the stress detection data to the receiving antenna installed outside the rotating body is installed using the space at the end of the rotating body, the stress detection data transmitting equipment from the stress detecting body is small. In addition to being compact, as in the prior art provided in Patent Document 1, stress detection data transmission equipment including a transmission antenna is exposed to high-temperature gas and the transmission antenna is melted or damaged. Therefore, the durability and reliability of the stress detection data transmission facility are remarkably improved.
また、かかる発明において好ましくは、前記電源体を複数個のリチウムボタン電池で構成するとともに前記トランスミッタを該リチウムボタン電池と同数個設けて、前記各リチウムボタン電池と各トランスミッタとを導線でそれぞれ接続して前記カプセルケース内の周方向に配設し、両者を前記カプセルケースにモールドする。
このように構成すれば、送信カプセル内において、小型で安価なリチウムボタン電池をトランスミッタの電源として使用したので、バッテリーの市販品等に比べてトランスミッタの電源が低コスト化できるとともに、複数個の前記リチウムボタン電池と各トランスミッタとを導線でそれぞれ接続してカプセルケース内の周方向に配設してカプセルケースにモールドしたので、前記送信カプセルを小型化でき、結果として前記応力検出データ送信設備をさらに小型コンパクト化できる。
Preferably, in the invention, the power source is composed of a plurality of lithium button batteries, and the same number of transmitters as the lithium button batteries are provided, and the lithium button batteries and the transmitters are connected to each other by conductive wires. Are arranged in the circumferential direction in the capsule case, and both are molded into the capsule case.
With this configuration, since a small and inexpensive lithium button battery is used as the power source of the transmitter in the transmission capsule, the power source of the transmitter can be reduced in cost compared to a commercially available battery, etc. Since the lithium button battery and each transmitter are connected by conducting wires and arranged in the circumferential direction in the capsule case and molded in the capsule case, the transmission capsule can be reduced in size, and as a result, the stress detection data transmission facility is further provided. Small and compact.
また、かかる発明において好ましくは、前記送信カプセルの装着部の外側に、該送信カプセルの周辺を冷却する冷却水が循環する冷却水管路を設けるとともに、前記送信カプセルに冷却空気を吹き付ける冷却空気噴出口をそなえた冷却空気管を設け、前記冷却水管路内の冷却水により前記送信カプセルを間接冷却するとともに、前記冷却空気の吹き付けにより該送信カプセルを直接冷却するように構成する。
このように構成すれば、前記送信カプセルの周囲を冷却水管路内を循環する冷却水によって間接冷却することによって該送信カプセルの周囲の雰囲気温度を下げる手段と、前記冷却空気の吹き付けにより該送信カプセルを直接冷却する手段とを併用することにより、送信カプセルの冷却効果が上昇し、送信カプセルを常時許容温度以下に保持できる。
In this invention, preferably, a cooling water conduit for circulating cooling water that cools the periphery of the transmission capsule is provided outside the mounting portion of the transmission capsule, and a cooling air outlet that blows cooling air to the transmission capsule The cooling capsule is provided so that the transmission capsule is indirectly cooled by the cooling water in the cooling water pipe, and the transmission capsule is directly cooled by blowing the cooling air.
According to this structure, means for lowering the ambient temperature around the transmission capsule by indirectly cooling the periphery of the transmission capsule with the cooling water circulating in the cooling water pipe, and the transmission capsule by blowing the cooling air By using together with the means for directly cooling the transmission capsule, the cooling effect of the transmission capsule is increased, and the transmission capsule can be always kept below the allowable temperature.
本発明によれば、好ましくはステンレス箔からなる1枚の金属箔の上に、歪ゲージ及びシース線の端部を点溶接によって固定するとともに該歪ゲージの出力端とシース線の端部との接続部を金属箔で覆った形態で接着材により固定してなる強固な構造の歪ゲージユニットとなり、タービン翼等の高温下で高速回転する構造体に貼着しても、歪ゲージの構造体からの剥離の発生を防止できるとともに、該歪ゲージに接続されるシース線の断線や該歪ゲージとシース線の端部との接続部の剥離の発生を防止でき、信頼性が向上された応力計測装置が得られる。
また、前記のように構成された歪ゲージユニットを、タービン翼を含む回転体等の構造体に、該歪ゲージユニットのベースである金属箔を前記構造体(回転体)の表面に点溶接によって固定するのみで該構造体に貼着できるので、従来技術に係る歪ゲージを溶射によって構造体(タービン翼)に貼り付ける手段に比べて、歪ゲージユニットを低価格で構成できるとともに、歪ゲージユニットの構造体(回転体)への貼着作業を短時間で簡単に行なうことができる。
According to the present invention, the ends of the strain gauge and the sheath wire are fixed on one metal foil preferably made of stainless steel foil by spot welding, and the output end of the strain gauge and the end of the sheath wire are fixed. It becomes a strain gauge unit with a strong structure in which the connection part is covered with metal foil and fixed with an adhesive, and even if it is attached to a structure that rotates at high speeds such as turbine blades at high temperatures, the strain gauge structure Stress that can prevent the occurrence of delamination from the wire and can prevent the breakage of the sheath wire connected to the strain gauge and the separation of the connection portion between the strain gauge and the end of the sheath wire. A measuring device is obtained.
Also, the strain gauge unit configured as described above is applied to a structure such as a rotating body including turbine blades, and a metal foil that is a base of the strain gauge unit is spot-welded to the surface of the structure (rotating body). Since it can be attached to the structure simply by fixing it, the strain gauge unit can be constructed at a lower price than the means for attaching the strain gauge according to the prior art to the structure (turbine blade) by thermal spraying. The sticking work to the structure (rotating body) can be easily performed in a short time.
また本発明によれば、筒状のカプセルケース内にトランスミッタとトランスミッタ駆動用の電源体とが収納されカプセル状に一体化された送信カプセルと、前記応力検出体から応力検出データ送信用の送信アンテナとを、回転体端部のスペースを有効利用して設置したので、応力検出データ送信設備が小型コンパクトになるとともに、送信アンテナを含む応力検出データ送信設備が高温のガス中に晒されて該送信アンテナの溶損や破損が発生することがなく、該応力検出データ送信設備の耐久性、信頼性が著しく向上する。 According to the present invention, a transmission capsule in which a transmitter and a power source for driving a transmitter are housed in a cylindrical capsule case and integrated in a capsule shape, and a transmission antenna for transmitting stress detection data from the stress detection body Is installed by effectively utilizing the space at the end of the rotating body, so that the stress detection data transmission equipment becomes compact and compact, and the stress detection data transmission equipment including the transmission antenna is exposed to high-temperature gas to transmit the stress detection data transmission equipment. The antenna is not damaged or damaged, and the durability and reliability of the stress detection data transmission equipment are remarkably improved.
また本発明によれば、送信カプセル内において、小型で安価なリチウムボタン電池をトランスミッタの電源として使用することにより、トランスミッタの電源が低コスト化できるとともに、複数個の前記リチウムボタン電池と各トランスミッタとを導線でそれぞれ接続してカプセルケース内の周方向に配設してカプセルケースにモールドすることにより、送信カプセルを小型化でき、結果として前記応力検出データ送信設備をさらに小型コンパクト化できる。
また本発明によれば、送信カプセルの周囲を冷却水管路内を循環する冷却水によって間接冷却することによって該送信カプセルの周囲の雰囲気温度を下げる手段と、前記冷却空気の吹き付けにより該送信カプセルを直接冷却する手段とを併用することにより、送信カプセルの冷却効果が上昇し、送信カプセルを常時許容温度以下に保持できる。
Further, according to the present invention, by using a small and inexpensive lithium button battery as a power supply for the transmitter in the transmission capsule, the power supply of the transmitter can be reduced, and a plurality of the lithium button batteries and each transmitter can be reduced. Are connected in the circumferential direction in the capsule case and molded in the capsule case, whereby the transmission capsule can be reduced in size, and as a result, the stress detection data transmission facility can be further reduced in size and size.
Further, according to the present invention, means for lowering the ambient temperature around the transmission capsule by indirectly cooling the periphery of the transmission capsule with cooling water circulating in the cooling water pipe, and the transmission capsule by blowing the cooling air By using together with the means for directly cooling, the cooling effect of the transmission capsule is increased, and the transmission capsule can always be kept below the allowable temperature.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は、本発明の第1実施例に係る歪ゲージユニットを示し、(A)は側面図、(B)は平面図である。また図2は、前記第1実施例に係る過給機用タービン翼の歪ゲージユニット取付構造を示し、(A)は過給機のタービンロータの概略正面図、(B)はタービン翼への歪ゲージユニット取付構造を示す側面図である。
図1において、10は歪ゲージユニットで、次のように構成されている。
1は応力検出(歪検出)用の歪ゲージ、2はステンレス箔で、前記歪ゲージ1は、たとえばSKW−10230型歪ゲージ等の市販品を適用でき、前記ステンレス箔2の上面に点溶接(スポット溶接)によって固定されている。8は点溶接部を示す。
1A and 1B show a strain gauge unit according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a plan view. FIG. 2 shows the strain gauge unit mounting structure of the turbocharger turbine blade according to the first embodiment, (A) is a schematic front view of the turbine rotor of the turbocharger, and (B) is a view of the turbine blade. It is a side view which shows a strain gauge unit attachment structure.
In FIG. 1,
1 is a strain gauge for stress detection (strain detection), 2 is a stainless steel foil, and the strain gauge 1 can be a commercially available product such as SKW-10230 type strain gauge, and is spot welded to the upper surface of the stainless steel foil 2 ( It is fixed by spot welding).
6は前記歪ゲージ1からの応力検出データを伝送するシース線である。該シース線6の入力側端部6aと前記歪ゲージ1の出力端1aとは銀ろう付け7によって接続され(銀ろう付け以外のろう付けでもよい)、該接続部をセラミック接着材5により前記ステンレス箔2上に固定し、該セラミック接着材5を押え用ステンレス箔3で覆っている。
前記歪ゲージ1の出力端1aとシース線6の入力側端部6aとは、前記銀ろう付け7による接続部において一定量の弛みを持たせて接続して前記セラミック接着材5により固定するとともに、前記シース線6をステンレス箔からなる押え用箔4で押えて前記ステンレス箔2の上に点溶接(8は点溶接部を示す)により固定している。
このように、歪ゲージ1の出力端1aとシース線6の入力側端部6aとは、前記銀ろう付け7による接続部において一定量の弛みを持たせて接続してセラミック接着材5により固定することにより、歪ゲージ1とシース線6との間に不測の力が作用した際の歪ゲージ1の剥離あるいはシース線6の断線の発生を防止できる。
尚、前記ステンレス箔に代えて、温度条件や回転数条件によっては他の金属箔の使用も可能である。
A sheath wire 6 transmits stress detection data from the strain gauge 1. The
The
In this way, the
In place of the stainless steel foil, other metal foils can be used depending on temperature conditions and rotation speed conditions.
前記のような、歪ゲージユニット10を製作して、排気ターボ過給機のタービン翼の応力検出用として、該タービン翼に取付ける際には、次の要領によって行なう。
即ち、先ず前記歪ゲージ1の出力端1aを、前記シース線6の入力側端部6aに銀ろう付け7によって接続し、この接続部を前記ステンレス箔2の上に、前記のように一定量の弛みを持たせてセラミック接着材5で固定し、該セラミック接着材5上を押え用ステンレス箔3で覆う。
次いで、前記のようにしてシース線6の入力側端部6aに接続された歪ゲージ1を前記ステンレス箔2の上に点溶接8によって固定し、さらに前記シース線6の端部をステンレス箔からなる押え用箔4で押えて前記ステンレス箔2の上に点溶接8によって固定する。
When the
That is, first, the
Next, the strain gauge 1 connected to the input
以上のようにして製作した歪ゲージユニット10は、図2(A),(B)のように、タービンロータ12の外周に多数植設されたタービン翼11の応力検出部位に貼着される。かかる貼着にあたっては、前記歪ゲージユニット10のベースであるステンレス箔2をタービン翼11の表面に点溶接することによって、該歪ゲージユニット10を固定する。そして、該歪ゲージユニット10からのシース線6をステンレス箔からなる押さえ用箔012によって前記タービン翼11に点溶接する。(D)は図2(B)のC−C断面図である。シース線6はステンレス箔からなる押さえ用箔012でタービン翼11の表面に点溶接8され、貼着されている。尚、この例では、4個のタービン翼11について歪ゲージユニット10を装着した場合を示しているが、歪ゲージユニット10を装着するタービン翼11の個数は任意である。
The
かかる第1実施例によれば、歪ゲージ1の出力端1aを該歪ゲージ1からの応力検出データ出力用のシース線6の入力側端部6aに銀ろう付け7によって接続し、この接続部をステンレス箔2の上にセラミック接着材5で固定し、該接着材5上を押え用ステンレス箔3で覆い、さらに前記シース線6の入力側端部6aに接続された歪ゲージ1を前記ステンレス箔2の上に点溶接8によって固定し、さらに前記シース線6の端部をステンレス箔等の押え用箔4で押えて、前記ステンレス箔2の上に点溶接8によって固定する、という工程によって、歪ゲージユニット10を製作できる。
According to the first embodiment, the
以上のような工程により、ベースとなるステンレス箔2の上に、歪ゲージ1が点溶接8によって固定され、該歪ゲージ1の出力端1aとシース線6の入力側端部6aとの接続部が表面を押え用ステンレス箔3で覆った形態でセラミック接着材5により固定され、さらにシース線6の端部が押え用箔を介して点溶接8によって固定されてなる歪ゲージユニット10が得られるので、1枚のステンレス箔2の上に、歪ゲージ1及びシース線6の入力側端部6aを点溶接8によって固定するとともに該歪ゲージ1の出力端1aとシース線6の入力側端部6aとの接続部を押え用ステンレス箔3で覆った形態でセラミック接着材5により固定してなる強固な構造の歪ゲージユニット10となり、タービン翼11のような高温下で高速回転する構造体に貼着しても、歪ゲージ1のタービン翼11からの剥離の発生を防止できるとともに、該歪ゲージ1に接続されるシース線6の断線や該歪ゲージ1とシース線6の端部との接続部の剥離の発生を防止でき、信頼性が向上された応力計装置が得られる。
Through the steps as described above, the strain gauge 1 is fixed on the base stainless steel foil 2 by
また、1枚のステンレス箔2の上に、歪ゲージ1及びシース線6の端部を点溶接8によって固定するとともに該歪ゲージ1の出力端と1aとシース線6の入力側端部6aとの接続部を押え用ステンレス箔3で覆った形態で接着材5により固定してなる歪ゲージユニット10を、タービン翼11に、該歪ゲージユニット10のベースであるステンレス箔2を前記タービン翼11の表面に点溶接8によって固定するのみで該タービン翼11に貼着できるので、従来技術に係る歪ゲージを溶射によってタービン翼11に貼り付ける手段に比べて、歪ゲージユニット10を低価格で構成できるとともに、歪ゲージユニット10のタービン翼11への貼着作業を短時間で簡単に行なうことができる。
Further, the ends of the strain gauge 1 and the sheath wire 6 are fixed on the single stainless steel foil 2 by
図3は本発明の第2実施例に係る送信カプセルを備えた応力検出データ送信設備の過給機タービンロータ端部への取付構造を示す縦断面図である。また図4は前記第2実施例における送信カプセルを示し、(A)は正面図(断面表示)、(B)は(A)におけるA―A線断面図、(C)は(A)におけるB―B線断面図である。図5は前記第2実施例におけるリチウムボタン電池の側面図である。
図3において、12はタービンロータ、11はタービン翼、10は該タービン翼11に貼着された歪ゲージユニット、60は該歪ゲージユニット10からの応力検出用の導線である。前記歪ゲージユニット10は、図2の第1実施例のように4個のタービン翼11に貼着されている。12aは前記タービンロータ12の回転軸心である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a structure for mounting a stress detection data transmission facility equipped with a transmission capsule according to a second embodiment of the present invention to the end of a turbocharger turbine rotor. FIG. 4 shows the transmission capsule in the second embodiment, (A) is a front view (sectional view), (B) is a cross-sectional view taken along line AA in (A), and (C) is B in (A). FIG. FIG. 5 is a side view of the lithium button battery in the second embodiment.
In FIG. 3, 12 is a turbine rotor, 11 is a turbine blade, 10 is a strain gauge unit affixed to the
30は後述するように構成された送信カプセル、35は前記タービンロータ12の軸端面に複数のボルト350によって固定された筒状のハウジングで、該ハウジング35の内部に前記送信カプセル30が収納、固定されている。41は前記ハウジング35のカバー、36は送信アンテナで、該送信アンテナ36は、複数のボルト410によって前記ハウジング35の後端面に前記カバー41と共締めにて固定されている。これらによって送信ユニット300を構成する。
37は前記送信アンテナ36からの応力検出信号を受信する受信アンテナで、後述する冷却水入口管50、冷却水出口管51、冷却空気管52を支持するブラケット40に支持リング38を介して複数のボルトで固定されている。370は受信ケーブルで、前記受信アンテナ37に前記ブラケット40の通し穴40a内を通して接続されている。
Reference numeral 37 denotes a receiving antenna that receives a stress detection signal from the transmitting antenna 36, and a plurality of
次に前記送信カプセル30の詳細を示す図4(A),(B),(C)において、33は筒状に形成されたカプセルケースで、該カプセルケース33内には、4個のトランスミッタ(複数個であればよい)32と該トランスミッタ32駆動用の電源体である4個のリチウムボタン電池31とが収納され、カプセル状に一体化されている。前記各リチウムボタン電池31と各トランスミッタ32とは導線311、312でそれぞれ接続されて前記カプセルケース33内に円周方向等間隔に配設され、各リチウムボタン電池31及び各トランスミッタ32を前記カプセルケース33にモールドにより固定している。
Next, in FIGS. 4A, 4B, and 4C showing the details of the
また、前記4個のトランスミッタ32には、図3のように、前記4個の歪ゲージユニット10からの応力検出用の導線60が接続されて、該歪ゲージユニット10からの応力検出信号が入力される。また各トランスミッタ32の出力端は前記受信ケーブル370に接続されて、応力検出信号を該受信ケーブル370を介して図示しない応力算出手段に伝送するようになっている。
前記リチウムボタン電池31の詳細を示す図5において、該リチウムボタン電池31と前記トランスミッタ32とを接続する導線の−側312は電極に接続され、+側311は該リチウムボタン電池31にはんだ付け(31cははんだ付け部)されている。
Further, as shown in FIG. 3, the four
In FIG. 5 showing the details of the
かかる第2実施例によれば、筒状のカプセルケース33内にトランスミッタ32と該トランスミッタ32駆動用の電源体であるリチウムボタン電池31とが収納され、カプセル状に一体化された送信カプセル30と、前記歪ゲージユニット10から該送信カプセル30のトランスミッタ32に伝送された応力検出データを前記タービンロータ12の外部に設置された受信アンテナ37に送信する送信アンテナ36とを、タービンロータ12端部のスペースを有効利用して設置したので、歪ゲージユニット10からの応力検出データ送信設備が小型コンパクトになるとともに、前記特許文献1にて提供された従来技術のように、送信アンテナ36を含む応力検出データ送信設備が高温のガス中に晒されて該送信アンテナの溶損や破損が発生することがなく、該応力検出データ送信設備の耐久性、信頼性が著しく向上する。
According to the second embodiment, a
また、前記トランスミッタ32の電源体を複数個のリチウムボタン電池31で構成するとともに、前記トランスミッタ32を該リチウムボタン電池31と同数個設けて、前記各リチウムボタン電池31と各トランスミッタ32タとを導線311,312でそれぞれ接続して前記カプセルケース33内の円周方向に配設し、両者を前記カプセルケース33にモールドしたので、送信カプセル30内において、小型で安価なリチウムボタン電池31をトランスミッタ32の電源として使用することにより、バッテリーの市販品等に比べてトランスミッタ32の電源が低コスト化できるとともに、複数個の前記リチウムボタン電池31と各トランスミッタ32とを導線311,312でそれぞれ接続してカプセルケース33内の周方向に配設して、カプセルケース33にモールドしたことにより、前記送信カプセル30を小型化でき、結果として前記応力検出データ送信設備をさらに小型コンパクト化できる。
The power supply body of the
図6は本発明の第3実施例に係る送信カプセル周囲の冷却構造を示す縦断面図である。
かかる第3実施例は、前記第2実施例(図3〜図5)に送信カプセルの冷却手段を追設したもので、前記送信カプセル30が収納された前記送信ユニット300の装着部の外側に、該送信カプセル30の周辺を冷却する冷却水が循環する冷却水管路を構成する冷却水入口管50及び冷却水出口管51及び該冷却水入口管50と冷却水出口管51とを接続する環状通路53を設け、さらに、前記タービンロータ12の回転軸心12aに沿って前記送信カプセル30に冷却空気を吹き付ける冷却空気噴出口52aをそなえた冷却空気管52を設けている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a cooling structure around the transmission capsule according to the third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, a cooling means for the transmission capsule is additionally provided in the second embodiment (FIGS. 3 to 5), and the outside of the mounting portion of the
従って、かかる第3実施例においては、前記冷却水入口管50から環状通路53を通り冷却水出口管51に流動する冷却水により前記送信カプセル30を間接冷却するとともに、前記冷却空気噴出口52aからの冷却空気の吹き付けにより該送信カプセル30を直接冷却する。
かかる第3実施例によれば、前記送信カプセル30の周囲を冷却水管路50,51,52内を循環する冷却水によって間接冷却することによって、該送信カプセル30の周囲の雰囲気温度を下げる手段と、前記冷却空気噴出口52aからの冷却空気の吹き付けにより該送信カプセル30を直接冷却する手段とを併用することにより、該送信カプセル30の冷却効果が上昇し、送信カプセル30を常時許容温度以下に保持できる。
Accordingly, in the third embodiment, the
According to the third embodiment, means for lowering the ambient temperature around the
本発明によれば、高温、高回転下においても歪ゲージのタービン翼等の被貼着構造物からの剥離や該歪ゲージからの出力用導線の断線等の不具合の発生を回避できて応力計測の信頼性が向上するとともに、低価格で被貼着構造物への貼り付け作業が短時間で簡単にできる歪ゲージの取付方法を提供できるとともに、小型コンパクトな構造で以って、応力検出データのタービンロータ等の回転体からの応力検出データを、送信部材の破損を伴うことなく安全かつ正確に送信可能とした応力計測装置を提供できる。 According to the present invention, stress measurement is possible by avoiding the occurrence of defects such as peeling from a bonded structure such as a turbine blade of a strain gauge and disconnection of an output conductor from the strain gauge even under high temperature and high rotation. In addition to improving the reliability of the strain gauge, it is possible to provide a strain gage mounting method that can be applied to the adherend structure at a low cost and in a short time, and the stress detection data can be obtained with a compact and compact structure. Thus, it is possible to provide a stress measurement device that can transmit stress detection data from a rotating body such as a turbine rotor safely and accurately without causing damage to the transmission member.
1 歪ゲージ
1a 出力端
2 ステンレス箔
3 押え用ステンレス箔
4 押え用箔
5 セラミック接着材
6 シース線
6a 入力側端部6a
7 銀ろう付け
8 点溶接部
10 歪ゲージユニット
11 タービン翼
12 タービンロータ
30 送信カプセル
31 リチウムボタン電池
32 トランスミッタ
33 カプセルケース
35 ハウジング
36 送信アンテナ
37 受信アンテナ
50 冷却水入口管
51 冷却水出口管
52 冷却空気管
53 環状通路
60 導線
300 送信ユニット
1
3 Stainless steel foil for presser 4 Foil for presser 5 Ceramic adhesive 6
7
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