Устройство для измерения радиальных сил и способ его изготовления

 

Сущность изобретения: устройство содержит втулку (10) с кольцевыми буртами 11, 12, которые размещены с натягом в выполненной в корпусе (2) со ступицей (4) цилиндрической расточке. В средней части втулки

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 1 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4892974/10 (22) 21.12.90 (46) 15.11.92. Бюл. К 42 (71) Конструкторское бюро энергетического машиностроения (72) Л.Ф.Астафьев, Г.А,Емелин и А.В.Кручинин (56) Заявка ФРГ

N . 2450780, кл. G 011 1/22.

Авторское свидетельство СССР

М 421893, кл. G 01 1 1/22, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N. 1006943, кл. G 01 L 1/22, 1982.

"Современные методы и аппаратура для измерения усилий". М., ИНИИТЭИ, 1975, с.

14. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ СИЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит втулку (10) с кольцевыми буртами 11, 12, которые размещены с натягом в выполненной в корпусе (2) со ступицей (4) цилинИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам и способам измерения усилий, возникающих в машинах и механизмах различного назначения. Изобретение предназначено для применения преимущественно в гидравлических центробежных насосах, Известно устройство для измерения усилий на валах в самолетах, в котором применяются тензометрические датчики.

Известно устройство для измерения радиальной силы, в котором тензометрические датчики наклеены на поверхность

„„,Ц„„1?75623 А1

2 дрической расточке. В средней части втулки (10) выполнены восемь осесимметричных цилиндрических выемок, поверхности (17) которых параллельны оси втулки и образуют полости (18) между втулкой и внутренней поверхностью корпуса (2). Одна полость (18) соединена с источником высокого давления. а диаметрально противолежащая ей — с полостью низкого давления. Тензометрические датчики (20) закреплены на выемках (17) втулки (10). При изготовлении устройства для измерения радиальных сил после закрепления тензодатчиков (20) на поверхности втулки их электрические выводы укладывают спирально в соответствующей выемке (17) втулки, заполняют выемку спиртом и охлаждают в жидком азоте до затвердевания спирта. Перед установкой втулки (10) корпус (2) насоса нагревают, испаряют азот и спирт, выпрямляют электрические выводы, а полости между внутренней поверхностью корпуса (2) и втулкой (10) заполняют наполнителем. 2 с.п. 1 з.п,ф-лы, 5 ил. отдельных балочек, составляющих кольцо в . виде многоугольника. 3

Известны такжеустройство для измере- 00 ния напряжений и способ его изготовления, основанные на наклеивании тензометрических датчиков в соответствующих местах гребного винта с последующим покрытием гидролизующим эпоксидным герметиком.

Известны способы изготовления содержащих тензометры устройств для измерения усилий. Способ заключается в наклеивании тензометров на поверхности деталей.

1775623

15

30

40

К недостаткам известных устройств следует отнести невозможность и проблематичность их использования в насосах. работающих на химически активных средах, гаких как жидкий кислород, а гакже в условиях работы в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды.

В известных способах изготовления не предусматривается установка тензодатчиков в глубине глухо о канала, как это имеет место B центробежном насосе. Использование известных способов изготовления требует увеличения надежности конструкции и повышения качества сборки.

Изобретение направлено на повышение эффективности за счет возможности использования в центробежных насосах, работающих на химически активных средах и в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды, а также на повышение надежности устройства.

Способ направлен на повышение качес i ва сборки и надежности устройства.

Сущность заключается в том, что в устройстве имеется втулка, вставленная в корпус насоса, во втулке размещается подшипник, на втулке по краям выполнены уплогнительные бурты, с гарантированHыM натягом входящее в расточку корпуса. В средней части втулки выполнены осесимметричные цилиндрические выемки с образованием полостей между втулкой и внутренней поверхностью кор -,,са, поверхHocTN которых параллельны оси втулок. Полость между внутренней поверхностью корпуса и втулкой соединена с введенным в устройство источником высокого давления, а на диаметрально расположенном конце— с полостью низкого давления. Это обеспечивает возмо>кность продувки первой полоcTN инер";ным газом при испытаниях.

Сущность способа заключается в том, что после прикрепления тензометрических датчиков ко втулке электрические выводы спирально укладывают в выемке втулки, Выемку заливаю", спиртом, после чего втулку охла><дают в жидком азоте до затвердения спирта с уложенными а нем электрическими выводами. После этого втулка вставляется в корпус насоса, который предварительно нагревают. Затем испаряют азот и спирт путем нагревания собранной консгрукции, после чего распрямляют свернутые в спираль электрические выводы, а полость между втулкой и корпусом заполняют наполнителем, например герметиком ВИКСИНТ У1-18.

На фиг, 1 представлено устройство для измеоения радиалbHhlx сил в центробежноГл насосе, разрез: на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — в увеличенном масштабе первый вариант узла I (см.фиг. 1) с выполнением его под подшипник (с двумя коническими участками); на фиг, 4 — то же, второй вариант посадочного места под подшипник (с участком торовой поверхности); на фиг. 5 — технологический монтаж электрических выводов тензодатчиков, Устройство содержит вал 1 центробежного насоса, корпус 2 центробежного насоса, являющийся одновременно и корпусом устройства, ребра 3 корпуса 2 (в данной конструкции предусмотрено четырех таких ребра, расположенных осесимметрично), ступицу 4 корпуса 2, воспринимающуlо радиальные усилия в подшипнике, наружное кольцо 5 шарикоподшипника, внутреннее кольцо 6 шарикоподшипника; посадочную цилиндрическую поверхность 7 наружного кольца шарикоподшипника; гайку 8 и шайбу

9, с помощью которых обеспечивается жесткое крепление внутреннего кольца 6 шарикоподшипника на валу 1, Втулка 10 установлена в корпусе 2 ме>кду ступицей 4 и нару>кным кольцом 5 шарикоподшипника

По кольцевым уплотнительным буртам 11 и

12 втулка 10, посажена с гарантированным натягом во внутреннюю цилиндрическую поверхность ступицы 4(фиг, 1). Во втулке 10 имеется посадочная растпчка 13 под шарикоподшипник. Два варианта оформления этой расточки представлены на фиг. 3 и 4.

На фиг. 3 расточка 13 выполнена из двух расширяющихся к краям конических поясов

14 и 15 с располо>кенным ме>кду ними участком цилиндрической поверхности. На фиг. 4 указанная расточка 13 выполнена в виде участка торовой поверхности 16, также расширяющегося к краям втулки 10. Такое конструктивное исполнение втулки обеспечивает передачу радиальной силы от подшипника на втулку в средней части поверхности 17, что обеспечивает увеличение деформации в месте крепления датчика и повышение его чувствительности и точности измерения, Такое конструктивное исполнение обеспечивает уменьшение осевого габарита устройства.

Втулка 10 (см.фиг. 1 и 2) имеет восемь осесимметрично расположенных выборок (выемок), образующие поверхностей которых параллельны оси втулки, а сами поверхности 17 этих выборок вместе с расточкой корпуса 2 образуют полости 18.

Втулка 10 в поперечном сечении в средней своей части имеет звездообразный профиль с осесимметричными цилиндрическими выемками (см,фиг. 2). К четырем из полостей 18, т.е, через одну, выходят каналы

1775623

19 (28, 31, 32) корпуса 2. Против этих каналов в середине поверхностей 17 наклеены тензометрические датчики 20, которые электрическими выводами 21 соединены с герметизирующей колодкой 22 (с ее клеммами 23). Гайка 24, осуществляя поджатие прокладки 25 через колодку 22, обеспечивает герметизацию канала 19, В устройстве имеются штуцер 26, боковой канал 27. Канал

28, симметричный каналу 19, сообщается также сбоковым к,аналом 19 и штуцером 30.

Имеются также каналы 31 и 32, которые не имеют боковых каналов и штуцеров, подобных 26, 27, 29, 30. В каждом из каналов 31, 32 располагаются свои электрические выводы 21 тензометрических датчиков 20, а также герметизирующие колодки 22 (с клеммами 23), гайками 24 и прокладками 25 (фиг. 2).

Полости между втулкой 10 и внутренней поверхностью ступицы 4 корпуса 2 (включающие полости 18) и каналы 19, 28, 31, 32 заполняют наполнителем. например герметиком ВИКСИНТ У1-18, для исключения обрыва выводов 21 и тензодатчиков 20 при .работающем насосе. Герметик заполняют вплоть до колодок 22 и каналов 27 и 29.

Работает устройство следующим образом. При работе насоса радиальная сила от вала 1 передается на шарикоподшипник (внутреннее кольцо 6. внешнее кольцо 5), а затем — на втулку 10. Упругая деформация поверхности 17 изменяет омические сопротивления тензодатчиков 20, что позволяет определить направление, и величину радиальной силы, До испытаний на работающем насосе производят тарировку датчиков 20 при подведении во внутреннюю полость насоса со стороны вала 1 и подшипника (наружное 5, внутреннее 6 кольца) давления и приложении к валу 1 соответствующих сил.

Способ изготовления заключается в следующем.

Втулка 10 имеет осесимметрично расположенные выемки, образованные поверхностями 1 7. На представленных изображениях (см.фиг, 2) восемь таких выемок. В этих выемках через один прикрепляют тенэометрические датчики (датчик 20 на поверхности 17, фиг. 2). К датчикам припаивают электрические выводы (к датчику 20 припаивают выводы 21). Выводы 21 свертывают в виде спирали 33 (фиг. 5). Аналогичным образом свертывают выводы всех четырех тензометрических датчиков (расположение тенэодатчиков 20 в выемках втулки

10 хорошо видно íà фиг. 2).

Втулку 10 с тензодатчиками помещают в жидкий азот так, что ось втулки примерно параллельна поверхности жидкого азота, а

20

25 2 со втулкой 10 (фиг. 1). Когда сборка прини30

55 одна из выемок 17 со своим тензометрическим датчиком (20) и спирально свернутым электрическими выводами 33 занимает верхнее положение.

Эту выемку заполняют жидким спиртом. Когда спирт затвердевает втулку 10 поворачивают на 90 вокруг ее оси и проделывают то же самое со следующим тензодатчиком (т.е. заливают спирт и т.д.), потом опять втулку 10 поворачивают вокруг ее оси симметрии на 90 и т.д, Таким образом "эамораживают" в спирте все четыре тензодатчика с их электрическими выводами. Корпус 2 со ступицей 4 нагревают. Охлажденную втулку 10 вставляют в корпус 2 до упора (фиг. 1), фиксируя его о положение в осевом направлении с помощью стопорного i:oëüöà, контактирующего с правым концом втулки 10. На вал 1 устанавливают шарикоподшипник(наружное 5, внутреннее

6 кольца). Закрепляют его от осевого перемещения относительно вала, устанавливая гайку 8 с шайбой 9, после чего собранный вал с подшипником устанавливают в корпус мает цеховую температуру, спирт в выемках

17 и в других выемках с тензодатчиками расплавляется и испаряется, освобождая спирали 33 тенэодатчиков 20 (см.фиг. 2, 5).

После этого через канал 19, (28, 31, 32) технологическими щипцами (не показаны) под= хватывают конец спирали и, растягивая, распрямляют спираль, обращенную в электрические выводы 21, которые вставляют и пропаивают в клеммах 23 герметизирующей колодки 22, Гайкой 24 уплотняют колодку 22 с прокладкой 25.

Аналогичным образом осуществляют сборку остальных трех узлов датчиков 20 и колодок 22.

Через один из штуцеров 26 или 30 заполняют внутрениюю полость между втулкой 10 и ступицей 4 корпуса 2 (полости 18), а также каналы 19. 28, 31 и 32 наполнителем, например герметиком ВИКСИНТ У1-18. Заполнять указанную полость герметиком не обязательно. Это целесообразно делать. когда предусматривается измерение радиальной силы при работе насоса на взрывобезопасной жидкости, например такой, как вода. Если виброперегрузки не достигают черезмерных величин (при работе насоса) можно также полости 18 герметиком не заполнять, При проведении измерений во время работы насоса на взрывоопасной жидкости . в случаях недопустимости протекания жидкости в полости расположения тензометрических датчиков и их электрических выводов

18, 19 и др. штуцер 26 канала 19 соединен с

1775623 баллоном газа высокого давления, например азота, а аналогичный штуцер 30 канала

28 соединен с полостью низкого давления, что обеспечивает продувку полостей расположения тензодатчиков и выводов инерт- 5 ным газом, Такая продувка имеет смысл, когда имеет место возможная негерметичность уплотнения кольцевыми буртами 11 и

12.

Следует отметить, что вал 1, корпус 2 со 10 ступицей 4, шарикоподшипник (кольца 5 и

6) могут быть штатными деталями насоса, а втулка 10 — специально изготовленная деталь для измерения радиальных сил в насосе. 15

Некоторые детали насоса (рабочее колесо, другой подшипниковый узел на фиг, 1-5 не показаны).

Втулка 10 не обязательно должна иметь выемки для четырех тензодатчиков. Тензо- 20 датчиков может быть и 3 и 6, и 8 и т.д. В этом случае может быть выполнено другое число выемок (поверхность 17), Следует отметить, что поверхность 17 может иметь и несколько другую форму и выполнена выпуклой обкат- 25 кой вокруг оси втулки 10, при этом на краях выемок будут участки вогнутых цилиндрических поверхностей от фрезы.

Каналы 31. и 32 можно не выполнять в отдельных случаях, а электрические выводы 30 тензодатчиков осуществлять через каналы

19 и 28, увеличив число клемм 23 на герметиэирующих колодках 22.

Наличие выемок, определяемых поверхностями 17, обеспечивает возможность 35 размещения достаточно длинных электрических выводов в форме спирали 33 (см.фиг.

5), их замораживание в спирте, что важно для обеспечения возможности запрессовки втулки 10 в ступице 4 корпуса 2. 40

Конструкция устройства обеспечивает возможность ее использования на химически активных и криогенных рабочих средах насосов в широком диапазоне. температур и рабочих давлений среды. Зто обеспечивает- 45 ся благодаря герметизации полости тензодатчиков и их электрических выводов и создания вокруг них инертной среды.

Изобретение позволяет реализовать конструкцию за счет использования замо- 50 раживания технологического спирта и жидкого азота, а также наполнителя. Это обеспечивает высокое качество сборки и надежности устройства, что особенно важно при высоких виброперегрузках, имеющих место на рабочих режимах работы центробежных насосов большой мощности.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения радиальных сил, содержащее установленную в корпусе втулку с размещенным в ней подшипником и тенэодатчиками на ее поверхности,отл ича ю щееся тем,что, с целью повышения эффективности за счет возможности использования в центробежных насосах, работающих на химически активных средах и в широком диапазоне температур и рабочих давлений среды, в корпусе выполнена цилиндрическая расточI ка, концы втулки снабжены кольцевыми буртами, размещенными с натягом в цилиндрической расточке, в средней части втулки выполнены осесимметричные цилиндрические выемки с образованием полос ей между втулкой и внутренней поверхностью корпуса, поверхности которых параллельны оси втулки.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности„одна полость между внутренней поверхностью корпуса и втулкой соединена с введенным в устройство источником высокого давления, а другая — с введенной полостью низкого давления.

3. Способ изготовления устройства для измерения радиальных сил, заключающийся в закреплении тензодатчиков на поверхности втулки и ее установке в корпусе, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сборки и надежности устройства, после закрепления тензодатчиков на поверхности втулки электрические выводы тензодатчиков укладывают спирально в соответствующей выемке втулки, заполняют выемку с электрическими выводами спиртом и охлаждают в жидком азоте до эатвердевания спирта, перед установкой втулки корпус нагревают, после чего испа рвот азот и спирт, выпрямляют электрические выводы, а полости между внутренней поверхностью корпуса и втулкой .заполняют наполнителем.

1775623

1775623.. Co:òàâèòåëü А,Кручинин

Те:ред М. Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 4029 Ти, аж Подписное

ВНИИПИ Государственпоп комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113(35, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Проиэводственно-иэд те ьский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Яюажл

8/орава 7