Устройство для измерения кручения вращающегося вала



Устройство для измерения кручения вращающегося вала
Устройство для измерения кручения вращающегося вала
Устройство для измерения кручения вращающегося вала
Устройство для измерения кручения вращающегося вала
Устройство для измерения кручения вращающегося вала

 


Владельцы патента RU 2531055:

СНЕКМА (FR)

Устройство содержит генератор (27) лазерного луча, первый поляризующий фильтр (29) и второй поляризующий фильтр (31), закрепленные на валу и расположенные на расстоянии друг от друга, и приемник (33) лазерного излучения. Лазерный луч, излучаемый генератором, проходит через оба фильтра к приемнику. Отражательная система установлена вблизи второго фильтра (31) для отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения луча параллельно самому себе к приемнику. Отражательная система содержит зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°. Один из фильтров (29) содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны и неполяризующие зоны с образованием последовательности периодических информаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение. Технический результат - создание оптического устройства для измерения кручения вращающегося вала. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к измерению кручения вращающегося вала и, в частности, к устройству, которое имеет небольшой вес и высокую точность и которое обеспечивает возможность измерения непосредственно кручения вращающегося вала и, предпочтительно, вывода из него передаваемого валом крутящего момента. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность непрерывного мониторинга нахождения значения кручения ниже критического значения, при превышении которого возможна поломка. Изобретение применяется, в частности, для измерения кручения вала вентилятора в турбореактивном двигателе самолета, однако его можно применять в принципе также в других силовых системах, в частности в турбореактивном двигателе, имеющем два вращающихся в противоположных направлениях пропеллера.

Предшествующий уровень техники

В турбореактивном двигателе с двойным потоком нет устройства для измерения непосредственно кручения вала «низкого давления», который приводит в действие вентилятор. Тем не менее, такая информация полезна не только для мониторинга работы турбореактивного двигателя, но также для прогнозирования неисправностей.

Такой турбореактивный двигатель обычно снабжен механическим устройством для измерения крутящего момента, обеспечиваемого турбиной.

Это устройство имеет большой вес и не очень большую точность.

Известен документ WO 2004/067215, где описано электромагнитное средство для измерения кручения вала.

Краткое описание существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание оптического устройства для измерения кручения вращающегося вала.

В частности, предлагается устройство для измерения кручения вращающегося вала, в частности приводного вала, при этом устройство содержит генератор лазерного луча, два поляризующих фильтра, закрепленных на валу и расположенных на расстоянии друг от друга, и приемник лазерного излучения, при этом генератор установлен так, что излучаемый им лазерный луч проходит через оба фильтра и приемник установлен с возможностью приема лазерного луча после его прохождения через оба фильтра, при этом устройство отличается тем, что вблизи такого фильтра установлена отражательная система с целью отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения его параллельно самому себе к приемнику, и тем, что отражательная система содержит зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°.

В предпочтительном варианте воплощения два фильтра установлены на самом валу вблизи соответствующего одного из его двух концов. Когда вал полый, то оба фильтра предпочтительно установлены внутри вала.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения генератор и приемник расположены перпендикулярно оси вращения вала и по обе стороны от него так, что их оптические оси находятся на одной линии. При этом другое зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°, которое установлено на валу, расположено между излучателем и приемником.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения один из фильтров содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны и неполяризующие зоны с образованием периодической последовательности поляризаций, представляющих измеренное значение и опорное значение.

Это обеспечивает своего рода калибровку для системы измерения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает продольный разрез половины турбореактивного двигателя с двойным потоком, снабженного устройством для измерения кручения согласно изобретению;

фиг.2 изображает фрагмент верхней по потоку части устройства в увеличенном масштабе;

фиг.3 изображает фрагмент нижней по потоку части устройства в увеличенном масштабе;

фиг.4 изображает схему измерения опорного значения и

фиг.5 изображает схему измерения значения, представляющего кручение вала.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1-3 изображены основные узлы турбореактивного двигателя 11 самолета с двойным потоком, а именно в направлении потока сверху вниз, - вентилятор 13, компрессор 15 низкого давления, компрессор 16 высокого давления, камера 19 сгорания, турбина 21 высокого давления и турбина 23 низкого давления. Турбина низкого давления соединена с полым осевым валом 25 в направлении оси Х, который приводит во вращение ротор вентилятора 13.

Все эти элементы хорошо известны и не требуют подробного описания.

Главной задачей изобретения является непрерывное измерение угла кручения вала 25. Этот вал представляет в целом трубчатую структуру, которая в данном варианте выполнения облегчает установку компонентов измерительного устройства согласно изобретению.

Устройство содержит генератор 27 лазерного луча, первый поляризующий фильтр 29, второй поляризующий фильтр 31 и приемник 33 лазерного излучения типа фотоэлектрической ячейки. Оба фильтра закреплены на валу 25. Они предназначены для прохождения через них лазерного луча. Первый фильтр 29, через который сначала проходит лазерный луч, расположен вблизи верхнего по потоку конца вала (на стороне вентилятора), в то время как второй фильтр 31, проходимый вторым, расположен вблизи нижнего по потоку конца вала (на стороне турбины высокого давления).

В целом генератор 27 установлен согласно изобретению так, что лазерный луч проходит через оба фильтра, и приемник 33 установлен так, чтобы принимать луч после его прохождения через оба фильтра.

Кроме того, вблизи одного из фильтров (указанного здесь второго фильтра) установлена (в этом примере ниже по потоку) отражательная система 35 с целью отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения его параллельно самому себе к приемнику 33. Эта часть устройства показана на фиг.3. А именно второй поляризующий фильтр 31 и отражательная система 35 расположены на общей опоре 39, установленной внутри вала 25 вблизи нижнего по потоку конца, т.е. на стороне турбины 23. Установленная в осевом направлении сверху вниз по потоку эта опора 39 несет второй поляризующий фильтр 31 и зеркало в форме усеченного конуса под углом 45° относительно оси Х вращения. Следовательно, лазерный луч F, проходящий первый раз через поляризующий фильтр 31 на расстоянии d от оси Х вращения, дважды отражается и возвращается параллельно самому себе в направлении, которое симметрично относительно оси Х вращения.

На стороне верхнего по потоку конца вала 25 напротив друг друга перпендикулярно оси Х вращения указанного вала и по обе стороны от него расположены генератор 27 и приемник 33. Таким образом, их оптические оси находятся на одной линии, и другое зеркало 43 в форме усеченного конуса, установленное в осевом направлении на валу 25, расположено между излучателем и приемником. Вблизи этого верхнего по потоку конца вала расположена без возможности вращения вместе с валом опора 45, несущая сверху вниз по потоку это зеркало 43 в форме усеченного конуса и первый поляризующий фильтр 29.

Такое расположение позволяет направлять лазерный луч F, излучаемый генератором, к первому поляризующему фильтру 29 параллельно оси Х и обеспечивает отражение луча обратно к приемнику 33 после прохождения второй раз через первый поляризующий фильтр 29.

Прозрачный экран 46 расположен поперек выше по потоку от вала с целью исключения выхода взвеси масла и загрязнения оборудования.

Между генератором 27 и зеркалом 43 и между зеркалом 43 и приемником 33 лазерный луч проходит через отверстия 49, которые образованы в диске вентилятора.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения один из фильтров, в данном случае первый фильтр 29, включает кольцо, в котором имеются попеременно поляризующие зоны 51 и неполяризующие зоны 52, что обеспечивает возможность получения периодической последовательности поляризаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение.

Ниже приводится описание работы со ссылками на фиг.4 и 5.

Генератор излучает луч перпендикулярно оси вращения, при этом луч направляется к зеркалу 43 в форме усеченного конуса. Поэтому он возвращается параллельно оси Х. Этот луч проходит первый раз через первый фильтр 29, который расположен выше по потоку, а затем через второй фильтр 31, который расположен ниже по потоку. Он дважды отражается зеркалом 35 в форме усеченного конуса и возвращается параллельно самому себе. Он проходит еще раз через второй фильтр 31 и затем через первый фильтр 29, прежде чем быть отраженным последний раз к приемнику 33. Первый фильтр имеет четыре сектора 51, 52, занимающих каждый 90° и имеющих следующие поляризации:

- вертикальную поляризацию;

- без поляризации;

- горизонтальную поляризацию и

- без поляризации.

Пусть I0 будет интенсивностью лазерного луча, излучаемого генератором 27. Когда угловое положение вала 25 относительно луча соответствует показанному на фиг.4 положению (без ослабления первым фильтром), то значение интенсивности, измеряемое приемником 33, представляет опорное значение, которое не превышает I0/2.

Когда угловое положение вала 25 относительно луча F соответствует показанному на фиг.5 положению, то измеренное значение интенсивности является функцией опорного значения и угла θ кручения.

Таким образом, приемник 33 принимает изменяющийся сигнал. Отношение минимального значения к максимальному значению этого сигнала пропорционально sin2(2θ). Таким образом обеспечивается непосредственно получение угла θ кручения. Кроме того, частота этого сигнала представляет скорость вращения вала. Зная скорость и кручение (и тем самым крутящий момент), можно непрерывно определять механическую мощность, передаваемую валом.

1. Устройство для измерения кручения вращающегося вала (25), в частности приводного вала, содержащее генератор (27) лазерного луча, первый поляризующий фильтр (29) и второй поляризующий фильтр (31), закрепленные на валу и расположенные на расстоянии друг от друга, и приемник (33) лазерного излучения, при этом генератор установлен так, что излучаемый им лазерный луч проходит через оба фильтра и приемник установлен с возможностью приема лазерного луча после его прохождения через оба фильтра, отличающееся тем, что отражательная система (35) установлена вблизи второго фильтра (31) для отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения луча параллельно самому себе к приемнику, и тем, что отражательная система содержит зеркало (35) в форме усеченного конуса с углом 45° и один из фильтров (29) содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны (51) и неполяризующие зоны (52) с образованием последовательности периодических информаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два фильтра (29, 31) установлены на валу (25) вблизи соответствующего одного из двух концов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор (27) и приемник (33) расположены напротив друг друга перпендикулярно оси (X) вращения вала (25) и по обе стороны от вала так, что их оптические оси находятся на одной линии, при этом другое зеркало (43) в форме усеченного конуса с углом 45°, установленное на валу, расположено между излучателем (27) и приемником (33).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал (25) является полым и в нем размещены фильтры (29, 31).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в валу расположена отражательная система (35).

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в валу расположено другое зеркало (43) в форме усеченного конуса.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно связано с валом (25) вентилятора в турбореактивном двигателе самолета.



 

Похожие патенты:

Система содержит источник света для передачи света на поверхность вала через множество пучков оптических волокон, расположенных во множестве местоположений вблизи поверхности в по существу аксиальном направлении между концами по меньшей мере одного вала; высокотемпературный зонд отражения на основе пучка волокон для обнаружения света, отраженного от поверхности вала, механизм измерения для определения крутящего момента или вибрации на валу.

Изобретение относится к области испытаний на механическую прочность световодов или других нитевидных материалов и позволяет повысить точность испытаний на разрыв.

Изобретение относится к аппаратам для определения повреждения на судне, например, корпусе судна, содержащим распределенную систему оптических волокон, расположенных вблизи корпуса судна, причем указанные оптические волокна присоединены к центральному блоку, приспособленному для определения характеристик оптических волокон на режиме пропускания света для определения повреждения корпуса судна.

Изобретение относится к методам испытания световодов и световодных кабелей на механическую устойчивость и позволяет повысить достоверность определения предельно допустимой растягивающей нагрузки для световодов и световодных кабелей.

Изобретение относится к технике испытаний волоконных световодов на разрывную прочность и позволяет упростить конструкцию устройства и обеспечить возможность выполнения испытаний в процессе воздействия на световод агрессивных жидкостей.

Изобретение относится к области диагностики вращающихся механизмов и двигателей различных типов, в том числе и двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано, в частности, для определения остаточного ресурса двигателей или оценки технического состояния в эксплуатационных условиях, а также в процессе изготовления или ремонта, а именно к методу для определения основных параметров двигателя.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для экспериментальных исследований упругих муфт. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам и устройствам для измерения крутящего момента. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента при проверке , например, динамометрических ключей. .

Изобретение относится к испытаниям, исследованиям и диагностике работы машин с вращающимися валами и может быть использовано для регистрации величины крутящего момента в силовых установках.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и датчика для измерения температуры и механических напряжений. Измерения осуществляются датчиком, который содержит первый путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; второй путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; третий путь распространения оптического излучения. Кроме того, датчик содержит средство для усиления сигнала, который распространяется по третьему пути распространения оптического излучения таким образом, что сигнал усиливается прежде, чем он начнет распространение по второму пути распространения оптического излучения, и средство предотвращения распространения сигналов из второго пути распространения оптического излучения в третий путь распространения оптического излучения. Технический результат заключается в повышении точности и дальности измерений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы. 7 ил.
Наверх