RU222484U1 - Устройство для измерения крутящего момента судовых валопроводов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к судовым техническим средствам для измерения крутящего момента и предназначена для мониторинга величины крутящего момента, создаваемого главными двигателями на судне. Устройство для измерения крутящего момента судовых валопроводов, содержащее левую и правую части, закрепляемые на валопроводе в контрольных сечениях вала и соединенные четырьмя узлами шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги, вращающейся на двух осях, при этом одна ось запрессована в левую часть, а другая ось запрессована в правую часть, причем одна из серег имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт, такой же винт ввернут в резьбовое отверстие упора, установленного на правой части, а между ними закреплен упругий преобразователь перемещения, в середину которого упирается шток индикатора часового типа, закрепленного на правой части, а также отражатель, закрепленный на оси индикатора часового типа, источник когерентного излучения и линейную шкалу, отградуированную в единицах измерения крутящего момента, при этом левая и правая части представляют собой металлополимерные композитные тонкостенные гильзы, формуемые непосредственно на валу методом намотки по удаляемому разделительному слою, при этом обеспечивается взаимное перемещение левой и правой гильз в пределах угла скручивания контрольных сечений.

Description

Полезная модель относится к судовым техническим средствам для измерения крутящего момента и предназначена для мониторинга величины крутящего момента, создаваемого главными двигателями на судне.

Для контроля фактических параметров работы судовых энергетических установок необходимо регулярно измерять крутящий момент, передаваемый от двигателя потребителю мощности.

Как правило, для этого используются устройства, измеряющие угловое смещение контрольных сечений относительно друг друга под действием приложенной нагрузки.

При этом используются два класса приборов, один из которых представлен измерителями, закладываемыми в конструкцию валопровода уже на этапе проектирования (см., например, Патент на изобретение №2654796 (RU), опубл. 22.05.2018, Бюл. №15, Авторы: Кюрлие Огюстэн (FR), Бельмонт Оливье (FR), Ле Гуэллек Жилль (FR); Патент на изобретение №2497087 (RU), опубл. 27.10.2013, Бюл. №30, Авторы: Казо Янник (FR), Сенже Жераль (FR), а также Фролов Л.Б. Измерение крутящего момента. - М.: Энергия, 1967. - 120 с.; стр. 53), а другой - накладными измерительными устройствами, монтируемыми на контролируемых участках валопровода на период проведения измерения (Фролов Л.Б. Измерение крутящего момента. - М.: Энергия, 1967. - 120 с.; стр. 30). Первые обладают необходимой точностью, простотой обслуживания, не требуют подготовительных мероприятий, но не могут быть использованы в конструкциях валопроводов, изначально не предназначенных для их применения. Вторые являются дорогостоящим приборными комплексами, требующими высокой квалификации обслуживающего персонала, и значительных трудозатрат в процессе монтажа и подготовительных мероприятий. По этой причине процедура измерения крутящего момента на практике выполняется нерегулярно, что приводит к повышению вероятности преждевременного выхода из строя судовых валопроводов вследствие недостаточной информированности вахтенных начальников (судоводителей и механиков) о фактической нагрузке.

В настоящее время большая часть эксплуатируемого флота не имеет встроенных приборных комплексов, предназначенных для измерения крутящего момента, что определяет потребность в устройствах, относящихся ко второму классу, представленному несколькими разновидностями измерителей, различающихся по принципу действия.

Известна полезная модель устройства для измерения крутящего момента на валах (авт.свидетельство СССР №339810, опубл. 24.5.1972, Бюллетень №17. Автор B.C. Тарифов), содержащего упругую муфту, механизм передачи взаимного углового смещения полумуфт в перемещение указательной стрелки, и шкалу, где механизм передачи выполнен в виде коленчатых рычагов, установленных по окружности одной из полумуфт с возможностью поворота вокруг ее радиальной оси, один конец каждого из рычагов расположен между упорами, закрепленными на второй полумуфте, а на другом конце установлена указательная стрелка, выполненная в виде диска, а шкала установлена перпендикулярно плоскости диска.

Приведенная модель обладает рядом недостатков, среди которых:

невозможность измерения крутящего момента на участке вала, не содержащем упругих компенсирующих муфт;

высокая погрешность измерения вследствие большого количества пар трения, относительно низкой жесткости механических элементов измерительной части, а также влияния центробежной силы, возникающей при вращении вала.

Данное устройство не может быть применено для постоянного контроля крутящего момента судовых валопроводов, так как податливость муфт не может быть определена с достаточной точностью и зависит как от конструкции муфты, так и от степени ее износа.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель торсиометра, предназначенного для измерения крутящего момента судовых двигателей (см. Патент на полезную модель №197018, опубл.: 25.03.2020, Бюл. №9, Авторы: Новосельцев М.Н., Шураев О.П., Чичурин А.Г., Герасимов И.Н., Ильичев А.Ю., Четыркин Н.Н., Фирсов А.А.). В ней левая и правая цельнометаллические разъемные части, закрепляемые в контрольных сечениях вала, сочленяются между собой посредством четырех узлов шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги, вращающейся на двух осях, обеспечивая взаимное перемещение левой и правой корпусных деталей в пределах угла скручивания контрольных сечений А и Б вала, при этом одна ось запрессована в левую корпусную деталь, а другая запрессована в правую корпусную деталь, причем одна из серьг имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт, такой же винт ввернут в резьбовое отверстие упора, который установлен на правой корпусной детали, а между ними закреплен упругий преобразователь перемещения, в середину которого упирается шток индикатора часового типа, закрепленный на правой корпусной детали, а также отражатель, закрепленный на оси индикатора часового типа, источник когерентного излучения и линейная шкала, отградуированная в единицах измерения крутящего момента.

Недостатками данной модели является значительная трудоемкость и стоимость ее изготовления, а также монтажа и центровки на валу.

Задачей предлагаемой полезной модели является снижение затрат на изготовление, монтаж и центровку на валу путем замены цельнометаллических левой и правой разъемных деталей металлополимерными композитными тонкостенными гильзами.

Поставленная задача достигается тем, что в известную полезную модель устройства для измерения крутящего момента судовых валопроводов, содержащего левую и правую корпусные детали, закрепляемые на валопроводе в контрольных сечениях вала, вместо цельнометаллических левой и правой разъемных деталей введены металлополимерные композитные тонкостенные гильзы, создаваемые непосредственно на валу методом намотки по удаляемому разделительному слою. Технология изготовления изделий из металлополимерных композитных материалов, методом намотки в настоящее время отработана и широко применяется в различных областях техники (см., например, авт. свидетельство СССР №642197, опубл.: 15.01.1979, авторы: Титов В.Д., Шаврин Ю.А., Харинский Г.Н.).

Существо заявляемой полезной модели заключается в использовании вместо цельнометаллических левой и правой разъемных деталей металлополимерных композитных тонкостенных гильз, создаваемых непосредственно на валу методом намотки по удаляемому разделительному слою. Это позволяет совместить и удешевить операции изготовления и монтажа левой и правой частей оснастки, исключив при этом необходимость выполнения дополнительных операций центрирования и динамической балансировки. Кроме того, металлополимерные композиты при относительно высоких механических характеристиках менее чувствительны к вибрациям и другим неблагоприятным факторам, характерным для условий работы в машинном отделении судна (см. Конструкции оснастки для измерения крутящего момента / М.Н. Новосельцев, О.П. Шураев, А.Г. Чичурин, А.Ю. Ильичев, А.А. Фирсов // Великие реки - 2020: Труды 22-го международного научно-промышленного форума, Нижний Новгород, 27-29 мая 2020 года. - Нижний Новгород: Волжский государственный университет водного транспорта, 2020. - С. 58. - EDN LLNPCM. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44631560), что позволяет повысить точность измерения крутящего момента.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет снизить затраты на изготовление, монтаж и центровку на валу, а также повысить точность измерения крутящего момента в судовых условиях по сравнению с прототипом.

Схема полезной модели приведена на фиг.1-3.

На фиг.1 показано устройство для измерения крутящего момента судового валопровода;

на фиг.2 поперечный разрез устройства;

на фиг.3 принцип формирования на валу левой и правой гильз методом намотки по удаляемому разделительному слою.

Устройство для измерения крутящего момента судового валопровода 1 состоит из левой 2 и правой 3 частей (гильз), закрепленных на валопроводе 1 в контрольных сечениях А и Б с помощью эпоксидного состава. Каждая гильза формуется непосредственно на валопроводе 1 путем намотки шнура, обмазанного эпоксидным составом. Для исключения приклеивания гильз к валу на всем их протяжении (кроме контрольных сечений А и Б) на этапе формования гильз между ними и валом находится разделительный слой 4, который после застывания эпоксидного состава удаляется. Между собой левая гильза 2 и правая гильза 3 соединены при помощи четырех узлов шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги 5, вращающейся на осях 6 и 7, обеспечивая взаимное перемещение левой и правой гильз в пределах угла скручивания контрольных сечений А и Б вала 1. Ось 6 запрессована в левую гильзу 2, а ось 7 запрессована в правую гильзу 3, и, таким образом, каждая серьга 5 находится в нагруженном состоянии. При этом одна из серьг имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт 9. Такой же винт 9 ввернут с другой стороны в резьбовое отверстие упора 8, закрепленного на правой корпусной детали. Между регулировочными винтами 9 установлен упругий преобразователь перемещения 10. Упругий преобразователь перемещения может быть выполнен как в виде пластины постоянного сечения (согласно патенту на полезную модель №197018, опубл.: 25.03.2020, Бюл. №9, Авторы: Новосельцев М.Н., Шураев О.П., Чичурин А.Г., Герасимов И.Н., Ильичев А.Ю., Четыркин Н.Н., Фирсов А.А.), так и в виде пластины, имеющей поперечные прорези в центре и в непосредственной близости к точкам закрепления (согласно патенту на полезную модель №214611, опубл.: 08.11.2022, Бюл. №31, Авторы: Новосельцев М.Н., Шураев О.П., Чичурин А.Г.). В середину упругого преобразователя перемещения 10 упирается шток индикатора часового типа 11, закрепленного на правой корпусной детали 3. На оси индикатора часового типа 11 закреплен отражатель 12, на который ориентирован луч источника когерентного излучения 13. Для приема отраженного луча служит линейная шкала 14, отградуированная в единицах измерения крутящего момента. Полезная модель работает следующим образом.

При приложении нагрузки к вращающемуся валу 1 его контрольные сечения А и Б получают взаимное угловое смещение, в результате левая металлополимерная композитная тонкостенная гильза 2 и правая металлополимерная композитная тонкостенная гильза 3 закручиваются относительно друг друга на некоторый угол. При этом серьга 5 поворачивается на осях 6 и 7, изменяя при этом расстояние между точками закрепления упругого преобразователя перемещения 10. Тогда, его стрела прогиба h увеличивается, вызывая линейное перемещение штока индикатора часового типа 11, что приводит к повороту его оси с закрепленным на ней отражателем 12 на угол α1. Угол α2 определяет положение световой отметки луча когерентного источника 13 на неподвижной линейной измерительной шкале 14. Вследствие того, что угол падения луча равен углу его отражения, угол α2 будет равен двукратной величине α1. Данное условие дополнительно увеличивает точность определения искомой величины крутящего момента за счет удвоения линейного перемещения световой отметки по шкале 14.

Таким образом, особенности конструкции заявленной полезной модели способствуют снижению расходов на изготовление и монтаж, а также повышению точности измерения крутящего момента в судовых условиях по сравнению с прототипом.

Claims (1)

1. Устройство для измерения крутящего момента судовых валопроводов, содержащее левую и правую части, закрепляемые на валопроводе в контрольных сечениях вала, и соединенные четырьмя узлами шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги, вращающейся на двух осях, при этом одна ось запрессована в левую часть, а другая ось запрессована в правую часть, причем одна из серег имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт, такой же винт ввернут в резьбовое отверстие упора, установленного на правой части, а между ними закреплен упругий преобразователь перемещения, в середину которого упирается шток индикатора часового типа, закрепленного на правой части, а также отражатель, закрепленный на оси индикатора часового типа, источник когерентного излучения и линейную шкалу, отградуированную в единицах измерения крутящего момента, отличающееся тем, что левая и правая части представляют собой металлополимерные композитные тонкостенные гильзы, формуемые непосредственно на валу методом намотки по удаляемому разделительному слою, при этом обеспечивается взаимное перемещение левой и правой гильз в пределах угла скручивания контрольных сечений.