Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!

Obrotomierz

Obrotomierzami nazywają się przyrządy przeznaczone do pomiaru prędkości kątowej zespołu napędowego. Obrotomierze lotnicze są stosowane do pomiaru prędkości obrotu wałów korbowych tłokowych silników lotniczych prędkości obrotu wałów turbin silników odrzutowych itd.

Znajomość prędkości obrotów wału korbowego silnika jest konieczna, gdyż rozwinięcie przez silnik niedopuszczalnie dużych prędkości obrotów powoduje znaczne przeciążenie części silnika. Skraca to okres pracy silnika, a także pociąga za sobą duże, nieekonomiczne zużycie paliwa. Bezpośrednio po rozruchu silnik powinien pracować na małych i średnich
obrotach, do czasu podgrzania się ustalenia normalnego smarowania.

Obrotomierz łącznie z manowakumetrem (na silnikach tłokowych) oraz obrotomierz z termometrem gazów wylotowych (na silnikach odrzutowych) umożliwiają podczas lotu ocenę mocy silnika. Obrotomierze mogą pracować na różnych zasadach działania. Obecnie w lotnictwie najczęściej są spotykane obrotomierze odśrodkowe (mechaniczne), elektryczne oraz magnetyczne. Do silników tłokowych są stosowane obrotomierze o zakresie mierniczym 400—3500 obr/min, a do silników odrzutowych 1000—20 000 obr/min.

Obrotomierze odśrodkowe.

Obrotomierze odśrodkowe, spotykane w samolotach z silnikami o małej mocy, są przyrządami mechanicznymi, nieodległościowymi . Działanie ich oparte jest na zależności pomiędzy prędkością obrotową ciężarka a działającą na niego siłą odśrodkową, powstałą podczas tych obrotów. Schemat ideowy przyrządu przedstawiono na rysunku 2.

Dwa jednakowe ciężarki 7, znajdujące się w przeciwległych punktach, są zawieszone na płaskich sprężynach 8, przymocowanych do tulejek 4 i 9. Tulejka 4 umocowana jest nieruchomo do wałka 6. Tulejka 9 może swobodnie przesuwać się wzdłuż wałka. Między tulejkami jest wstawiona sprężyna 5.


Schemat działania obrotomierza odśrodkowego

1 — zębnik, 2 — włos, 3 — wskazówka, 4 — tulejka nieruchoma, 5 — sprężyna, 6 — wałek, 7 — ciężarek, 8 — sprężyna płaska, 9 — tulejka ruchoma, 10 — wałek napędowy, 11 — sektor zębaty

Tulejka 9 jest połączona przez mechanizm przekładniowy ze wskazówką 3. Wałek 6 jest połączony przez przekładnię zębatą z wałkiem napędowym 10. Podczas obrotów wałka siła odśrodkowa działająca na ciężarki 7 stara się oddalić je od osi obrotu y a tym samym dąży do zbliżenia tulejek 4 i 9. Zbliżeniu temu przeciwdziała jednak sprężyna 5, a także do pewnego stopnia sprężyna płaska 8. Równowaga następuje wtedy, gdy siły sprężyn zrównają się z siłą odśrodkową. Siła odśrodkowa jest proporcjonalna do prędkości obrotów, a stopień ugięcia sprężyny jest proporcjonalny do siły działającej. Tak, więc każdej liczbie obrotów wałka odpowiada jedno ściśle określone położenie ruchomej tulejki 9 i jednoznaczne wychylenie wskazówki przyrządu. Konstrukcję obrotomierza odśrodkowego przedstawiono na rysunku 3.

Do przekazania ruchu obrotowego od silnika do obrotomierza służy wałek giętki (rys.4). Właściwy wałek giętki 5 składa się z rdzenia (drutu stalowego) i nawiniętych przeciwbieżnie czterech współśrodkowych warstw drutu stalowego o różnej grubości. Stosowane są dwa typy wałków giętkich — dla prawego i dla lewego kierunku obrotów. Kierunek nawinięcia górnej warstwy drutu stalowego powinien być taki, ażeby podczas pracy drut był skręcany zgodnie z kierunkiem obrotu. Zasadniczymi wadami obrotomierza odśrodkowego jest duża niedokładność wskazań w przypadku małych prędkości obrotów oraz niedogodność eksploatacyjna związana z zastosowaniem wałka giętkiego.

Konstrukcja obrotomierza odśrodkowego

1 — szyba, 2 — tarcza, 3 — wskazówka, 4 — włos, 5 — zębnik, 6 — wodzik, 7 — sektor zębaty, 8 i 22 — łożyska kulkowe, 9 — podstawa korpusu, 10 — nakrętki ruchome względem wałka, 19, 11 — cięgła sprężynowe (sprężyny płaskie), 12 — ciężarki, 13 — sprężyna, 14 — tuleja ruchoma, 15 — łożysko kulkowe, 16 i 17 — koła zębate skośne, 18 i 20 — łożyska kulkowe, 19 — wałek zespołu odśrodkowego, 21 — wał napędowy, 23 — wałek, 24 — wodzik

Wałek giętki do napędu obrotomierza odśrodkowego

1 i 10 — nakrętki montażowe, 2 i 8 — tuleje końcowe, 3 i 9 — końcówki, 4 — wkręt zabezpieczający,    5 — wałek giętki, 6 — nakrętka, 7 — pancerz, 11 — kulki oporowe

Obrotomierze elektryczne: 

Pierwszymi obrotomierzami elektrycznymi stosowanymi w samolotach były obrotomierze prądu stałego.

Obrotomierz elektryczny prądu stałego składa się z nadajnika, wykonanego w postaci prądniczki prądu stałego, i elektrycznie z nim połączonego wskaźnika — woltomierza magnetoelektrycznego. Wałek wirnika prądnicy łączy się mechanicznie z wałkiem, którego obroty mają być mierzone.

Działanie obrotomierza polega na pomiarze siły elektromotorycznej wytwarzanej przez prądnicę. Siła ta jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotów prądnicy i mierzona za pomocą wskaźnika — woltomierza wyskalowanego bezpośrednio w obr/min wału silnika. Obrotomierze prądu stałego z powodu zmian oporności stykowej wskutek zużywania się szczotek i zanieczyszczenia komutatora, powodujących zniekształcenie wskazań, obecnie nie są stosowane w samolotach. Zostały one wyparte przez obrotomierze prądu zmiennego i odległościowe obrotomierze magnetyczne.

Zasada działania obrotomierza elektrycznego prądu zmiennego polega na pomiarze napięcia prądu zmiennego wytwarzanego przez prądnicę. Wartość tego napięcia jest proporcjonalna do prędkości obrotowej wirnika prądnicy, wprawianego w ruch przez silnik lotniczy. Typowym współczesnym obrotomierzem prądu zmiennego jest obrotomierz TF-15M, którego schemat elektryczny przedstawiono na rysunku. Przyrząd ten jest przeznaczony do pomiaru prędkości obrotów wału turbiny silnika odrzutowego.

Widok zewnętrzny obrotomierza TF-15M

a — nadajnik (prądnica prądu zmiennego), b — wskaźnik (galwanometr ferrodynamiczny)

Schemat elektryczny obrotomierza TF 15M

KST — uzwojenie stojana nadajnika, R5 — opór dodatkowy, ograniczający prąd zwarcia nadajnika, M — wirnik nadajnika, K1 — cewka nieruchoma wskaźnika. K2 — cewka ruchoma wskaźnika, R1 — opór wyrównawczy pomocniczego zakresu pomiarowego, R2, R3, R4—opory rozszerzające zakres mierniczy a — przewody łączące wskaźnik z nadajnikiem, b — przewody łączące wskaźnik ze                specjalnym przełącznikiem samoczynnie przełączającym przyrząd z podstawowego zakresu pomiarowego na pomocniczy i odwrotnie

Nadajnikiem obrotomierza jest jednofazowa magnetoelektryczna prądnica prądu zmiennego, a wskaźnikiem woltomierz ferrodynamiczny z dwoma zakresami mierniczymi. Tarcza przyrządu jest wyskalowana bezpośrednio w obr/min wału silnika. Jeden zakres mierniczy odpowiada liczbie obrotów od O do 3000 obr/min wału turbiny silnika; w tym przypadku odczyt przeprowadza się na podziałce wewnętrznej — pomocniczej. Drugi — główny — zakres mierniczy odpowiada liczbie obrotów od 2000 do 15 000 obr/min. Przejście z dolnego zakresu na górny odbywa się przez automatyczne włączenie trzech dodatkowych oporów z manganianu. Podczas obrotów wału turbiny z prędkością niniejszą niż 2000 obr/min opory te są bocznikowane, a przy prędkościach większych niż 2000 obr/min obwód bocznikujący jest automatycznie przerywany. Wahaniom wskazówki woltomierza zapobiega się przez zastosowanie tłumika powietrznego. Błędy wskazań przyrządu w temperaturze 20 ±5° C na głównym zakresie mierniczym wynoszą l—2%, a w zakresie pomocniczym dochodzą do 5% maksymalnej wartości podziałki. Do wad obrotomierzy prądu zmiennego należy zaliczyć nierównomierność i stosunkowo niewielki zakres podziałki.

Do najbardziej rozpowszechnionych obrotomierzy należą obecnie obrotomierze magnetyczne z odległościowym układem przekazywania.

Obrotomierze magnetyczne.

Działanie obrotomierza magnetycznego jest oparte na pomiarze sił występujących w wyniku wzajemnego oddziaływania wirującego pola magnetycznego z prądami indukowanymi przez to pole w elemencie pomiarowym. Wirujące pole magnetyczne wytwarza magnes trwały 5 obracający się wraz z wałkiem 6, którego prędkość kątowa ma być mierzona. Element pomiarowy 4 w postaci cylindrycznej miseczki jest osadzony wraz ze sprężyną spiralną 3 i wskazówką 2 na osi 7. Przy przecinaniu ścianek miseczki wirującym polem magnetycznym indukuje się w nim SEM, wywołująca prądy wirowe. Współdziałanie pola tych prądów z wywołującym je polem magnetycznym powoduje powstanie momentu obrotowego, działającego na miseczkę w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotu magnesu trwałego.

Schemat ideowy obrotomierza magnetycznego

1 — podziałka, 2 — wskazówka, 3 — spiralna sprężyna, 4 — element pomiarowy, 5 — magnes trwały, 6 — wałek napędowy, 7 — oś układu wskazującego

 Pod działaniem momentu obrotowego miseczka obraca się, powodując zwijanie sprężyny spiralnej 3. Sprężyna ta daje moment zwrotny, proporcjonalny do kąta zwinięcia. Z miseczką połączona jest wskazówka 2, której kąt wychylenia jest proporcjonalny do prędkości kątowej magnesu trwałego.

W lotnictwie są stosowane zwykle obrotomierze magnetyczne odległościowe, w których magnes trwały zespołu pomiarowego jest obracany za pomocą tak zwanego układu przekazywania odległościowego. Schemat działania takiego obrotomierza przedstawiono na rysunku.

Schemat działania odległościowego obrotomierza magnetycznego

Odległościowe obrotomierze magnetyczne zwane są również obrotomierzami elektrycznymi.

Komplet obrotomierza składa się z nadajnika i wskaźnika. Wskaźnik z kolei składa się z synchronicznego silnika i obrotomierza magnetycznego. Nadajnikiem układu przekazywania odległościowego jest trójfazowa synchroniczna prądnica prądu zmiennego. Wirnik nadajnika stanowi stały magnes. Stojan prądnicy ma trójfazowe uzwojenie połączone zwykle w gwiazdę. Odbiornikiem układu przekazywania odległościowego jest trójfazowy silnik z podwójnym wirnikiem, składającym się z krótkozwartej cewki, wykonanej w formie klatki, i synchronizującego magnesu trwałego.

Zasada działania układu przekazującego jest następująca. Wirnik nadajnika otrzymuje obroty od wału silnika lotniczego za pomocą mechanicznej przekładni. W czasie obrotu wirnika w uzwojeniu stojana prądnicy powstaje SEM o częstotliwości wprost proporcjonalnej do prędkości obrotowej wirnika. Ta SEM jest przekazywana za pomocą trójfazowej linii do uzwojenia stojana silnika, wywołując w nim wirujące pole magnetyczne, którego prędkość obrotowa równa jest częstotliwości SEM i prędkości obrotowej wirnika prądnicy (nadajnika).

W czasie pracy silnika z początku wirnik jego obraca się jako asynchroniczny, dzięki prądom indukcyjnym, powstałym w uzwojeniu klatkowym wskutek pola wirującego. Po osiągnięciu prędkości obrotowej wirnika bliskiej prędkości obrotowej pola wirującego, wirnik wciąga się w synchronizm i prędkości obrotów wałka silnika są równe prędkości obrotów wałka prądniczki. Na przedłużeniu wałka wirnika silnika mocuje się na stałe magnes trwały obrotomierza magnetycznego, wobec czego jego prędkość obrotowa jest równa prędkości obrotowej prądniczki, a zatem wychylenia wskazówki jednoznacznie określają prędkość obrotów silnika lotniczego.

Konstrukcję odległościowego obrotomierza magnetycznego stosowanego w samolotach z silnikami tłokowymi przedstawiono na rysunkach poniżej.

Konstrukcja nadajnika obrotomierza TE-45

1 — nakrętka montażowa, 2 — nakrętka przekładni, 3 — korpus prądnicy, 4 — pokrywa korpusu, 5 — sprzęgło przekładni, 6 — duże koło zębate, 7 — małe koło zębate, 8 i 13 — łożyska kulkowe, 9 — magnes, 10 i 11 — nakrętki, 12 — uzwojenie stojana, 14 — tulejka, 15 — końce uzwojenia stojana, 16 — gniazdko, 17 — element regulacyjny, 19 — stojan, 20 — elementy 17 — pierścienie specjalne, 18 — wałka giętkiego

 

Konstrukcja wskaźnika obrotomierza TE-45

1 —małą wskazówka, 2 — zębnik małej wskazówki, 3 — zębnik dużej wskazówki, 4 — duża   wskazówka, 5 — tarcza, 6 — korpus, 7 — uzwojenie, 8 — obejma stojana, 9 — stojan, 19 — tylna pokrywa, 11 — wał wirnika, 12 i 19 — łożyska kulkowe, 13 i 14 — zębniki, 15 — sprężyna zwrotna, 16 — miseczka (kołpaczek), 17 — czterobiegunowy magnes, 18 — ekran, 20 — sprężyna, 21 — wirnik, 22 — trwały magnes, 23 — gniazdko, 24 — podstawka, 25 — górna płytka, 26 — dolna płytka

Przyrząd ten ma zakres pomiarowy od O do 3500 obr/min. Zakres roboczy wynosi od 600 do 3000 obr/min. Błędy wskazań przyrządu w normalnej temperaturze nie przekraczają 1%. Podziałka przyrządu ( rys.11) jest równomierna i ma oznaczenia cyfrowe od O do 9. W celu zwiększenia dokładności odczytu wskaźnik jest wykonany jako dwuwskazówkowy. Duża wskazówka może wykonać 3,5 obrotu. Wartość działki dużej (ocyfrowanej) wynosi 100 obr/min. Jeden obrót dużej wskazówki odpowiada 1000 obr/min. Mała wskazówka obraca się dziesięciokrotnie wolniej niż duża i wartość działki ocynowanej dla małej wskazówki wynosi 1000 obr/min.

Wygląd zewnętrzny obrotomierza TE-45

a — wskaźnik, b — nadajnik

 

 


Podziel się tym wpisem

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites Więcej

Zostaw odpowiedź

Kanał YouTube

Flash Content