RU2777678C1 - Центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям - Google Patents
Центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777678C1 RU2777678C1 RU2021134464A RU2021134464A RU2777678C1 RU 2777678 C1 RU2777678 C1 RU 2777678C1 RU 2021134464 A RU2021134464 A RU 2021134464A RU 2021134464 A RU2021134464 A RU 2021134464A RU 2777678 C1 RU2777678 C1 RU 2777678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- servomotor
- disk
- video camera
- ice
- climatic chamber
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 9
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N Tiabendazole Chemical compound S1C=NC(C=2NC3=CC=CC=C3N=2)=C1 WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области исследования материалов. Центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям содержит серводвигатель, защитный кожух, диск для размещения тестируемых образцов, регистратор температуры, стробоскопический осветитель, две цифровые видеокамеры, видеорегистратор, монитор, блок управления серводвигателем и климатическую камеру. Серводвигатель размещен внутри климатической камеры, внутри которой закреплены стробоскопический осветитель и первая видеокамера. На оси серводвигателя установлен диск для тестируемых образцов. На диске имеются отверстия для крепления тестируемых образцов с намороженными пластинками льда. Первая видеокамера соединена с видеорегистратором, объектив которой направлен на диск для размещения тестируемых образцов. Снаружи климатической камеры размещены видеорегистратор с монитором, блок управления серводвигателем с индикатором частоты вращения. Объектив второй видеокамеры направлен на блок управления серводвигателем с индикатором частоты вращения. Повышается достоверность результатов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических свойств. Конкретно, предлагаемое устройство предназначено для измерения адгезионной прочности контакта льда с поверхностью испытуемого образца при разрушении этого контакта под действием сдвиговой нагрузки, приложенной в направлении, параллельном плоскости контакта.
Адгезионная прочность контакта льда с твердыми поверхностями количественно характеризует силу, которую нужно затратить для разделения единицы площади такого контакта. Знание этой характеристики весьма важно во многих отраслях промышленности, в частности, в авиации и электроэнергетике для оценки эффективности мер, принимаемых для борьбы с обледенением поверхностей самолетов, аэронавигационного оборудования, проводов и конструкций воздушных линий электропередач.
Из существующего уровня техники известны центробежный метод и устройство для измерения адгезионной прочности льда (С. Laforte and А. Beisswenger, Icephobic material centrifuge adhesion test. Proceedings of International Workshop on Atmospheric Icing of Structures (I WAIS XI), Montreal, QC, Canada 2005, pp. 12-16), включающее термостатируемую комнату, в которой размещен двигатель с возможностью линейного изменения скорости вращения, закрепляемая на оси двигателя алюминиевая консоль, металлический кожух с пьезодатчиками ударных вибраций, и компьютер для управления запуском двигателя, фиксации момента разрушения адгезионного контакта и обработки полученных результатов измерений. В данном устройстве лед формируется на одном конце алюминиевой консоли в отдельно расположенной камере ледяного дождя, после чего взвешивается и на другом конце консоли устанавливается противовес, подобранный соответственно весу сформированного льда; консоль со льдом переносится в испытательную камеру и фиксируется на оси электродвигателя внутри металлического кожуха, на стенках которого установлены 2 пьезоэлектрических датчика, чувствительных к вибрациям; под управлением компьютера запускается двигатель с известным законом линейного во времени увеличения скорости и фиксируется момент срабатывания пьезоэлемента на удар оторвавшегося образца льда о стенку металлического кожуха; на основании определенного времени от момента запуска двигателя до момента отрыва льда рассчитывается скорость вращения двигателя в момент отрыва и соответствующие ей центробежная сила и прочность адгезионного контакта. Недостатком рассматриваемого устройства является сложность и длительность подготовки образцов, в том числе необходимость отдельной камеры для нанесения льда на поверхность, высокая доля неудачных испытаний, связанных с когезионным разрушением образца льда.
Известно также другое устройство (Патент CN 108181233 Material surface dynamic ice formation adhesion determination method and device thereof), которое включает в себя двигатель, консоль, устройство определения скорости вращения, дисплей скорости вращения и высокоскоростную видеокамеру, а испытуемые образцы поверхностей со сформированным льдом расположены на двух концах консоли. В данном устройстве в одном эксперименте возможно тестирование сразу двух образцов; достоинством метода также является прямое определение скорости вращения консоли в момент разрушения контакта льда с образцом тестируемой поверхности. Недостатком рассматриваемого устройства является высокая стоимость высокоскоростной видеокамеры, а также, при существующем уровне развития техники, ограниченная скоростью передачи и объемом носителя информации доступная продолжительность непрерывной записи видеопотока, что накладывает дополнительные ограничения на условия проведения измерений.
Технический результат заявленного изобретения является упрощение процедуры подготовки образцов для проведения измерений прочности адгезии льда, повышение статистической достоверности получаемых результатов за счет увеличения количества образцов, тестируемых в одном эксперименте, обеспечение возможности прямого сравнения величин прочности адгезии льда к разным материалам и/или покрытиям в одинаковых условиях в рамках одного эксперимента.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям содержит серводвигатель, защитный кожух, диск для размещения тестируемых образцов, регистратор температуры, стробоскопический осветитель, первую цифровую видеокамеру, вторую цифровую видеокамеру, видеорегистратор, монитор, блок управления серводвигателем и климатическую камеру, при этом серводвигатель размещен внутри климатической камеры, также внутри климатической камеры закреплены стробоскопический осветитель и первая цифровая видеокамера, на вертикально ориентированной оси серводвигателя установлен диск для размещения тестируемых образцов, на поверхности диска для размещения тестируемых образцов выполнены резьбовые отверстия для крепления тестируемых образцов с намороженными пластинками льда, первая цифровая видеокамера соединена с видеорегистратором, объектив которой направлен на диск для размещения тестируемых образцов, снаружи климатической камеры размещены видеорегистратор с монитором, блок управления серводвигателем с цифровым индикатором частоты вращения серводвигателя, вторая цифровая видеокамера, соединенная с видеорегистратором, и объектив которой направлен на блок управления серводвигателем с цифровым индикатором частоты вращения серводвигателя. Кабели питания и управления к серводвигателю, осветителю и первой цифровой видеокамере подведены через порт доступа в верхней стенке климатической камеры. Серводвигатель закреплен в защитный кожух. Внутри климатической камеры дополнительно закреплен демпфирующий кожух для гашения импульса отрывающегося льда и защиты стенок климатической камеры от повреждения пластинками льда при работе устройства. В центре диска для размещения тестируемых образцов закреплен регистратор температуры.
Предлагаемое решение базируется на использовании стробоскопического эффекта, состоящего в том, что при освещении вращающегося объекта световыми вспышками с частотой, равной или кратной частоте вращения, объекта представляется наблюдателю (и фиксируется видеокамерой) как неподвижный.
Сущность заявленного изобретения дальнейшем поясняется детальным описанием, примерами и иллюстрацией, на которой изображено следующее:
на фиг. 1 - принципиальная схема центробежного устройства для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям, где:
1 - серводвигатель;
2 - защитной кожух;
3 - диск для размещения тестируемых образцов;
4 - тестируемые образцы;
5 - намороженная пластинка льда;
6 - регистратор температуры;
7 - стробоскопический осветитель;
8 - первая цифровая видеокамера;
9 - вторая цифровая видеокамера;
10 - видеорегистратор;
11 - монитор;
12 - блок управления серводвигателем (сервопривод);
13 - климатический камера;
14 - демпфирующий кожух;
на фиг. 2 - пример размещения тестируемых образцов.
Устройство поясняется фиг. 1, на которой изображена принципиальная схема центробежного устройства для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям.
На вертикально ориентированной оси серводвигателя 1, закрепленного в защитном кожухе 2, установлен диск для размещения тестируемых образцов 3. На поверхности диска выполнены резьбовые отверстия для крепления тестируемых образцов 4 с намороженными пластинками льда 5. Для контроля температуры поверхности диска с образцами используется регистратор температуры 6. Серводвигатель с кожухом и диском размещены внутри рабочей зоны 13 климатической камеры. Также внутри рабочей зоны закреплены стробоскопический осветитель 7, первая цифровая видеокамера 8 и демпфирующий кожух 14 для гашения импульса отрывающегося льда и защиты стенок климатической камеры от повреждения пластинками льда при работе устройства. Кабели питания и управления к серводвигателю, осветителю и видеокамере подведены через порт доступа в верхней стенке рабочей зоны климатической камеры. Снаружи климатической камеры размещены видеорегистратор 10 с монитором 11, блок управления серводвигателем 12 с цифровым индикатором частоты вращения серводвигателя, а также вторая цифровая видеокамера 9 для регистрации показаний индикатора частоты.
Устройство работает следующим образом. На поверхности диска 3 с помощью подходящих зажимов равномерно размещаются тестируемые образцы 4. Равномерность размещения необходима для соблюдения балансировки диска при вращении. Пример размещения представлен на фиг. 2. На поверхности образцов помещаются втулки, в которые заливается вода. Климатическая камера закрывается и включается охлаждение рабочей зоны. Первая цифровая видеокамера 8, соединенная с видеорегистратором 10 позволяет наблюдать на мониторе 11 процесс охлаждения и регистрировать момент кристаллизации льда на всех образцах, после чего образовавшиеся пластинки льда выдерживаются требуемое условиями эксперимента время при заданной отрицательной температуре. После указанной выдержки серводвигатель приводится во вращение путем подачи управляющего напряжения на блок управления серводвигателем 12, причем частота вращения пропорциональна управляющему напряжению. На цифровом индикаторе блока управления отражается частота вращения серводвигателя, одновременно управляющий сигнал такой же частоты подается на стробоскопический осветитель 7. Благодаря стробоскопическому эффекту изображение диска 3 с образцами 4, записываемое видеокамерой 8 на диск видеорегистратора 10 и отображаемое на мониторе 11, выглядит неподвижным, что позволяет четко фиксировать момент отрыва каждой втулки со льдом с поверхностей образцов. Одновременно вторая цифровая видеокамера 9 передает на видеорегистратор для записи и отображения на мониторе показания цифрового индикатора блока управления. Сопоставление каждому событию отрыва (непосредственно в процессе эксперимента или при последующем просмотре видеозаписей) частоты вращения серводвигателя позволяет вычислить прочность адгезионного контакта по формуле
F=m×R×(2πν/60)2/S, где
F- прочность адгезионного контакта, Па;
m - масса ледяной пластинки с втулкой, кг;
R - расстояние от центра диска до центра ледяной пластинки в момент отрыва, м;
ν - частота вращения серводвигателя в момент отрыва, об/мин;
S - площадь контакта ледяной пластинки с образцом, м2.
Предлагаемое в заявляемой модели техническое решение является новым и имеет следующие существенные отличия от известных решений:
- центробежное устройство для измерения адгезии льда размещено внутри климатической камеры, что позволяет проводить формирование адгезионного контакта лед - тестируемый образец и его разрушение в одном месте, без перемещения образцов и при хорошо контролируемой температуре;
- тестируемые образцы размещаются не на консоли, а на диске, что позволяет проводить одновременное тестирование большого количества образцов, и повышает статистическую достоверность получаемых результатов;
- для фиксирования моментов разрушения адгезионного контакта и определения скорости вращения диска с тестируемыми образцами в эти моменты используется стробоскопический эффект, что упрощает наблюдение за большим количеством образцов и расшифровку экспериментальных результатов;
- регистрация процесса испытания производится с помощью стандартного видеозаписывающего оборудования - бытовых видеокамер и видеорегистратора, что обеспечивает существенное снижение затрат на подготовку и проведение измерений.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков изобретения ранее неизвестна и приводит к новому техническому результату - снижению материальных и трудовых затрат на экспериментальное определение адгезии льда к тестируемым материалам и повышение статистической достоверности получаемых результатов.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы.
Примером реализации заявляемого технического решения является центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям, в котором в качестве серводвигателя и блока управления серводвигателем используются соответственно двигатель EMJ-010ASA и сервопривод Servo ЕР-4 (Estun, Китай), в качестве стробоскопического осветителя - электронный тахометр Testo 477 (Testo, Германия), в качестве климатической камеры - камера Binder MK-53 (Binder, Германия), в качестве видеорегистратора с видеокамерами - готовый комплект IP видеонаблюдения с двумя уличными камерами PST IPK02CF (PST Ltd, Китай), в качестве регистратора температуры - регистратор DS1922L-F5 (Maxim Integrated, США).
В качестве примера измерения адгезии льда в Таблице 1 представлено сравнение величины адгезии льда при температуре -5°С к полированным и неполированным пластинам из сплава АМг2.
Claims (5)
1. Центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям содержит серводвигатель, защитный кожух, диск для размещения тестируемых образцов, регистратор температуры, стробоскопический осветитель, первую цифровую видеокамеру, вторую цифровую видеокамеру, видеорегистратор, монитор, блок управления серводвигателем и климатическую камеру, при этом серводвигатель размещен внутри климатической камеры, также внутри климатической камеры закреплены стробоскопический осветитель и первая цифровая видеокамера, на вертикально ориентированной оси серводвигателя установлен диск для размещения тестируемых образцов, на поверхности диска для размещения тестируемых образцов выполнены резьбовые отверстия для крепления тестируемых образцов с намороженными пластинками льда, первая цифровая видеокамера соединена с видеорегистратором, объектив которой направлен на диск для размещения тестируемых образцов, снаружи климатической камеры размещены видеорегистратор с монитором, блок управления серводвигателем с цифровым индикатором частоты вращения серводвигателя, вторая цифровая видеокамера, соединенная с видеорегистратором, объектив которой направлен на блок управления серводвигателем с цифровым индикатором частоты вращения серводвигателя.
2. Центробежное устройство по п. 1, в котором кабели питания и управления к серводвигателю, осветителю и первой цифровой видеокамере подведены через порт доступа в верхней стенке климатической камеры.
3. Центробежное устройство по п. 1, в котором серводвигатель закреплен в защитный кожух.
4. Центробежное устройство по п. 1, в котором внутри климатической камеры дополнительно закреплен демпфирующий кожух для гашения импульса отрывающегося льда и защиты стенок климатической камеры от повреждения пластинками льда при работе устройства.
5. Центробежное устройство по п. 1, в котором в центре диска для размещения тестируемых образцов закреплен регистратор температуры.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777678C1 true RU2777678C1 (ru) | 2022-08-08 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116136484A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-19 | 东北农业大学 | 翼型叶片结冰粘结强度测量机构、装置及试验方法 |
| CN116973018A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-31 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种新型持续表面剪切力光学测量方法 |
| CN117451620A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 华能科尔沁右翼前旗新能源有限公司 | 一种风力发电叶片结冰附着强度测试装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202033278U (zh) * | 2011-05-06 | 2011-11-09 | 吉林大学 | 一种冰黏附强度测试装置 |
| RU125342U1 (ru) * | 2012-09-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | Устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям |
| RU2522818C1 (ru) * | 2012-12-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Способ измерения адгезии льда на сдвиг к другим материалам |
| CN104897565B (zh) * | 2015-06-09 | 2017-05-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种冰粘附剪切强度测量装置 |
| CN108181233A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-19 | 四川大学 | 一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202033278U (zh) * | 2011-05-06 | 2011-11-09 | 吉林大学 | 一种冰黏附强度测试装置 |
| RU125342U1 (ru) * | 2012-09-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | Устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям |
| RU2522818C1 (ru) * | 2012-12-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Способ измерения адгезии льда на сдвиг к другим материалам |
| CN104897565B (zh) * | 2015-06-09 | 2017-05-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种冰粘附剪切强度测量装置 |
| CN108181233A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-19 | 四川大学 | 一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116136484A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-19 | 东北农业大学 | 翼型叶片结冰粘结强度测量机构、装置及试验方法 |
| CN116973018A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-31 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种新型持续表面剪切力光学测量方法 |
| CN117451620A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 华能科尔沁右翼前旗新能源有限公司 | 一种风力发电叶片结冰附着强度测试装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4524620A (en) | In-flight monitoring of composite structural components such as helicopter rotor blades | |
| US3952566A (en) | Bearing and lubricant film test method and apparatus | |
| CN108181233B (zh) | 一种材料表面动态成冰粘附力测定方法及其装置 | |
| NO881262L (no) | Anordning for aa paavise inntak av fremmedlegemer i en motor | |
| RU2777678C1 (ru) | Центробежное устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда к твердым поверхностям | |
| EP2240753B1 (en) | System and method for testing of transducers | |
| Joshi et al. | Ultrasonic detection of fatigue damage | |
| US3667280A (en) | Method for determining the freezing point of a hydrocarbon | |
| US4232554A (en) | Thermal emission flaw detection method | |
| US4231259A (en) | Method and apparatus for non-destructive evaluation utilizing the internal friction damping (IFD) technique | |
| CN114878457B (zh) | 一种测量固体材料表面切向冰黏附强度的试验装置和方法 | |
| US9204109B1 (en) | IR detection of small cracks during fatigue testing | |
| Blanc et al. | Infrared stroboscopy—a method for the study of thermomechanical behaviour of materials and structures at high rates of strain | |
| Aatola et al. | Cepstrum analysis predicts gearbox failure | |
| RU216048U1 (ru) | Устройство для измерения силы адгезии льда | |
| Stahle et al. | Ground vibration testing of complex structures | |
| Edward et al. | Ontario Hydro live-line vibration recorder for transmission conductors | |
| RU2227282C1 (ru) | Установка для испытаний листовых материалов на растяжение | |
| JPH08136406A (ja) | 高速回転振動試験装置 | |
| RU2530457C1 (ru) | Устройство для измерения вязкости материала | |
| CN211061414U (zh) | 一种采用红外技术的快速水分测定仪 | |
| US11624687B2 (en) | Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point | |
| CN215952620U (zh) | 用于检定温湿度计的转动式检定箱 | |
| RU2399417C1 (ru) | Способ для определения силы связи зерна с растениями сельскохозяйственных культур и устройство для его осуществления | |
| RU2659193C1 (ru) | Способ вибрационной диагностики процессов разрушения конструкций |