Измерение мощности на гребном валу

К торсиометрам, как к измерительным приборам, предъявляются весьма жесткие требования, обусловливаемые спецификой их эксплуатации на судне (повышенная вибрация и влажность, широкий диапазон изменения температуры окружающей среды и самого вала, нестабильность напряжения и частоты в судовой электросети и т. п.).

При проектировании торсиометра необходимо помнить, что величина крутящего момента изменяется в процессе вращения гребного вала, вследствие неравномерности поля скоростей за кормой судна и частоты вращения двигателя. Это обстоятельство налагает на торсиометр дополнительное требование — осреднение за один оборот измеряемой величины. В некоторых случаях бывает необходимо регистрировать и мгновенные значения Момента. И, наконец, торсиометры следует устанавливать таким образом, чтобы они не мешали нормальной эксплуатации судна и не ухудшали работы вала в отношении крутильных и аксиальных колебаний.

В связи с тем, что механические и оптические торсиометры не обеспечивают стабильности показаний и в последнее время применяются весьма редко, в дальнейшем будут рассмотрены только электрические или, точнее, электромеханические торсиометры.

По своему конструктивному оформлению торсиометры могут быть подразделены на две группы: торсиометры, устанавливаемые на специальную вставку в линию гребного вала, являющуюся по существу частью торсиометра; и торсиометры, монтируемые на гребном валу обычной конструкции. Сейчас в судостроении применяются оба типа торсиометров. Многочисленные исследования работы торсиометров в эксплуатационных условиях показывают, что метрологические характеристики вставок-торсиометров существенно лучше, чем у торсиометров, монтируемых на валу. Однако простота монтажа и небольшие материальные затраты, связанные с установкой и эксплуатацией «навесных» приборов имеют более существенное значение при решении вопроса о том, какой тип торсиометра должен быть выбран для оснащения судов серии. Обычно торсиометры-вставки применяются только в тех случаях, когда требуется обеспечить особо высокую точность измерений Мкр.

Примером высокоточного динамометра, использующего в качестве упругого элемента специальную вставку в гребной вал, служит измерительный комплекс ДКА-22-45, торсиометр которого рассчитай на измерение крутящих моментов до 30 000  кгс · м.

В торсиометре в качестве чувствительного элемента применен виброчастотный преобразователь. Сущность вибрационно-частотного метода измерения заключается в измерении частоты колебаний чувствительного элемента, которая меняется в зависимости от изменения измеряемого параметра.

Рассмотрим принципиальную схему чувствительного элемента такого динамометра (рис. 17). При возникновении колебаний в перемычке 3 в преобразователе 2 наводится ЭДС, частота которой равна частоте колебаний перемычки. Сигнал с преобразователя 2 подается на вход усилителя 4, выход которого подключен к возбудителю 1. Таким образом замыкается автоколебательная система. Вибрационно-частотный динамометр представляет собой автоколебательную систему типа камертонного генератора, частота колебаний которой в силу высокой добротности механической колебательной системы практически равна собственной частоте поперечных колебаний перемычки. При приложении к динамометру крутящего момента в результате деформации перемычка растягивается, при этом собственная частота ее поперечных колебаний увеличивается. Разность между собственной частотой нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента зависит от величины приложенной к динамометру нагрузки. Эта зависимость нелинейна и описывается с достаточной степенью точности выражением
где F0 — частота колебаний чувствительного элемента в отсутствие нагрузки; k — коэффициент, определяемый материалом и конструкцией измерительного преобразователя; Р — усилие, приложенное к динамометру.

Рис. 17. Принципиальная схема преобразователя динамометра ДКА-22-45.

Регистрирующая аппаратура для вибрационно-частотных динамометров фиксирует частоту колебаний перемычки динамометра за время, задаваемое эталонной частотой кварцевого генератора. Число разрядов схемы обеспечивает измерения с погрешностью, не превышающей ±0,02%. и составляет пять декад. Схема включает в себя, генератор эталонной частоты, в котором использован кварцевый резонатор с собственной частотой 10 кГц; делитель частоты генератора, обеспечивающий работу схемы в интервалах 4; 40; 80 и 160 с (с этого же делителя на счетчик времени подается частота 100 Гц, а также маркерная частота 1000 Гц для внутреннего контроля исправности прибора). Схема прибора предусматривает автоматический режим работы на 4; 40; 80 и 160 с. При этом интервал времени между измерениями составляет 4 с. Этот интервал используется для списания показаний со счетчика прибора и одновременной регистрации результатов измерений на электроуправляемой машинке.

Торсиометр (рис. 18) измерителя ДКА-22-45 состоит из двух торсионных валов: большого 2 и малого 1, приваренного к фланцам вала 2. В носовой части вала располагается преобразователь 4, представляющий собой замкнутое кольцо с вибропластинкой 6 в центре. Скручивание вала 2 через вал 1 передается на кольцо, которое деформируется в эллипс, напряжение в вибропластинке меняется. Для защиты преобразователя момента от воздействия осевых усилий служит мембрана 3, а от изгибающих моментов и перерезывающих сил — мембраны 5. Применение сварочных соединений в силовых цепях обеспечивает надежность работы приборов при малых деформациях упругих элементов, а размещение измерительных приборов внутри массивных силоизмерительных элементов уменьшает температурные погрешности.

Рис. 18. Торсиометр измерителя ДКА-22-45.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10