PL188757B1

PL188757B1 - Device for measuring the force in slings, particularly in those adjustable by means of tensioning nut

Info

Publication number: PL188757B1
Application number: PL99333439A
Authority: PL
Inventors: Marian Gruca; Eugeniusz Włoczyk
Original assignee: Zaklady Pomiarowo Badawcze Ene
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2005-04-29
Also published as: PL333439A1

Abstract

1. Urządzenie do pomiaru siły w zawieszeniach, zwłaszcza regulowanych nakrętką napinającą, posiadające elementy mocujące, śruby zaciskające i ściągające oraz czujniki pomiarowe w postaci dynamometru tenso- metrycznego z tensometrami oporowymi o jednakowej rezystancji, połączonymi w układzie mostkowym, przy czym tensometry pomiarowe są naklejone parami wzdłużnie, w stosunku do kierunku mierzonej siły, a tensometry kompensacyjne są naklejone parami poprzecznie, znamienne tym, że element mocujący stanowią cztery sztywne pół- szczęki (4) w kształcie litery L, które w części poziomej posiadają okrągły otwór (8), zaś ich część pionowa ma na środku krawędzi zewnętrznej wycięty rowek, w kształcie trójkąta, którego wierzchołek jest skierowany w stronę otworu (8), przy czym części pionowe dwóch półszczęk (4) są połączone dwoma śrubami zaciskającymi (7) w płaszczyźnie poziomej tworząc parę, a następnie obie pary są łączone ze sobą w płaszczyźnie pionowej, dwoma, śrubami ściągającymi (2) położonymi równolegle względem siebie i względem cięgieł (5) zawieszenia a przechodzącymi przez otwory (8) półszczęk (4), ponadto na końcu każdej śruby ściągającej (2), pod dolnymi półszczękami (4) jest centrycznie zamontowany czujnik pomiarowy (1).1. A device for measuring force in suspensions, in particular adjustable with a tightening nut, with fastening elements, clamping and tensioning bolts and measuring sensors in the form of a strain gauge dynamometer with resistance strain gauges of equal resistance, connected in a bridge system, with the strain gauges glued in pairs longitudinally in relation to the direction of the measured force, and the compensation strain gauges are glued transversely in pairs, characterized in that the fixing element consists of four rigid L-shaped half-jaws (4), which in the horizontal part have a round hole (8), and their the vertical part has a triangular-shaped cut in the center of the outer edge, the apex of which points towards the opening (8), while the vertical parts of the two half-jaws (4) are joined by two clamping screws (7) in the horizontal plane to form a pair, and then both pairs are connected to each other in a vertical plane, with two tightening bolts (2) placed and parallel to each other and to the suspension rods (5) and passing through the openings (8) of the half jaws (4), moreover, at the end of each draw bolt (2), the measurement sensor (1) is centrally mounted under the lower half jaws (4).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru siły w zawieszeniach, zwłaszcza regulowanych nakrętką napinającą, stosowane w szczególności do kontroli i regulacji zawieszenia rurociągów wysokoprężnych w instalacjach kotłowych i turbinowych elektrowni oraz elektrociepłowni.The subject of the invention is a device for measuring the force in suspensions, in particular those regulated by a tightening nut, used in particular for the control and adjustment of the suspension of high-pressure pipelines in boiler and turbine installations of power plants and combined heat and power plants.

Z polskiego opisu patentowego Nr 159 076 znane jest urządzenie do kontroli i regulacji zawieszenia rurociągów wysokoprężnych z siłomierzem umieszczonym współosiowo ze złączką prostą na podkładach centrujących, pomiędzy wspornikiem i nakrętką regulacyjną.The Polish patent description No. 159 076 discloses a device for controlling and adjusting the suspension of high pressure pipelines with a force gauge placed coaxially with a straight coupling on centering pads between the bracket and the adjusting nut.

Również z polskiego opisu patentowego Nr 166 814 znany jest układ, do pomiaru przemieszczeń rurociągów i obciążenia ich zawieszeń stałosiłowych, zwłaszcza rurociągów parowych, który w równoległej gałęzi pomiaru siły obciążenia posiada dynamometr tensometryczny. Jeden koniec dynamometru jest wkręcony w nakrętkę napinającą, której końcówka oczkowa jest połączona przegubowo, poprzez trzpień, z dźwignią zawieszenia. Drugi koniec dynamometru jest osadzony w tulei połączonej trwale z jednym końcem pręta, zawieszenia, którego drugi koniec jest osadzony trwale w obejmie rurociągu.Also from the Polish patent specification No. 166 814 there is known a system for measuring the displacement of pipelines and the load of their fixed-arm suspensions, especially steam pipelines, which has a strain gauge dynamometer in the parallel branch of the load force measurement. One end of the dynamometer is screwed into a tensioning nut, the ring lug of which is articulated, through a pin, with the suspension lever. The other end of the dynamometer is embedded in a sleeve permanently connected to one end of the suspension rod, the other end of which is permanently seated in the pipeline clamp.

188 757188 757

Ponadto, ze zgłoszeń patentowych Nr PL 167 372 oraz Nr PL 177 123 znane są dynamometry tensometryczne do pomiaru sił osiowych, zwłaszcza zawieszeń rurociągów, w postaci tulei pomiarowych. Na powierzchniach zewnętrznych tulei znajdują się tensometry połączone w układzie mostkowym. Dynamometr tensometryczny według opisu patentowego PL 177 123 posiada na końcu łącznika nakrętkę kształtową połączenia przegubowego. Górna powierzchnia nakrętki posiada powierzchnię kulistą osadzoną w pierścieniu, którego powierzchnia nakrętki posiada powierzchnię kulistą osadzoną w pierścieniu, którego powierzchnia styku z nakrętką jest uformowana w postaci wklęsłej czaszy, komplementarnej do kulistej powierzchni nakrętki. Nakrętka z pierścieniem tworzą przegub kulisty o trzech stopniach swobody, w postaci obrotu względem trzech osi układu współrzędnych prostokątnych.Moreover, from the patent applications No. PL 167 372 and No. PL 177 123 strain gauge dynamometers for measuring axial forces, in particular pipeline suspensions, in the form of measuring sleeves are known. On the outer surfaces of the sleeves there are strain gauges connected in a bridge system. A strain gauge dynamometer according to the patent description PL 177 123 has at the end of the connector a shaped nut of an articulated connection. The upper surface of the nut has a spherical surface embedded in a ring, the nut surface of which has a spherical surface embedded in the ring, the contact surface of which with the nut is formed in the form of a concave bowl, complementary to the spherical surface of the nut. The nut with the ring form a spherical joint with three degrees of freedom, in the form of rotation about the three axes of the rectangular coordinate system.

Podczas pomiaru siły w zawieszeniach znanymi urządzeniami, można robocze cięgna zawieszenia zastąpić cięgnem z wbudowanym dynamometrem tensometrycznym, zamocować dynamometr na końcówce śruby regulacyjnej zawieszenia lub przymocować, za pomocą śrub zakończonych czopem stożkowym ostrym, do cięgna zawieszenia. W czasie pomiarów tak zamontowanym dynamometrem tensometrycznym, przy pokręcaniu śrubą regulacji zawieszenia, powstaje w wyniku tarcia pomiędzy nakrętką a rdzeniem śruby, lub nakrętką a kołnierzem dynamometru, moment skręcający dynamometr tensometryczny, który fałszuje wynik pomiaru.When measuring the force in suspensions with known devices, the working suspension rods can be replaced with a rod with a built-in strain gauge dynamometer, the dynamometer can be mounted on the end of the suspension adjustment bolt or fixed to the suspension rod with the help of bolts ended with a conical pin. During measurements with a strain gauge mounted in such a way, when turning the suspension adjustment screw, the result of friction between the nut and the bolt core, or the nut and the dynamometer flange, twisting the strain gauge dynamometer, which falsifies the measurement result.

Zastosowany, w urządzeniu według opisu patentowego Nr PL 177 123 łącznik kulisty, zmniejsza ten problem lecz go nie likwiduje. Dodatkową wadą urządzenia według PL 177 123 jest konieczność wycięcia odcinka zawieszenia rurociągu i przyspawania lub przynitowania, do końców odcinka pręta zawieszenia rurociągu, dodatkowych tulei niezbędnych dla założenia dynamometni pomiarowego. Zabiegi te są czasochłonne, pracochłonne i osłabiają zawieszenie.The spherical connector used in the device according to the patent description No. PL 177 123 reduces this problem, but does not eliminate it. An additional disadvantage of the device according to PL 177 123 is the necessity to cut out a section of the pipeline suspension and weld or rivet, to the ends of the section of the pipeline suspension rod, additional sleeves necessary for the installation of the measuring dynamometer. These treatments are time consuming, laborious, and weaken the suspension.

Z kolei urządzeniem według patentu Nr 159 076 nie można wykonać pomiaru kiedy końcówka śruby cięgna, obejmy badanego rurociągu jest urwane lub uszkodzone.On the other hand, with the device according to the patent No. 159 076, it is not possible to measure when the end of the tie rod bolt or the pipe clamp is broken or damaged.

W urządzeniu według wynalazku, element mocujący stanowią cztery sztywne półszczęki, wykonane w kształcie litery L, które w części poziomej posiadają okrągły otwór, zaś ich. część pionowa ma na środku krawędzi zewnętrznej wycięty rowek w kształcie trójkąta, którego wierzchołek jest skierowany w stronę otworu. Części pionowe dwóch półszczęk, przez połączenie dwoma śrubami zaciskającymi w płaszczyźnie poziomej, tworzą parę. Następnie obie pary są łączone ze sobą w płaszczyźnie pionowej dwoma śrubami ściągającymi, położonymi równolegle względem siebie i względem cięgieł zawieszenia, a przechodzącymi przez otwory półszczęk. Na końcu każdej śruby ściągającej, pod dolnymi półszczękami, jest centrycznie zamontowany czujnik pomiarowy w postaci dynamometru tensometrycznego.In the device according to the invention, the fastening element consists of four rigid L-shaped half-jaws which have a round hole in the horizontal part and theirs. the vertical part has a triangular cut in the center of its outer edge with the apex facing the opening. The vertical parts of the two half-jaws form a pair by connecting them with two clamping bolts in the horizontal plane. Then both pairs are connected with each other in a vertical plane by two tensioning bolts, placed parallel to each other and to the suspension rods, and passing through the openings of the half-jaws. At the end of each tie bolt, under the lower half-jaws, a measuring sensor in the form of a strain gauge dynamometer is centrally mounted.

Czujnik pomiarowy posiada dwa zewnętrzne pierścienie osadcze, górny i dolny, przy czym pierścienie te są połączone między sobą co najmniej trzema, elementami pomiarowymi w kształcie kolumn, rozmieszczonymi symetrycznie na obwodzie pierścieni. Obudowę czujnika stanowią dwie cienkościenne tuleje osłonowe, zewnętrzna i wewnętrzna.The measuring sensor has two outer mounting rings, an upper and a lower one, the rings being connected to each other by at least three pillar-shaped measuring elements arranged symmetrically around the circumference of the rings. The housing of the sensor consists of two thin-walled shielding sleeves, external and internal.

Na każdej kolumnie są naklejone cztery tensometry, przy czym dwa z nich, stanowiące tensometry pomiarowe, są naklejone promieniowo względem pierścień, wzdłuż długości kolumny. Wszystkie tensometry połączone są kolejno, z każdej kolumny po jednym, w szereg w taki sposób, że tworzą pełny mostek, którego dwa przeciwległe ramiona łączą po trzy tensometry pomiarowe, zaś dwa pozostałe przeciwległe ramiona mostka łączą po trzy tensometry kompensacyjne.Four strain gauges are glued to each column, two of which, being strain gauges, are stuck radially in relation to the ring along the length of the column. All strain gauges are connected sequentially, one from each column in series in such a way that they form a full bridge, where two opposite arms connect three measuring strain gauges, and the other two opposite arms of the bridge connect three compensating strain gauges.

W urządzeniu według wynalazku, w wypadku wystąpienia momentu skręcającego, jeden z dwóch tensometrów pomiarowych, naklejonych wzdłuż każdej z trzech kolumn, znajduje się w strefie ściskania a drugi w strefie rozciągania, co eliminuje wpływ momentu skręcającego na wynik pomiaru. Ponadto, rozmieszczenie kolumn i tensometrów oraz ich odpowiednie połączenie w układzie pełnego mostka eliminują również wpływ nierównomiemości nacisku mierzonej siły na pierścienie osadcze, gdyż wartość zmiany rezystancji tensometrów pomiarowych jest sumą jej przyrostów z każdej kolumny pomiarowej. Dzięki temu wynik pomiaru jest pozbawiony błędu i równy całkowitej sile działającej prostopadle na pierścienie osadcze a ściskającej kolumny pomiarowe.In the device according to the invention, in the event of a twisting moment, one of the two strain gauges glued along each of the three columns is in the compression zone and the other in the tension zone, which eliminates the influence of the twisting moment on the measurement result. Moreover, the arrangement of columns and strain gauges and their proper connection in a full bridge system also eliminate the influence of unequal pressure of the measured force on the mounting rings, because the value of the resistance change of the strain gauges is the sum of its increments from each measuring column. As a result, the measurement result is error-free and equal to the total force acting perpendicularly on the snap rings and compressing the measuring columns.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym, zamocowane na zawieszeniu regulowanymThe invention is explained in more detail in the embodiment in the drawings, in which Fig. 1 shows the device in longitudinal section, mounted on an adjustable suspension

188 757 śrubą napinającą, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 w widoku z góry, fig. 3 - schematycznie czujnik pomiarowy w przekroju wzdłużnym, fig. 4 - czujnik pomiarowy w widoku z góry, fig. 5 rozmieszczenie tensometrów na kolumnie czujnika pomiarowego, fig. 6 - układ mostkowego połączenia tensometrów.188 757 with a tightening screw, Fig. 2 - the device of Fig. 1 in top view, Fig. 3 - a diagram of the measurement sensor in longitudinal section, Fig. 4 - a measurement sensor in a plan view, Fig. 5 arrangement of strain gauges on the column of the measurement sensor Fig. 6 shows the arrangement of the bridge connection of strain gauges.

Urządzenie posiada element mocujący, który stanowią cztery sztywne półszczęki 4, w kształcie litery L, posiadające w części poziomej okrągły otwór 8. Ich część pionowa ma na środku krawędzi zewnętrznej wycięty rowek w kształcie trójkąta, którego wierzchołek jest skierowany w stronę otworu 8. Części pionowe dwóch półszczęk 4 tworzą parę przez połączenie dwoma krótkimi śrubami zaciskającymi 7 w płaszczyźnie poziomej. Obie pary są łączone ze sobą, w płaszczyźnie pionowej, dwoma dłuższymi śrubami ściągającymi 2, położonymi równolegle względem siebie i względem cięgieł 5 zawieszenia, a przechodzącymi przez otwory 8 półszczęk 4. Na końcu każdej śruby ściągającej 2, pod dolnymi półszczękami 4 a nad zabezpieczającą nakrętką 3 jest centrycznie zamontowany czujnik pomiarowy 1.The device has a fastening element consisting of four L-shaped rigid half-jaws 4 with a circular hole in the horizontal part. Their vertical part has a triangular-shaped groove cut in the center of the outer edge, the apex of which points towards the hole 8. Vertical parts the two half-jaws 4 are paired by connecting them with two short clamping bolts 7 in a horizontal plane. Both pairs are connected to each other, in a vertical plane, by two longer tie rods 2, located parallel to each other and to the suspension rods 5, and passing through the openings 8 of the half jaws 4. At the end of each tie bolt 2, under the lower half-jaws 4 and above the securing nut 3 is the centrally mounted sensor 1.

Czujnik pomiarowy 1 posiada dwa, niepodatne na odkształcenia, zewnętrzne pierścienie osadcze 9, górny i dolny, o średnicy zewnętrznej Dz, średnicy wewnętrznej Dw i grubości h. Obydwa pierścienie 9 są połączone między sobą co najmniej trzema elementami pomiarowymi w kształcie kolumn a, b, c, o średnicy d i wysokości 1, rozmieszczonymi symetrycznie na obwodzie pierścieni 9. Obudowę czujnika 1 stanowią dwie cienkościenne tuleje osłonowe, zewnętrzna i wewnętrzna nie przenoszące mierzonej siły.The measuring sensor 1 has two upper and lower deformation-resistant outer circlips 9, with outer diameter Dz, inner diameter Dw and thickness h. Both rings 9 are connected to each other by at least three column-shaped measuring elements a, b, c, with a diameter d and height 1, symmetrically arranged on the circumference of the rings 9. The housing of the sensor 1 consists of two thin-walled shielding sleeves, external and internal, not transmitting the measured force.

Na każdej kolumnie a, b, c są naklejone po cztery tensometry Rl, R2, R3, R4, z kórych po dwa tensometry pomiarowe R2 i R3 są naklejone promieniowo względem pierścieni 9 wzdłuż długości 1 kolumn a, b, c, zaś po dwa tensometry kompensacyjne Rl i R4 są naklejone poprzecznie na górze i na dole kolumn a, b, c. Pod wpływem siły tarcia Ft tensometr pomiarowy R3 jest rozciągany a R2 jest ściskany, co w wyniku powoduje niezakłócony pomiar siły mierzonej Fm. Wszystkie tensometry Rl, R2, R3, R4 są połączone kolejno, z każdej kolumny a, b, c, po jednym, w szereg w taki sposób, że tworzą pełny mostek, którego dwa przeciwległe ramiona mostka łączą po trzy tensometry pomiarowe R2a, R2b, R2c i R3a, R3b, R3c, zaś dwa pozostałe przeciwległe ramiona mostka łączą po trzy tensometry kompensacyjne Rla, Rlb, Rlc i R4a, R4b, R4c.On each column a, b, c, four strain gauges Rl, R2, R3, R4 are glued, of which two strain gauges R2 and R3 are stuck radially in relation to the rings 9 along the length of 1 columns a, b, c, and two strain gauges each the compensators R1 and R4 are glued transversely on the top and bottom of the columns a, b, c. Under the effect of the frictional force Ft, the strain gauge R3 is stretched and R2 is compressed, resulting in an undisturbed measurement of the measured force Fm. All strain gauges R1, R2, R3, R4 are connected sequentially, from each column a, b, c, one by one, in series in such a way that they form a full bridge, the two opposite arms of the bridge connect three measuring strain gauges R2a, R2b, R2c and R3a, R3b, R3c, and the other two opposite arms of the bridge connect each of the three compensation strain gauges Rla, Rlb, Rlc and R4a, R4b, R4c.

Urządzenie montuje się nieprzesuwliwie na cięgnie 5 zawieszenia za pomocą dwóch par półszczęk 4, z których jedną parę zakłada się nad a drugą pod nakrętką napinającą 6. Nastepnie za pomocą nakrętek 3 ustala się sumaryczną siłę działającą na czujniki 1 do wartości dwukrotnie przewyższającej nominalną siłę w badanym zawieszeniu, kontrolując równocześnie symetrię sił działających na czujniki 1. Z kolei przez obrót nakrętki napinającej 6 w lewo lub w prawo ustala się ją w pozycji tak dobranej, aby był wyczuwalny luz 1/8 obrotu pomiędzy gwintami cięgna 5 zawieszenia a nakrętką napinającą 6. Suma wskazań wartości siły obu czuuników pomiarowych 1 jest równa sile rozciągającej w cięgnie 5 czyli rzeczywistej sile występującej w badanym zawieszeniu.The device is mounted non-sliding on the suspension rods 5 by means of two pairs of half-jaws 4, one of which is placed over and the other under the tension nut 6. Then, by means of nuts 3, the total force acting on sensors 1 is determined to a value twice exceeding the nominal force in the tested suspension, while controlling the symmetry of the forces acting on sensors 1. Then, by turning the tensioning nut 6 to the left or right, it is set in a position selected so that there is a perceptible 1/8 turn play between the threads of the suspension rod 5 and the tensioning nut 6. Sum indications of the force value of both measuring sensors 1 is equal to the tensile force in the tendon 5, i.e. the actual force in the tested suspension.

188 757188 757

DzJournal

<- i <- and -_k Dw i !- _k Dw i! a and b b i i and and — - ©i © i Γ Γ li I.I Ii-I li I.I Ii-I 1 1

Fig.3Fig.3

FtFt

“ R1t R2 “R1t R2 R3 1 R3 1 Fm r Fm r V R41 V R41

dd

Fig.5Fig 5

R1aR1a

R3aR3a

Fig.4Fig.4

R1bR1b

R3bR3b

R1c R1c R3c R3c R2a R2a R4c R4c R2b R2b R4b R4b R2c R2c R4a R4a _ _ _ _

Fig.6Fig. 6

188 757188 757

Fig. 1Fig. 1

Fig.2Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1.A device for measuring the force in suspensions, in particular adjustable with a tightening nut, with fastening elements, clamping and tensioning bolts and measuring sensors in the form of a strain gauge dynamometer with resistance strain gauges of equal resistance, connected in a bridge system, with the strain gauges glued in pairs longitudinally, in relation to the direction of the measured force, and the compensating strain gauges are glued transversely in pairs, characterized in that the fixing element consists of four L-shaped rigid half-jaws (4), which have a round hole (8) in the horizontal part, and their vertical part has in the middle of the outer edge, a triangular-shaped groove, the apex of which points towards the opening (8), the vertical parts of the two half-jaws (4) are connected by two clamping screws (7) in the horizontal plane to form a pair, and then both pairs are joined with each other in a vertical plane, two tensioning bolts (2) placed differently parallel to each other and in relation to the suspension rods (5) and passing through the holes (8) of the half jaws (4), moreover, at the end of each draw bolt (2), the measurement sensor (1) is centrally mounted under the lower half jaws (4).

2. The device according to claim A device according to claim 1, characterized in that the measuring sensor (1) has two outer mounting rings (9), an upper and a lower one, the two rings (9) being connected to each other by at least three column-shaped measuring elements (a, b, c) rings (9) arranged symmetrically on the circumference, while the sensor housing (l) consists of two thin-walled cover sleeves, external and internal.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that from the four strain gauges (R1, R2, R3, R4) glued in a known manner on each column (a, b, c), two measuring strain gauges (R2 and R3) are stuck radially in relation to the rings ( 9) along the length (1) of the column (a, b, c), where all strain gauges (R1, R2, R3, R4) are connected sequentially, one from each column (a, b, c), in series in such a way that they form a full bridge, the two opposite arms of which connect three strain gauges (R2a, R2b, R2c and R3a, R3b, R3c), and the other two opposite arms of the bridge connect three strain gauges each (Rla, Rlb, Rlc and R4a, R4b, R4c) compensating.