RU2601513C1 - Device for measurement of axial force of turbine machine rotor - Google Patents
Device for measurement of axial force of turbine machine rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601513C1 RU2601513C1 RU2015132599/28A RU2015132599A RU2601513C1 RU 2601513 C1 RU2601513 C1 RU 2601513C1 RU 2015132599/28 A RU2015132599/28 A RU 2015132599/28A RU 2015132599 A RU2015132599 A RU 2015132599A RU 2601513 C1 RU2601513 C1 RU 2601513C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- housing
- elastic ring
- flat elastic
- ball bearing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации нагрузок, в частности осевого усилия от вращающихся деталей, таких как валы или цапфы турбомашин.The invention relates to measuring technique and can be used to record loads, in particular axial forces from rotating parts, such as shafts or trunnions of turbomachines.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрана опора шарикоподшипника с тензокольцами для замера осевого усилия, содержащая шариковый подшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу, а наружное кольцо в корпусе, а также установленные в корпусе плоское упругое кольцо, на торцевых поверхностях которого выполнены опорные площадки выступов, между которыми установлены тензодатчики и дополнительное плоское упругое кольцо с тензодатчиками (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, Газотурбинные двигатели, ОАО «Авиадвигатель», 2007, Глава 4 - Силовые схемы ГТД, стр. 168, рис. 4.1.1.6_2).As the closest analogue (prototype), a ball bearing support with strain rings for measuring axial force was selected, containing a ball bearing, the inner ring of which is mounted on the shaft, and the outer ring in the housing, as well as a flat elastic ring mounted in the housing, on the end surfaces of which the bearings are made protrusion platforms between which load cells and an additional flat elastic ring with load cells are installed (A.A. Inozemtsev, M.A. Nikhamkin, V.L. Sandratsky, Gas turbine engines, Aviadvi OJSC Gatel ”, 2007, Chapter 4 - Power schemes of gas turbine engines, p. 168, Fig. 4.1.1.6_2).
Известному техническому решению присущи следующие недостатки.The known technical solution has the following disadvantages.
В данном устройстве для замера осевого усилия ротора турбомашины в одном направлении используется одно тензокольцо, установленное в корпусе (а для замера осевого усилия ротора турбомашины в противоположенном направлении используется второе тензокольцо, установленное в корпусе зеркально первому), в связи с этим замер осевого усилия ротора турбомашины в одном направлении с помощью одного тензокольца осуществляется в довольно узком диапазоне, т.к. жесткость тензокольца ограничена свойствами материала, из которого оно изготовлено, и не позволяет оттарировать его на широкий диапазон измерения. Современные турбомашины, в основном авиационного применения, обладают широким диапазоном изменения осевого усилия на роторе на различных режимах работы, поэтому получить полную информацию об испытании в большинстве случаев невозможно, т.к. для этого требуется замена тензокольца на тензокольцо с другими жесткостными характеристиками и проведение повторных испытаний. Это приводит к дополнительным переборкам турбомашины и, как следствие, удорожает испытания и увеличивает время доводки турбомашины.In this device, for measuring the axial force of the rotor of the turbomachine in one direction, one tensor ring installed in the housing is used (and for measuring the axial force of the rotor of the turbomachine in the opposite direction, the second tensor ring mounted in the housing is mirror-first), in this regard, the axial force of the rotor of the turbomachine is measured in one direction with the help of one strain ring is carried out in a rather narrow range, because the stiffness of the strain ring is limited by the properties of the material from which it is made, and does not allow it to be calibrated over a wide measuring range. Modern turbomachines, mainly for aviation applications, have a wide range of changes in the axial force on the rotor in various operating modes, so it is impossible to obtain complete information about the test in most cases, because this requires replacing the tensor ring with a tensor ring with other stiffness characteristics and conducting repeated tests. This leads to additional bulkheads of the turbomachine and, as a result, increases the cost of testing and increases the time of finishing the turbomachine.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является расширение диапазона замера осевого усилия ротора турбомашины, что сокращает время и затраты на доводку турбомашины.The technical result achieved by using the present invention is to expand the range of measuring the axial force of the rotor of the turbomachine, which reduces the time and cost of refining the turbomachine.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для замера осевого усилия ротора турбомашины, содержащем шариковый подшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу, а наружное кольцо в корпусе, а также установленные в корпусе плоское упругое кольцо, на торцевых поверхностях которого выполнены опорные выступы, между которыми установлены тензодатчики и дополнительное упругое кольцо с тензодатчиками, согласно настоящему изобретению оно дополнительно содержит два кольцевых элемента, контактирующих между собой по коническим относительно продольной оси вала торцевым поверхностям, которые образуют усеченный конус, большее основание которого расположено со стороны шарикового подшипника относительно меньшего основания, при этом упомянутые кольцевые элементы установлены между близлежащими торцами плоского упругого кольца и наружного кольца шарикового подшипника, причем кольцевой элемент, контактирующий непосредственно с плоским упругим кольцом, выполнен разрезным, а другой кольцевой элемент установлен непосредственно в корпусе, при этом дополнительное упругое кольцо выполнено с коэффициентом жесткости меньшим, чем у плоского упругого кольца, и установлено между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью разрезного кольцевого элемента, а в осевом направлении дополнительное упругое кольцо ограничено торцом плоского упругого кольца и радиальным торцом, выполненным на внутренней поверхности корпуса, причем на наружной и внутренней поверхностях дополнительного упругого кольца выполнены опорные площадки выступов, между которыми установлены упомянутые тензодатчики, при этом плоское упругое кольцо, дополнительное упругое кольцо, два кольцевых элемента зафиксированы в корпусе в осевом направлении, а наружное кольцо шарикового подшипника зафиксировано в корпусе от проворота.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for measuring the axial force of the rotor of a turbomachine, comprising a ball bearing, the inner ring of which is mounted on the shaft, and the outer ring in the housing, as well as a flat elastic ring installed in the housing, on the end surfaces of which the support protrusions are made between which load cells and an additional elastic ring with load cells are installed, according to the present invention, it further comprises two ring elements in contact each other along end surfaces conical with respect to the longitudinal axis of the shaft, which form a truncated cone, the larger base of which is located on the side of the ball bearing with respect to the smaller base, said ring elements being installed between adjacent ends of the flat elastic ring and the outer ring of the ball bearing, and the ring element, contacting directly with a flat elastic ring, made split, and the other ring element is installed directly in the housing, wherein the additional elastic ring is made with a stiffness coefficient less than that of the flat elastic ring, and is installed between the inner surface of the housing and the outer surface of the split ring element, and in the axial direction the additional elastic ring is limited by the end of the flat elastic ring and the radial end made on the inner surface housing, and on the outer and inner surfaces of the additional elastic ring are made of the supporting platform of the protrusions, between which are installed mentioned utye strain gauges, wherein the flat elastic ring additional elastic ring, two ring member fixed in the housing in the axial direction and the outer ring of the ball bearing is fixed in the housing against rotation.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет задействовать при замере осевого усилия ротора турбомашины в одном направлении последовательно два тензокольца различной жесткости и оттарированных в различных диапазонах осевых усилий, что расширяет диапазон замера осевого усилия ротора турбомашины, в связи с этим удешевляются испытания и сокращается время на доводку турбомашины, т.к. нет необходимости заменять тензокольца в процессе испытаний.Such a structural embodiment of the device makes it possible to use two strain rings of different stiffness and axial forces calibrated in different ranges of axial forces when measuring the axial force of the rotor of the turbomachine in one direction, which extends the range of measuring the axial force of the rotor of the turbomachine, and therefore the tests are cheapened and the time for finishing the turbomachine is reduced, because There is no need to replace strain rings during testing.
В частности, от наружного кольца осевая нагрузка через кольцевой элемент и разрезной кольцевой элемент, контактирующие между собой по коническим поверхностям, преобразуется в радиальную нагрузку и воздействует на дополнительное упругое кольцо, с тензодатчиков которого формируется сигнал.In particular, from the outer ring, the axial load through the ring element and the split ring element contacting each other on the conical surfaces is converted to a radial load and acts on an additional elastic ring, from the strain sensors of which a signal is generated.
После того как площадки выступов дополнительного упругого кольца сядут на упор, в работу вступает плоское упругое кольцо, на которое оказывает осевое воздействие разрезной кольцевой элемент, которому больше некуда расширяться в радиальном направлении, и формируется сигнал с тензодатчиков плоского упругого кольца.After the platforms of the protrusions of the additional elastic ring come to a stop, a flat elastic ring comes into operation, which is exerted by the axial action of the split ring element, which has nowhere else to expand in the radial direction, and a signal is generated from the strain sensors of the flat elastic ring.
При этом фиксация наружного кольца шарикового подшипника в корпусе от проворота предотвращает также проворот упругих колец относительно корпуса, что исключает возможность их повреждения.Moreover, fixing the outer ring of the ball bearing in the housing from rotation also prevents the rotation of the elastic rings relative to the housing, which eliminates the possibility of damage.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез заявленного устройства для замера осевого усилия ротора турбомашины.The essence of the present invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the claimed device for measuring the axial force of the rotor of a turbomachine.
Устройство для замера осевого усилия ротора турбомашины содержит шариковый подшипник 1, внутреннее кольцо 2 которого установлено на валу 3, а наружное кольцо 4 в корпусе 5, а также установленные в корпусе 5 плоское упругое кольцо 6, на торцевых поверхностях которого выполнены опорные площадки выступов, между которыми установлены тензодатчики и дополнительное упругое кольцо 7 с тензодатчиками. При этом заявленное устройство дополнительно содержит два кольцевых элемента 8, 9, контактирующих между собой по коническим относительно продольной оси вала 3 торцевым поверхностям, которые образуют усеченный конус, большее основание которого расположено со стороны шарикового подшипника 1 относительно меньшего основания, при этом упомянутые кольцевые элементы 8, 9 установлены между близлежащими торцами плоского упругого кольца 6 и наружного кольца 4 шарикового подшипника 1, причем кольцевой элемент 8, контактирующий непосредственно с плоским упругим кольцом 6, выполнен разрезным, а другой кольцевой элемент 9 установлен непосредственно в корпусе 5, при этом дополнительное упругое кольцо 7 выполнено с коэффициентом жесткости меньшим, чем у плоского упругого кольца 6, и установлено между внутренней поверхностью корпуса 5 и наружной поверхностью разрезного кольцевого элемента 8, причем в осевом направлении дополнительное упругое кольцо 7 ограничено с одной стороны торцом плоского упругого кольца 6, а с другой стороны радиальным торцом 10, выполненным на внутренней поверхности корпуса 5, при этом на наружной и внутренней поверхностях дополнительного упругого кольца 7 выполнены опорные площадки выступов, между которыми установлены упомянутые тензодатчики, кроме того, плоское упругое кольцо 6, дополнительное упругое кольцо 7, два кольцевых элемента 8, 9 зафиксированы в корпусе 5 в осевом направлении посредством гайки 11, установленной в корпусе 5 по резьбе и контактирующей с торцом плоского упругого кольца 6, а наружное кольцо 4 шарикового подшипника 1 зафиксировано в корпусе 5 от проворота посредством штифта (на чертеже не показан).A device for measuring the axial force of the rotor of a turbomachine contains a ball bearing 1, the
Во время работы турбомашины с увеличением осевой силы торец наружного кольца 4 шарикового подшипника 1 оказывает осевое воздействие на кольцевой элемент 9, который по конической поверхности оказывает воздействие на разрезной кольцевой элемент 8 с разрезом. При условии, что жесткость плоского упругого кольца 6 значительно выше жесткости дополнительного упругого кольца 7, разрезной кольцевой элемент 8 сначала расширяется в радиальном направлении, деформируя при этом дополнительное упругое кольцо 7, с тензодатчиков которого формируется сигнал. После того как площадки выступов дополнительного упругого кольца 7 сядут на упор, в работу вступает плоское упругое кольцо 6, на которое оказывает осевое воздействие разрезной кольцевой элемент 8. Тем самым, формируется сигнал с тензодатчиков плоского упругого кольца 6. Таким образом, наличие двух тензоколец различной жесткости расширяет диапазон измерения осевого усилия ротора турбомашины по сравнению с прототипом и, соответственно, сокращается время на доводку турбомашины.During operation of the turbomachine, with an increase in axial force, the end face of the outer ring 4 of the ball bearing 1 exerts an axial effect on the
Следует отметить, что для дополнительного замера осевой силы ротора турбомашины в противоположном направлении возможно установить в корпусе с противоположной (свободной) стороны шарикового подшипника набор элементов, также включающий: два кольцевых элемента, два тензокольца и гайку, идентичный набору элементов с другой стороны шарикового подшипника и установленный зеркально симметрично относительно другого (на чертеже не показано).It should be noted that for additional measurement of the axial force of the rotor of the turbomachine in the opposite direction, it is possible to install a set of elements in the housing from the opposite (free) side of the ball bearing, which also includes: two ring elements, two strain rings and a nut identical to the set of elements on the other side of the ball bearing and mounted mirror symmetrically relative to another (not shown in the drawing).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132599/28A RU2601513C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Device for measurement of axial force of turbine machine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132599/28A RU2601513C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Device for measurement of axial force of turbine machine rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2601513C1 true RU2601513C1 (en) | 2016-11-10 |
Family
ID=57278152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015132599/28A RU2601513C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Device for measurement of axial force of turbine machine rotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2601513C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669227C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-10-09 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of determining the skew angle and the maximum axial load on the bearing support |
US10883540B1 (en) | 2019-11-18 | 2021-01-05 | United Technologies Corporation | Strain measuring device for bearing compartment |
CN113188704A (en) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 中国航发湖南动力机械研究所 | Method and device for testing axial force of squirrel-cage elastic support, electronic equipment and medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2168498A (en) * | 1984-12-15 | 1986-06-18 | British Maritime Technology Li | Thrust measuring devices |
SU1434283A1 (en) * | 1985-08-28 | 1988-10-30 | Предприятие П/Я А-1469 | Method and apparatus for measuring axial effort acting on radial thrust bearing of tubromachine rotor |
SU1710787A1 (en) * | 1990-06-05 | 1992-02-07 | Брянский Институт Транспортного Машиностроения | Arrangement to control axial force in turbine rotor |
RU2160435C2 (en) * | 1997-11-20 | 2000-12-10 | Испано Сюиза | Device measuring axial thrust on rotating shaft |
-
2015
- 2015-08-05 RU RU2015132599/28A patent/RU2601513C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2168498A (en) * | 1984-12-15 | 1986-06-18 | British Maritime Technology Li | Thrust measuring devices |
SU1434283A1 (en) * | 1985-08-28 | 1988-10-30 | Предприятие П/Я А-1469 | Method and apparatus for measuring axial effort acting on radial thrust bearing of tubromachine rotor |
SU1710787A1 (en) * | 1990-06-05 | 1992-02-07 | Брянский Институт Транспортного Машиностроения | Arrangement to control axial force in turbine rotor |
RU2160435C2 (en) * | 1997-11-20 | 2000-12-10 | Испано Сюиза | Device measuring axial thrust on rotating shaft |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669227C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-10-09 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of determining the skew angle and the maximum axial load on the bearing support |
US10883540B1 (en) | 2019-11-18 | 2021-01-05 | United Technologies Corporation | Strain measuring device for bearing compartment |
CN113188704A (en) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 中国航发湖南动力机械研究所 | Method and device for testing axial force of squirrel-cage elastic support, electronic equipment and medium |
CN113188704B (en) * | 2021-04-30 | 2022-07-22 | 中国航发湖南动力机械研究所 | Method and device for testing axial force of squirrel-cage elastic support, electronic equipment and medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10078026B2 (en) | Multi-component force-torque sensing device with reduced cross-talk for twist-compression testing machine | |
US10082178B2 (en) | Roller with integrated load cell | |
US9470262B2 (en) | Bearing arrangement and method | |
Ruscitto et al. | Hydrodynamic air lubricated compliant surface bearing for an automotive gas turbine engine. 1: Journal bearing performance | |
RU2601513C1 (en) | Device for measurement of axial force of turbine machine rotor | |
CN108692925B (en) | Elastic ring rigidity measuring device and method | |
CN111238711B (en) | Rotor axial force testing method | |
US10436657B2 (en) | Method for determining an axial tensile force applied to a component | |
JPH11223567A (en) | Device for measuring axial thrust of rotating shaft | |
JP5812815B2 (en) | Fretting fatigue test jig, fretting fatigue test apparatus, and fretting fatigue strength evaluation method | |
CN110132592B (en) | Method for measuring effective pre-tightening load of bearing for assembly | |
JP2018529897A (en) | Rolling bearing assembly with strain sensor device | |
Wygant et al. | Influence of pad pivot friction on tilting-pad journal bearing measurements—Part II: dynamic coefficients© | |
US9964466B1 (en) | Turbine engine main shaft bearing thrust sensor | |
US11644373B2 (en) | Piezoelectric strain sensor unit for a rolling bearing | |
RU2673503C1 (en) | Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges | |
Forte et al. | Commissioning of a novel test apparatus for the identification of the dynamic coefficients of large tilting pad journal bearings | |
US2741120A (en) | Strain gage axial force unit | |
RU2432560C1 (en) | Procedure for diagnosis of radial gap in ball bearings | |
KR101832244B1 (en) | Bearing Test apparatus for testing behavior of the bearing | |
Yogaraju et al. | Feasibility and performance studies of a semi active journal bearing | |
GB2532762A (en) | Load measurement device and method for determining load | |
CN110296837B (en) | Sliding bearing load measuring method based on bearing bush deformation | |
Ghanbari et al. | A new test rig for frictional torque measurement in ball bearings. | |
RU2669227C1 (en) | Method of determining the skew angle and the maximum axial load on the bearing support |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |