Приборы и системы контроля работы авиадвигателей. Авиационные тахометры

быстрота скорость).
Авиационные тахометры служат для измерения частоты вращения вала поршневого авиадвигателя, ротора компрессора турбореак-тивного двигателя, турбины газотурбинного двигателя и т.д.

По принципу действия ЧЭ тахометры подразделяются на :
- центробежные, в которых используется зависимость центробежных сил инерции неуравновешенных масс от частоты вращения вала. В них центробежные силы инерции уравновешиваются силой упругой деформации пружины;
- генераторные, основанные на зависимости величины генерируемой в обмотке ЭДС от частоты вращения индуктора, связанного с валом. К этой группе относятся тахогенераторы постоянного и переменного токов;
- магнитоиндукционные, основанные на зависимости момента увлечения электропроводящего диска (цилиндра) полем постоянного магнита, вращаемого с измеряемой угловой скоростью;
- частотно-импульсные, в которых используется зависимость частоты ЭДС синхронного генератора, связанного с валом, от частоты его вращения.

20

тахометры:
а - с полым цилиндром; б - с диском;
1 - ось измеряемого вращения; 2 – чувствительный элемент;
3 - магнит; 4 - пружина; 5 - экран; 6 - термомагнитный шунт

Принцип действия магнитоиндукционных тахометров основан на явлении наведения вихревых токов в ЧЭ (металлическом теле) полем вращающегося постоянного магнита.

19

тахометры:
а - с полым цилиндром; б - с диском;
1 - ось измеряемого вращения; 2 – чувствительный элемент;
3 - магнит; 4 - пружина; 5 - экран; 6 - термомагнитный шунт

Вихревые токи возникающие в ЧЭ, создают магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита и создает вращающий момент Mвр, увлекающий цилиндр вслед за вращающимся магнитом.

19

токопроводящего стакана; D – диаметр ЧЭ;
n - угловая скорость вращения вала
При получении соотношения использованы известные уравнения
V = ωR ; - угловая скорость вращения поля
постоянного магнита;

2.7. Авиационные магнитоиндукционные тахометры типа ИТЭ-1 и ИТЭ-2

18

Для вывода градуировочной формулы магнитоиндукционного тахометра "развернем" поверхность цилиндра тахометра в виде ленты. На ее поверхности изобразим проекции полюсов магнитов (чаще всего 2p = 4)

поля постоянного магнита E

E = BcV = Bc πDn/60

c – длина полюса магнита (м); B – магнитная индукция (Т). В каждом контуре тока действуют две такие ЭДС, создаваемые двумя соседними полюсами магнита

Величина тока di в элементарном контуре тока шириной dx и с сопротивлением dr

di = 2Е/dr

Геометрические размеры элементарного контура тока, соответственно площадь поперечного сечения и длина

17

сопротивление контура тока

dr = ρL /S = ρ(2c+2a+2 πx)/δdx

a – расстояние между полюсами постоянного магнита; x – перемен-ный радиус закругления элементарного контура тока; δ – толщина стенки цилиндра , ρ – удельное сопротивление материала токопроводящего цилиндра

di = 2Е/dr

Полный ток I под полюсом шириной b

16

. D/2 .2p = FD p = k1 n

При Mвр = Mпр

Таким образом статическая характеристика магнитоиндукционного тахометра линейна, шкала его указателя равномерная.

Этот ток создает свое магнитное поле. Cила взаимодействия поля постоянного магнита с магнитным полем тока I F = BI c

Mпр = сϕ

15

2 - обмотка статора генератора; 3 - обмотка статора синхронного двигателя; 4 - гистерезисные диски; 5 - крестообразный магнит; 6 - постоянные магниты; 7 - термомагнитный шунт; 8 - диск (ЧЭ); 9 - пружина; 10 - диск демпфера; 11 - магнитный узел; 12 - стрелка

14

генератор с возбуждением от постоянного магнита 1, расположенного на якоре. Он приводится через понижающую передачу от вала, частота вращения которого измеряется.
Датчик ДТЭ-1 и подключенный к нему синхронный двигатель указателя ИТЭ-1 образуют электрическую синхронную передачу - систему электрического вала, осуществляющего дистанционную передачу скорости вращения вала авиадвигателя.

13

платами с впрессованными в них шестью парами постоянных магнитов 6. В воздушном зазоре между торцами противоположных полюсов магнитов расположен ЧЭ - диск 8, изготовленный из медно-марганцевого сплава с малым температурным коэффициентом.
Таким образом, магнитный узел укреплен на конце вала синхронного двигателя и вращается с синхронной скоростью, а ЧЭ - диск связан через ось со стрелкой 12, перемещающейся по шкале.

12

изменение величины магнитного сопротивления магнитопроводов, а соответственно и изменение магнитной индукции в зазоре в измерительном узле используется термомагнитный шунт 7, который надевается на постоянные магниты. Шунт выполнен из сплава, магнитное сопротивление которого с ростом температуры увеличивается в большей степени, чем сопротивление остального магнитопровода.

11

два одинаковых измерительных узла и два синхронных двигателя, аналогичные рассмотренным. Они имеют две соосные стрелки и предназначены для измерения частоты вращения валов двух двигателей или валов двух ступеней компрессора одного двигателя. Магнитоиндукционные демпферы в них отсутствуют. Необходимое демпфирование обеспечивается за счет моментов трения зубчатых передач.

10

инструментальные погрешности, которые в нормальных условиях определяются трением в опорах подвижной системы измерителя, неточностью градуировки, разбалансом подвижной системы. В условиях , отличных от нормальных, дополнительные погрешности возникают из-за изменения температуры, которая влияет на параметры магнитоиндукционного чувствительного элемента (B, ρ) и противодействующей пружины (с).

Если пренебречь изменением геометрических размеров элементов, то общий температурный коэффициент равен 
а = 2ав - aρ - ас
где aв, aρ , aс - температурные коэффициенты изменения индукции, сопротивления диска (или цилиндра) и модуля упругости пружины.

Подбором материалов общий коэффициент a сводят к минимальному значению. Дальнейшее уменьшение температурных погрешностей осуществляется термомагнитным шунтом. Положение шунта вдоль оси магнитного измерительного узла может регулироваться для изменения коэффициента a в разных образцах тахометров.

9

проверяемого тахометра сводится к сопоставлению его показаний на проверяемых делениях шкалы с показаниями эталонного тахометра, в качестве которого используется ферродинамический нуль-индикатор, подключенный к эталонному двухфазному датчику. Датчики эталонного и проверяемого тахометров устанавливаются на одном валу.

Особенности эксплуатации тахометров

8

на :
центробежные,
магнитоиндукционные,
- генераторные,
- частотно-импульсные

Центробежные датчики

а – конический тахометр;
б – кольцевой тахометр;
1- муфта; 2- пружина

В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2.

7

n, т, r0 и c1 - соответственно число грузов, масса груза, радиус муфты и коэффициент жесткости пружины

- чувствительность

наклонена по отношению к оси на угол α0. При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина. Перемещению муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца

2.9. Датчики частоты вращения вала авиадвигателя

Центробежные датчики

а – конический тахометр;
б – кольцевой тахометр;
1- муфта; 2- пружина

7

- чувствительность

m, r, c1 – соответственно масса и радиус кольца, и коэффициент жесткости пружины.

сигнала с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя, и представляют собой трехфазные магнитоэлектрические генераторы переменного тока с четырехполюсным магнитом

1 – постоянный магнит-ротор; 2 – статор; 3 – обмотка; 4 – крышка;
5, 12 – шарикоподшипники;
6 – хвостовик; 7 – накидная гайка;
8 – втулка; 9 – штепсельный разъем;
10 – пружинное кольцо;
11 – обойма; 13 – винт; 14 – втулка

f = (p n) /60

6

импульсов напряжения от частоты вращения вала авиадвигателя.
В качестве датчиков в таких системах могут использоваться датчики частоты вращения ДЧВ-2500, ДТА-10Е, ДТЭ-1.

1 – штепсельный разъем; 2 – корпус; 3 – катушка; 4 – индуктор; 5 – постоянный магнит.

Принцип действия датчика
ДЧВ-2500 заключается в индуцировании электрических импульсов напряжения в обмотке датчика за счет изменения сопротивления магнитной цепи при вращении индуктора под торцом датчика.

5

напряжения и работает следующим образом: при вращении индуктора 4 каждый из его зубьев проходит в непосредственной близости от торца датчика, результатом чего является возникновение ЭДС, индуцируемой в катушке датчика.

Частота импульсов напряжения, снимаемая с датчика, соответствует частоте прохождения зубьев мимо его торца, зависит от частоты вращения индуктора и, следовательно, вала двигателя.
Зависимость частоты следования электрических импульсов напряжения от частоты вращения

4

z – число зубьев

f сигнала датчика в пропорциональное ей напряжение постоянного тока и измерении этого напряжения автокомпенсационным методом.
Тахометрическая аппаратура ТА-6А:
а - преобразователь тахометрической аппаратуры ПТА-6;
б - измеритель тахометрической аппаратуры ИТАП-6.

3

(рис. 4.6) на схему формирования прямоугольных импульсов напряжения постоянной длительности T0 и частоты fн = 2f (схема включает удвоитель частоты и ждущий мультивибратор). Эти импульсы управляют транзисторными ключами K1 и K2, которые обеспечивают заряд и разряд С до напряжения U0 и Uн

Частото-импульсные тахометры

Среднее значение Uср импульсного напряжения на конденсаторе C при U0 = const и T0 = const является функцией частоты импульсов f , следовательно, и частоты вращения n:

Uср = Uн + kn n

2