PL226518B1 - Dynamometr do pomiaru sił napięcia lin - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dynamometr do pomiaru sił napięcia lin. Znajduje on zastosowanie do pomiaru i monitorowania obciążeń lin w różnego rodzaju konstrukcjach, a w szczególności do pomiaru stopnia napięcia olinowania masztów statków morskich.

Znanych jest wiele rozwiązań konstrukcyjnych dynamometrów do pomiaru obciążeń lin, zawieszeń i innych elementów narażonych na działanie różnego rodzaju sił, w których jako elementy pomiarowe stosowane są czujniki tensometryczne, najczęściej w układzie mostkowym.

Z polskiego opisu patentowego nr 167372 znany jest dynamometr tensometryczny do pomiaru obciążeń zawieszeń rurociągów, w którym tensometry umieszczone są na elemencie pomiarowym w kształcie tulei i połączone z zewnętrznym układem pomiarowym. Na jeden koniec tulei pomiarowej nakręcona jest końcówka oczkowa, której część cylindryczna obsadzona jest swobodnie w cienkościennej tulei osłonowej. Na drugi koniec tulei pomiarowej nakręcona jest końcówka oczkowa z poprzecznym wkrętem zabezpieczającym, na której część cylindryczną nakręcony jest przeciwległy koniec tulei osłonowej. W bocznej ściance końcówki osłonowej znajduje się wycięcie, w którym osadzona jest elektryczna kostka łącznikowa połączona z wyjściem układu tensometrów.

Z polskiego opisu patentowego nr 177123 znany jest dynamometr tensometryczny do pomiaru sił osiowych, zwłaszcza zawieszeń rurociągów, o bardziej złożonej budowie. Ma on postać tulei pomiarowej, na której zewnętrznej powierzchni umieszczone są tensometry połączone ze sobą w układzie mostkowym. W jeden nagwintowany koniec tulei pomiarowej wkręcony jest łącznik z dwoma kołnierzami, przy czym do kołnierza centrującego dociśnięta jest za pomocą nakrętki wewnętrzna tuleja osłonowa. W drugi nagwintowany koniec tulei pomiarowej wkręcony jest drugi łącznik, także z dwoma kołnierzami, przy czym do kołnierza centrującego dociśnięta jest za pomocą nakrętki zewnętrzna tuleja osłonowa. Na koniec drugiego łącznika nakręcona jest kształtowa nakrętka połączenia przegubowego osadzona w pierścieniu trwale osadzonym w korpusie.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 189882 dynamometr tensometryczny do pomiaru sił osiowych, zwłaszcza w linach i łańcuchach okrętowych. Posiada on korpus z uchwytami mocującymi wyposażony w czujniki tensometryczne połączone w układzie mostkowym. Korpus składa się z dwóch elementów wzdłużnych o kształcie podobnym do płytki ogniwa łańcucha płytkowego. Elementy wzdłużne są ze sobą zestalone na jednym końcu za pomocą krótkiej tulei i zdystansowane elementami poprzecznymi. Komora utworzona pomiędzy elementami wzdłużnymi i elementami poprzecznymi zamknięta jest z obu stron pokrywami tak, że jest komorą wodoszczelną. Na powierzchni elementów wzdłużnych wewnątrz wodoszczelnej komory usytuowane są w kierunku wzdłużnym tensometry dobrane parami i współpracujące z elektronicznym układem pomiarowym umieszczonym także wewnątrz komory.

Dynamometr do pomiaru sił napięcia lin mający osadzoną suwliwie wewnątrz tulei osłonowej rurę pomiarową połączoną z obu stron z końcówkami oczkowymi i zaopatrzoną na swym zewnętrznym obwodzie w czujniki pomiarowe znajdujące się w szczelnej komorze utworzonej pomiędzy tuleją osłonową i rurą pomiarową według wynalazku charakteryzuje się tym, że rura pomiarowa ma przekrój kwadratowy i zaopatrzona jest na swych końcach w prostopadłościenne kostki o przeciwnych wewnętrznych gwintach, do których wkręcone są końcówki oczkowe tworzące z rurą pomiarową układ śruby rzymskiej, a czujnikami pomiarowymi są czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń.

Korzystnie jest, gdy dynamometr ma cztery czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń umieszczone symetrycznie na każdej ze ścian rury pomiarowej i połączone wyprowadzoną na zewnątrz linią światłowodową z zewnętrznym układem rejestrująco-pomiarowym.

Korzystnie w środkowej części tulei osłonowej na jej wewnętrznym obwodzie umieszczone są kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń połączone wyprowadzoną na zewnątrz linią światłowodową z zewnętrznym układem rejestrująco-pomiarowym.

W jednym z wariantów dynamometr posiada trzy kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń rozmieszczone w układzie trójkąta lub gwiazdy.

Tuleja osłonowa zaopatrzona jest na swym zewnętrznym obwodzie w pręty skręcające.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość pracy dynamometru przez cały okres eksploatacji obiektu, ponieważ pełni on jednocześnie funkcję ściągacza linowego i pracuje tak jak typowy, nie pomiarowy element układu. Umożliwia to prowadzenie pomiarów obiektu bez zmian jego charakterystyk eksploatacyjnych. Dzięki zastosowaniu technologii światłowodowej dynamometr nie wymaga kalibracji, zerowania i wzorcowania przez cały okres eksploatacji. Jednocześnie zastosoPL 226 518 B1 wany w rozwiązaniu układ światłowodowych czujników do pomiaru odkształceń i czujników kompensacyjnych zapewnia kompensację sił nie osiowych oraz kompensację temperaturową.

Przykładowa realizacja dynamometru według wynalazku zilustrowana jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny dynamometru, fig. 2 - przekrój poprzeczny, fig. 3 - rozmieszczenie czujników światłowodowych do pomiaru odkształceń, a fig. 4 - przykładowe rozmieszczenie kompensacyjnych czujników światłowodowych do pomiaru odkształceń.

W przykładowej realizacji dynamometr ma rurę pomiarową 1 o przekroju kwadratowym, która na swych końcach zaopatrzona jest w trwale do niej zamocowane prostopadłościenne kostki 2 o przeciwnych wewnętrznych gwintach, które są łącznikami kostkowymi, do których wkręcone są końcówki oczkowe 3. Takie połączenie rury pomiarowej 1 z końcówkami oczkowymi 3 za pośrednictwem prostopadłościennych kostek 2 tworzy układ śruby rzymskiej. Rura pomiarowa 1 osadzona jest suwliwie kształtowo w tulei osłonowej 4, która zaopatrzona jest w pręty skręcające 5. Tuleja osłonowa 4 zamknięta jest z jednej strony pokrywą osłonową 6 ze śrubami mocującymi. W środkowej części rury pomiarowej 1 naklejone są symetrycznie, na zewnętrznej powierzchni każdej jej ściany, cztery czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń 7. Na wewnętrznej powierzchni tulei osłonowej 4 w jej środkowej części znajdują się trzy kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń 8 naklejone w układzie trójkąta lub gwiazdy. Wszystkie czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń znajdują się w szczelnej komorze pomiędzy rurą pomiarową 1 i tuleją osłonową 4 i połączone są wyprowadzonymi na zewnątrz dynamometru liniami światłowodowymi 9 z zewnętrznym układem rejestratora odkształceń, niepokazanym na rysunku. Pomiarowymi czujnikami światłowodowymi do pomiaru odkształceń 7 i kompensacyjnymi czujnikami światłowodowymi do pomiaru odkształceń 8 są czujniki typu Fibre Bragg Grating, nie wymagające kalibracji oraz zerowania przez cały okres eksploatacji. W przykładowej realizacji dynamometr według wynalazku przeznaczony jest do pomiaru sił osiowych w sztagu o średnicy 25 mm żaglowca i ma zakres pomiarowy od 0 do 600 kN. Wszystkie elementy konstrukcyjne dynamometru wykonane są ze stali nierdzewnej. Kwadratowa rura pomiarowa 1 wykonana jest ze stali nierdzewnej o wymiarach 70 x 70 x 3, a tuleja osłonowa 4 - z rury bezszwowej o średnicy 120 x 5. Zasadnicza długość dynamometru, bez końcówek oczkowych, wynosi 500 mm, a długość zamkniętej przestrzeni roboczej wynosi 400 mm. Gwinty w prostopadłościennych kostkach są trapezowe o wymiarze nominalnym 42 mm.

W dynamometrze według wynalazku zbudowanym na zasadzie śruby rzymskiej, elementem przenoszącym obciążenie jest kwadratowa rura pomiarowa 1, natomiast połączona z nią suwliwie zewnętrzna tuleja osłonowa 4 przenosi jedynie obciążenie momentem skręcającym niezbędnym do zmiany długości dynamometru pełniącego równocześnie funkcję ściągacza i jest płaszczem dynamometru chroniącym układ czujników światłowodowych. Obrót prętów skręcających 5 powoduje zmianę napięcia badanej liny poprzez przekazanie momentu skręcającego do śruby rzymskiej przez element kształtowy i pokrywę osłonową 6. Czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń 7 są zasadniczymi elementami pomiarowymi sił osiowych, tj. obciążenia dynamometru, a ich rozmieszczenie umożliwia całkowitą kompensację momentów gnących we wszystkich kierunkach. Kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń 8 natomiast umożliwiają kompensację temperaturową oraz kompensację obciążenia momentem skręcającym.

W przykładowym zastosowaniu dynamometry według wynalazku wmontowuje się w miejsce standardowych ściągaczy w układ linowy statku. Pomiar sił napięcia lin realizowany jest na podstawie znajomości zależności pomiędzy zmierzonym odkształceniem a wielkością sił przyłożonych do końcówek oczkowych. Zależności te mogą być wyznaczone na maszynie wytrzymałościowej bądź w wyniku obliczeń. Odpowiednie napięcie sztagów i want masztów, służące do nadania im żądanej sztywności i wytrzymałości oraz odpowiedniego osiowania, uzyskuje się poprzez regulację i monitorowanie dynamometrów. Po prawidłowym ustawieniu i kalibracji masztów z olinowaniem, dynamometr światłowodowy pozostaje w układzie linowym i może służyć do okresowego lub ciągłego monitoringu wytężenia i wytrzymałości masztów poddanych obciążeniom środowiskowym (wiatr) i eksploatacyjnym (stawianie żagli). Zwiększa to w wysokim stopniu bezpieczeństwo załogi poprzez monitoring żywotności konstrukcji morskich, pozwalając jednocześnie na przewidywanie wystąpienia możliwych uszkodzeń i pozwalający na racjonalne zaplanowanie inspekcji i przeglądów okresowych. Zastosowanie czujników światłowodowych do pomiaru odkształceń daje możliwość pracy dynamometru przez cały okres eksploatacji obiektu bez konieczności dodatkowych kalibracji i zerowań układu pomiarowego.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dynamometr do pomiaru sił napięcia lin mający osadzoną suwliwie wewnątrz tulei osłonowej rurę pomiarową połączoną z obu stron z końcówkami oczkowymi i zaopatrzoną na swym zewnętrznym obwodzie w czujniki pomiarowe znajdujące się w szczelnej komorze utworzonej pomiędzy tuleją osłonową i rurą pomiarową, znamienny tym, że rura pomiarowa (1) ma przekrój kwadratowy i zaopatrzona jest na swych końcach w trwale do niej zamocowane prostopadłościenne kostki (2) o przeciwnych wewnętrznych gwintach, do których wkręcone są końcówki oczkowe (3) tworzące z rurą pomiarową (I) układ śruby rzymskiej, a czujnikami pomiarowymi są czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń (7).
2. 2. Dynamometr według zastrz. 1, znamienny tym, że ma cztery czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń (7) umieszczone symetrycznie na każdej ze ścian rury pomiarowej (1) i połączone wyprowadzoną na zewnątrz linią światłowodową (9) z zewnętrznym układem rejestrująco-pomiarowym.
3. 3. Dynamometr według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w środkowej części tulei osłonowej (4) na jej wewnętrznym obwodzie umieszczone są kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń (8) połączone wyprowadzoną na zewnątrz linią światłowodową (9) z zewnętrznym układem rejestrująco-pomiarowym.
4. 4. Dynamometr według zastrz. 3, znamienny tym, że posiada trzy kompensacyjne czujniki światłowodowe do pomiaru odkształceń (8) rozmieszczone w układzie trójkąta lub gwiazdy.
5. 5. Dynamometr według zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że tuleja osłonowa (4) zaopatrzona jest na swym zewnętrznym obwodzie w pręty skręcające (5).