Контактный токосъемник с воздушным охлаждением

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи электрических сигналов с вращающихся объектов к неподвижной измерительной аппаратуре. Целью изобретения является повышение надежности работы токосъемника и точности передачи измерительного сигнала в условиях повышенных скоростей вращения вала за счет направленного отвода тепла из зоны скользящего контак -- та и удаления продуктов износа контактных пар. В основании 2 корпуса 1 расположены штудер 9 и йоздушный коллектор 10 который имеет воздухораспределительные каналы 11, соединяющие его с внутренней полостью корпуса I. Охлаждающгш воздух через штуцер 9 подают в коллектор 10 под определенным давлением. Сжатый воздух, заполнив весь объем коллектора 10, через каналы 11 переходит во внутреннюю полость корпуса 1, создавая в ней избыточное давление, под действием которого открываются половинки 3 с (С (Л с: ю 4 О) 1чЭ О Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 01 R 39/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3865701/24-07 (22) 25.03.85 (46) 23.07.86. Бюл. ¹ 27 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) Е.П.Дыбан и В.Е0.Хавин (53) 621.3.047(088.8) (56) Зедгинидзе Г.П. Измерение температуры вращающихся деталей машин. -М. б)ашгиз, 1962, с. 160-161, Авторское свидетельство СССР № 226002, кл. Н 01 К 39/64, 1965. (54) КОНТАКТНЫЙ ТОКОСЪЕМНИК С ВОЗДУШHblM ОХЛАЖДЕНИЕМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи электрических сигналов с вращающихся объектов к неподвижной измерительной аппаратуре.

Целью изобретения является повышение надежности работы токосъемника и точности передачи измерительного сигнала в условиях повышенных скоростей вращения вала за счет направленного отвода тепла из зоны скользящего контакта и удаления продуктов износа контактных пар. В основании 2 корпуса расположены штуцер 9 и ))оздушный коллектор 10 который имеет воздухораспределительные каналы 11, соединяющие его с внутренней полостью корпуса 1. Охлаждающий воздух через штуцер

9 подают в коллектор 10 под определенным давлением. Сжатый воздух, заполнив весь объем коллектора 10, через <3 каналы 11 переходит во внутреннюю полость корпуса 1, создавая в ней избыточное давление, под действием которого открываются половинки 3

124б206 крышки. При работе токосъемника направление струи охлаждающего воздуха, проходя зону скольжения контакта каждой пары снизу вверх с одинаИзобретение относится к измерительной технике, используемой в энергетическом машиностроении, в частности к устройствам передачи электрических сигналов с вращающихся обьек— тов к неподвижной измерительной аппаратуре.

При повышенных скоростях вращения роторов турбомашин (ГТД с частотой вращения 200-1000 1/с и выше) в зоне 16 контакта токосъемника выделяется значительное количество теплоты, что, приводя к росту температуры в этой зоне, не только вызывает рост погрешности измерения (из — за появления 15 параэитных ТЗДС}, но и в ряде случаев может привести к выходу всего устройства из строя.

Интенсивность отвода тепла от повер-...:остей скользящей контактной пары gQ щетка-кольцо является фактором, во многом определяющим эффективность и надежность работы токосъемньгх устройств в условиях реальной эксплуатации. 25

Цель изобретения — повышение надежности работы токосъемника и повышение точности передачи измеритель.. о o c òíàëà B условиях повьппенных скоростей вращения вала эа счет направленного отвода тепла иэ зоны скользящего контакта и удаления продуктов износа контактных пар, Нз фиг. 1 представлен контактный ч окосъемник и схематическое движе35 ние охлаждающего воздуха, общий вид; на фиг. 2 — кривые зависимости коэффициентов теплоотдачи от относительного зазора; на фиг. 3 — кривые зависимости величины термоЭДС от скорос40 ти вращения вала токосъемника.

Поедлагаемый контактный токосъемник содержит корпус 1, установленный на жесткое основание 2. Токосъемник закрыт крьппкой, выполненной иэ двух половин 3, шарнирно эакреплепковым давлением, равномерно охлаждают их и одновременно увлекают за собою образовавшиеся продукты износа контактных пар. 3 ил. ных на стенках корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположены ротор 4 с набранными на нем контактными кольцами 5, узел 6 щеткодержателей с токопроводящими щетками 7 и пневматические камеры 8. В основании 2 корпуса 1 расположены штуцер 9 и воздушный коллектор 10 прямоугольного сечения по всей длине основания 2, 1(оллектор 10 снабжен воздухораспределительными каналами 11, соединяющими его с внутренней пслостью корпуса 1 токосъемника.

Воздушное охлаждение зоны скользящего контакта в предлагаемом токосъемнике происходит следующим образом.

Охлаждающий воздух через штуцер 9 подают в коллектор 10 под определенным давлением еще до включения токосъемника в работу. Сжатый воздух равномерно заполняет весь объем коллектора 10 и; через каналы 11 переходит во внутреннюю полость корпуса 1, создавая в ней избыточное давление, под действием которого открываются половинки 3 крышки.

При включении токосъемника в работу подают воздух под определенным давлением в пневматические камеры 8, прижимая щетки 7 к кольцам 5, т.е. осуществляюг скользящий контакт.

Направленные струи охлаждающего воздуха, проходя непосредственно зону скольжения контакта каждой пары снизу вверх с оцинаковым давлением, равномерно охлаждают их и одновременно увлекают эа собою образовавшиеся про,цукты износа контактных пар, не позволяя им распространяться в полости корпуса 1 и оседать на внутренних конструктивных элементах, а через проем, образованный в крышке, выводят их наружу.

Струйное охлаждение контактных пар обеспечивает максимальное сниже1246206 ние их температуры при работе токосъемного устройства в условиях повышенных скоростей вращения вала.

Расчеты для струйного охлаждения зоны скользящего контакта позволяют определить оптимальные размеры диаметра воздухораспределительных отверстий и расстояние от них до кон— тактных пар ° Результаты расчетов представлены на фиг. 2 в виде кривых зависимостей теплообмена (числа N ) от относительного размера h/Й,,;

Кривая 1 получена при условии R

Ф вЂ” 1,5 10, кривая 2 — при -условии

К = 1,0 10 . Максимальная теплоотдача возможна при значениях параметра

h/a„2-20, после чего у обеих кривых наблюдается резкий спад.

Результаты испытаний опытного образца токосъемного устройства, в ко— тором поочередно реализовано охлаждение контактных пар согласно известного и предлагаемого способов приведены в таблице.

Применение предлагаемого токосъемного устройства позволяет осуществить передачу измерительного сигнала от объектов, скорость вращения которых достигает 40 тыс. об/мин, что в несколько раз превышает максимально возможную скорость вращения вала токосъемников охлаждением контактных пар известным способом.

При расстоянии свыше 40 мм. происходит резкий перегрев щеток и их разрушение.

Реализация расстояния h c 14 мм (фиг. 2) невозможна по конструктивным соображениям.

Диаметр воздухораспределительных каналов остается неизменным из соображений сохранения напора (скорости) воздушной струи, необходимого для . удаления продуктов износа щеток при неизменном з начении расхода воздуха 6.

Увеличение каналов (при неизменном G) приводит к снижению скорости воздушной струи на выходе из канала .

Таким образом, в предлагаемой конструкции токосъемника максимальное охлаждение контактных пар возможно при значении относительного зазора

h/ 0ть

Для проверки уменьшения влияния контактных термоЭДС на точность передачи измерительного сигнала за счет эффективного и равномерного ох- 1 лаждения контактных пар в предлагаемом токосъемнике проводят измерение значений термоЭДС Л F.(ðÁ) при увеличении скорости вращения вала. Результаты испытаний представлены в виде кривых зависимостей на фиг. 3. Кривая 1 получена при работе опытного образца, охлаждения контактных пар в котором осуществлялось путем продувки воздуха через корпус, кривая 210 при работе образца, охлаждение в котором осуществлялось плоским сплошным потоком воздуха, кривая 3 — при работе образца, выполненного по предлагаемому изобретению. с

Из приведенных зависимостей видно, что применение предлагаемого токосъемного устройства позволяет уменьшить значение паразитной контактной термоЭДС более чем в 10 раз по срав-.

20 нению с ее значением при работе из. вестного токосъемника при скорости вращения вала до 3 тыс. об/мин и . почти в 2 раза при скорости вращения вала до 25 тыс. об/мин.

25 Таким образом, повышается надежность работы токосъемника и одновременно точность передачи измерительного сигнала в условиях повышенных скоростей вращения вала.

Повышение надежности работы токосъемного устройства, т.е. увеличение времени непрерывной его работы, имеет важное значение, например, при испытаниях и контроле температурного сосЗ5 тояния вращающихся деталей больших газотурбинных установок и натурных конструкций. Частные остановки этих агрегатов при испытании из-эа выхода из строя токосъемных устройств приводит к дополнительным затратам рабочего времени на переналадку, монтаж, а также к дополнительным затратам электроэнергии, необходимой для вывода агрегатов на рабочий режим, 45

Формула из обрете ния

Контактный токосъемник с воздушным охлаждением, содержащий корпус с вра50 щающимся ротором, на котором установ. лены контактные кольца, и неподвижными щетками с пневматическим прижимным устройством, воздушный коллектор, корпус установлен на жестком основа55 нии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы токосъемника и повышения точности передачи измерительного сигнала в

1246206

Значение при испытании опытного образца

2 3 4 5 6 7 8

Показатель

1 9

Расстояние от коллектора до контактной пары h мм

14 18 20 28 32 36 40 44 48

Относительный зазор

h a„â

7 9 10 14 16 18 20 22 24

Температура щеток, C первой 140 143 145 150 l64 168 172 180 шестой 138 144 145 155 167 170 173 185

05 1 условиях повышенных скоростей вращения ротора за счет направленного от вода тепла из зоны скользящего контакта и удаления продуктов износа контактных пар, воздушный коллектор расположен в полости указанного основания и снабжен воздухораспределительными каналами, соединяющими его с внутренней полостью корпуса, причем число каналов равно числу контактньи пар, ось каждого канала проходит через центр зоны контакта соответствующей пары,аотношение расстояния от выходного отверстия канала до контактной лары к диаметру выходного отверстия каналавыбрано впределах 7 — 18.

1246206

88m Y

0,3

0,2

О) оав

0,05

0,03

ФОт Об)мин

500 1ã. Зт 5т 10т 20т

ФигЗ

Составитель В. Чернов

Техред К.Ходанич!

Редактор Н. Рогулич

Корректор .С. Черни

Заказ 4010/47

Тираж 597

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4