Измерение крутящего момента

Значение полезного крутящего момента Мк на валу работающего ДВС необходимо знать при решении ряда эксплуатационных задач, в частности, при опреде­лении эффективной мощности двигателя.

Р _е = Мк n /955 кВт, (2)

где Мк - крутящий момент, Н-м; n — частота вращения вала, об/мин.

Для измерения крутящего момента на валу рабо­тающего двигателя существуют две разновидности спе­циальных устройств: первые измеряют М_к и поглоща­ют всю механическую энергию, а вторые только изме­ряют М_к на пути передачи его к потребителю механи­ческой энергии. Кроме того, М_к можно определить, измерив, реактивный момент, действующий на фунда­мент работающего двигателя.

Итак, устройства первой разновидности не только измеряют Мк, но и поглощают вырабатываемую двига­телем механическую энергию, т. е. они же являются на­грузочными устройствами для ДВС. Это различного типа тормозы: механические (колодочные, ленточ­ные), гидравлические (с переменным и полным на­полнением) и электрические (индукционные тормозы и балансирные электрогенераторы). Тормозы применя­ют только при различных стендовых испытаниях ДВС. Причем из них только балансирные электрогенераторы позволяют полезно использовать энергию, получаемую от двигателя, а остальные превращают ее в теплоту, рассеиваемую в окружающей среде.

Здесь полезно только добавить, что гидравлические и электрические тормозы при хорошем техническом сос­тоянии и правильном использовании способны обеспе­чить высокую точность измерения М_к (погрешность примерно 0,3%).

Устройства второй разновидности только измеря­ют передаваемый по валопроводу крутящий момент. В эту группу входят разнообразные торсиометры и спе­циальные динамометрические муфты. Торсиометры из­меряют угол упругого закручивания вала под дейст­вием передаваемого им крутящего момента. Функцио­нальная связь , т. е. угла упругого поворота одного се­чения вала относительно другого, отстоящего от перво­го на расстоянии l, с вызывающим его крутящим мо­ментом выражается известной из курса сопротивления материалов формулой:

= М_к l/G_м I_p, (3)

где G_M - модуль сдвига материала вала; L_p - полярный мо­мент сечения вала.

Известно много типов торсиометров, различаю­щихся способами измерения и передачи полученной при этом информации о его значении с вращающегося вала на показывающий прибор. Наиболее перспективны и разнообразны электрические торсиометры, от­дельные образцы которых описаны в учебной и спра­вочной литературе.

Несколько крупных судов морского транспортного флота оборудованы торсиометрами, которые явля­ются штатными приборами СЭУ и установлены на греб­ных валопроводах. На этих судах использование торсиометров облегчено значительной длиной их валопроводов, что позволяет обеспечить достаточную точ­ность измерения при относительно простой и надежной конструкции прибора благодаря большой его базе l. Пользу от такого постоянно готового к действию торсиометра на судне трудно переоценить, так как бла­годаря нему обеспечивается систематический объектив­ный контроль технического состояния главного двига­теля, облегчается выбор оптимальных ходовых режи­мов и решение других эксплуатационных вопросов.

Значительно сложнее использовать торсиометры на судах с малой длиной открытого для установки прибо­ра главного валопровода. Высокая надежность судо­вых валопроводов приводит к тому, что при работе СЭУ на номинальной мощности угол упругого закручи­вания на единицу длины вала незначителен, поэтому при малой базе торсиометр для обеспечения приемле­мой точности измерения получается относительно сложным, дорогим, ненадежным и неудобным в эксп­луатации. Только этим можно объяснить тот факт, что до сих пор на малых и средних судах транспортного и промыслового флота торсиометры не применяются не только как штатные приборы СЭУ, но даже в практике теплотехнических испытаний.

В начале прошлого века дина­мометрические муфты привлекали серьезное внимание специалистов, работавших с двигателями различных типов.

Динамометрические муфты, передавая крутящий момент, позволяют при этом измерить его. Для приме­ра на рис. 3 изображена динамометрическая муфта чисто механического типа, изобретенная Уайтом. Веду­щий вал 1 имеет на конце коническую шестерню 3, вра­щающую сателлиты 4, оси которых закреплены в под­вижном барабане 5, способном поворачиваться на цап­фах, уложенных в подшипники стоек основания муфты 2. Сателлиты передают вращение конической шес­терне 6 ведомого вала 7. Момент, передаваемый через муфту, создает пропорциональный по значению момент на барабане, который воспринимается пружиной 9 и указывается стрелкой 8 на шкале. Фланцами 10 муфта соединяется с другими элементами валопровода.

Динамометрические муфты, несмотря на достаточ­ную точность измерения (погрешность ~ 1,0%), не по­лучили на судах применения, очевидно, потому, что их включение в валопровод снижает надежность движительного комплекса СЭУ в условиях возможных до­полнительных внешних нагрузок (удары лопастей вин­та о топляки; льдины и т. п.).

Рис. 3. Динамометрическая муфта