Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

Рис. 125. Призменные шарниры силопередающих механизмов:

319

кромки призм образуются фрезеровкой плоскостей под углом 50— 60°; призмы и подушки изготавливаются из легированных цементи­ рованных сталей, подвергаемых термообработке. Подушки закали­ ваются на твердость HRC 63—65, а призмы — на HRC 2—4 единицы ниже. Нагрузка закаленных призм обычно принимается до 200— 400 Н на 1 мм длины кромки. Недостатком призменных опор является то, что они могут воспринимать лишь положительную нагрузку, прижимающую призму к подушке. Поперечная нагрузка на призмы допустима лишь в пределах порядка нескольких процентов от ос­ новной.

Возможность восприятия нагрузок разного знака легко дости­ гается в упругих шарнирах, обладающих большой надежностью в ра­

боте и полным отсутствием механического трения. Гибкие (упругие) шарниры просты в изготовлении и представляют собой пластины,

(рис. 126, а) мгновенный центр вращения перемещается по мере деформации, поэтому такой тип шарнира применяется только при очень малых перемещениях присоединенных элементов силопередаю­ щих устройств. Шарниры с фиксированным центром образуются из двух и более пластин, пересекающихся под прямым углом, как это показано на рис. 126, в, г. Такие шарниры применяются в ка­ честве главных опор рычагов и могут в отличие от шарниров без фиксированного центра воспринимать значительные поперечные на­ грузки. Упругие шарниры изготавливаются либо путем защемле­ ния тонких пластин, вырезанных из листа пружинной стали, либо фрезеровкой из проката высоколегированных сталей. Максимально допустимые напряжения при нагрузке шарниров не должны превос­ ходить 0,3—0,4 от предела текучести. На рис. 127 приведены кон­ струкции рычагов на упругих шарнирах. При повороте упругого шарнира напряжения изгиба в материале вызывают восстанавлива­ ющий момент, пропорциональный углу поворота. За исключением случаев, когда этот угол очень мал, восстанавливающий упругий

320

момент значительно превосходит момент трения эквивалентного призменного шарнира. Поэтому упругие шарниры в основном при­ меняются в элементах, имеющих малые перемещения. Чаще всего

Рис. 127. Рычаги на упругих шарнирах

упругие шарниры применяются в тех звеньях силопередающей си­ стемы, где точность передаточных соотношений не имеет значения; ответственные шарниры выполняются в виде призменных опор.

5. Измерение крутящего момента и мощности

Одним из основных параметров многих теплотехнических объек­ тов, преобразующих энергию рабочего тела во вращательное движе­ ние (или с помощью вращения передающих энергию рабочему телу), является мощность, которая определяется лишь косвенным путем, по измерению крутящего момента и угловой скорости вращения ротора. Электродвигатели, турбинные двигатели, турбостартеры, газовые и гидравлические турбины являются источниками мощности, а такие объекты, как компрессоры, насосы, генераторы — погло­ щают мощность. В связи с этим и измерение крутящего момента на валу может быть осуществлено двумя методами: с поглощением и без поглощения мощности. При измерении крутящего момента с погло­ щением мощности используются тормозные устройства со свободно подвешенным статором; реактивный момент на статоре тормоза равен приложенному к ротору крутящему моменту. Измерения без погло­ щения мощности осуществляются по балансирному моменту на ста­ торе электродвигателя, редуктора или же с помощью торсиометров и других специальных измерителей. "

При измерении крутящего момента М кр с помощью тормозных устройств измеряемая мощность подводится к ротору тормоза. За счет взаимодействия ротора со статором на последнем возникает реактивный момент, равный М кр. Для осуществления измерения статору придается дополнительная степень свободы — он устанавли­ вается на подшипниках относительно неподвижной части конструк­ ции. Рычаг известной длины, жестко связанный со статором, нагру­

жает динамометр; такие устройства называются балансирными. По типу осуществления отбора мощности тормоза могут быть механи­ ческими, электрическими или гидравлическими. Наибольшее рас­ пространение получили последние, обладающие рядом преимуществ перед электрическими или механическими тормозами. Поглощение мощности Рт в гидротормозе (рис. 128) происходит частично вслед­ ствие выполнения работы, затрачиваемой на перемещение жидкости, частично вследствие трения ротора о жидкость. В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду из-за ее большой теплоемкости, постоянства вязкости и дешевизны. Для получения больших тормоз­ ных мощностей иногда применяется масло с повышенной вязкостью.

Рис. 128. Гидротормоз: а — принципиальная схема; б — типичная нагрузочная характеристика

1 — статор; 2 — диск; 3 — подача воды; 4 — кран слива воды; 5 — изме­ ритель силы

На рис. 128, б приведена типовая нагрузочная характеристика гидро­ тормоза. Здесь \ характеризует степень заполнения водой внутрен­ ней полости тормоза. При | тах поглощаемая мощность возрастает с увеличением оборотов вала по кубической параболе ОА. Точка А соответствует максимальному крутящему моменту, на который рас­ считаны вал и муфта, дальнейшее увеличение поглощаемой мощности может осуществляться лишь при постоянном Мкр. Точка Б соответ­ ствует максимальной мощности, которую способен поглотить гидро­ тормоз при максимально возможной прокачке воды; эта мощность может быть отобрана на разных скоростях вращения при разных | (прямая БВ). Точка В определяется максимальной скоростью вра­ щения, при которой обеспечивается прочность диска. Минимальной загрузке водой £ соответствует кубическая парабола ОБ, определяю­ щая минимум мощности, которую способен поглотить данный тормоз. Изменяя загрузку и прокачку воды, можно получить любой режим, выражаемый точкой внутри площади, ограниченной линиями ОАБВГО. Во время работы тормоза вода нагревается. Необходимое для работы гидротормоза количество воды GB(Wbl определяется по уравнению энергетического баланса

Рт— Сводыс (Гвых ТБХ),

322

где Рт— мощность, поглощаемая тормозом; с — теплоемкость воды;

При снятии характеристик турбин и отдельных ступеней компрес­ сора важно учитывать моменты сил трения, возникающие в подшип­ никах исследуемой машины. Измерить момент трения можно различ­ ными способами; часто для этого подшипники турбины или компрес­ сора устанавливаются в стакане, имеющем возможность поворачи­ ваться в неподвижном корпусе станины. В этом случае момент сил трения с наружных обойм подшипников передается стакану и с по­ мощью рычага приводится к динамометру.

Измерение крутящего момента без поглощения мощности произ­ водится по балансирному моменту или с помощью торсиометра. Для измерения балансирного момента используются либо приводные электродвигатели, либо редукторы (мультипликаторы). На рис. 129 показана схема балансирного электродвигателя. Балансирный мо­ мент М б, приложенный к статору двигателя, равняется крутящему моменту М тр на валу с учетом небольшого момента трения в подшип­ никах двигателя

М б ± М тр — М кр — FI.

Так как момент трения всегда направлен против движения, то при качании статора его знак меняется, что затрудняет внесение по­ правки. Если принимать М б = МкР, то ошибка в измерении будет равна 2Мтр. Для того чтобы момент трения не сказывался на точ­ ности измерения, статор подвешивают на опоре, как показано на рис. 130. При этом момент трения за счет уменьшения давления на опоры получается небольшим и им можно пренебречь.

Балансирный редуктор представляет собой шестеренчатый ре­ дуктор, к корпусу которого приложен момент М б,] равный разности между моментами на входном и выходном валах (рис. 131). При из­ мерении Л1кр с помощью балансирного редуктора (мультипликатора) следует учитывать энергию, расходуемую на преодоление сил трения в зубчатых зацеплениях; в этом случае Мб зависит от механического к. п. д. передачи т]м. Если выразить Л1ВЫХ через Л4кр и передаточное отношение зубчатой передачи г, то получим

откуда величина измеряемого момента М б равна

Знак плюс берется в случае, когда входной и выходной валы редук­ тора вращаются в разные стороны, а минус — при одностороннем вращении. Механический к. п. д. может быть учтен динамическим тарированием или вычислен по измерению количества тепла, отво-

Рис. 129. Схема балансирного электродвигателя

Рис. 130. Схема балансирного электродвигателя с подвеской через вал ротора

Рис. 131. Схема измерения М кр с помощью балансирного редуктора:

/ — мультипликатор; 2 — опора; 3 — измеритель силы

324

димого с маслом, которое поступает на смазку шестерен и подшип­ ников редуктора.

В зависимости от измеряемой мощности и габаритов балансирных устройств усилие F на силовом рычаге может быть измерено любым динамометром из числа рассмотренных в этой главе. Для измерения относительно небольших сил (обычно не более 1 Н) широко исполь­ зуются компенсационные схемы с электромагнитным уравновешива­ нием. Примером может служить схема, в которой в качестве инди­ катора отклонения подвижной части служат фотоэлементы (рис. 132). На одном конце рычага, прикрепленного к балансирному корпусу, имеется пластина с прорезью, помещенная между фотоэлементом и лампочкой. При отклонении рычага от равновесного состояния на

фотодатчике возникает сигнал, который после усиления передается на подвижную катушку, укрепленную на противоположном плече рычага и движущуюся в поле постоянного магнита. Измеряемый момент непрерывно уравновешивается моментом электромагнитных сил катушки, ток в которой связан с моментом линейной зависи­ мостью и служит измерительным сигналом. Приведенная погрешность такой системы может быть до ±0,2% .

Электромагнитный метод также находит применение при из­

препятствующее повороту катушки, линейно зависит от измеряемого момента.

325