УДК 621.3.085.5 : 62-27

ПРУЖНИЙ ЕЛЕМЕНТ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ЗУСИЛЬ В СТЯЖНИХ ПРИЗМАХ ОСЕРДЯ СТАТОРА ПОТУЖНОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА

А.С. Левицький¹, докт. техн. наук, Є.О. Зайцев², канд. техн. наук, А.М. Смирнова³
^1,2 – Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
³ – Київський національний торгово-економічний університет,
вул. Кіото, 19, Київ, 02156, Україна
е-mail: lev@ied.org.ua

Досліджено трубчастий пружний чутливий елемент (ПЧЕ) первинного перетворювача зусиль у стяжних призмах осердя статора потужного турбогенератора. Запропоновано методику розрахунку трубчастого ПЧЕ, яка дає змогу проектувати конструкції вимірювачів зусиль при зміні навантажень у широкому діапазоні. Визначено аналітичні співвідношення для розрахунку розмірів елемента. Отримано функцію перетворення «зусилля – відносна поздовжня деформація» з урахуванням зміни площі поперечного перерізу елемента відповідно до коефіцієнта Пуассона. Розраховано відносну похибку, зумовлену нелінійністю функції перетворення. Встановлено аналітичні залежності інформаційного сигналу від зусиль у пружному елементі для тензорезистивних, ємнісних та волоконно-оптичних вимірювачів. Бібл. 12, рис. 7.
Ключові слова: турбогенератор, осердя статора, стяжна призма, зусилля, вимірювання, трубчастий пружний елемент, функція перетворення, похибка.

УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УСИЛИЙ В СТЯЖНЫХ ПРИЗМАХ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА МОЩНОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА

А.С. Левицкий¹, докт. техн. наук, Е.А. Зайцев², канд. техн. наук, А.М. Смирнова³
^1,2 – Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
³ – Киевский национальный торгово-экономический университет,
ул. Киото, 19, Киев, 02156, Украина

Исследован трубчатый упругий чувствительный элемент (УЧЭ) первичного преобразователя усилий в стяжных призмах сердечника статора мощного турбогенератора. Предложена методика расчета трубчатого УЧЭ, которая позволяет проектировать конструкции измерителя усилий при изменении нагрузок в широком диапазоне. Определены аналитические соотношения для расчета размеров элемента. Получена функция преобразования «усилие – относительная продольная деформация» с учетом изменения площади поперечного сечения элемента в соответствии с коэффициентом Пуассона. Рассчитана относительная погрешность, обусловленная нелинейностью функции преобразования. Установлены аналитические зависимости информационного сигнала от усилия в упругом элементе для тензорезистивных, емкостных и волоконно-оптических измерителей. Библ. 12, рис. 7.
Ключевые слова: турбогенератор, сердечник статора, стяжная призма, усилие, измерения, трубчатый упругий элемент, функция преобразования, погрешность.

ELASTIC SENSITIVE ELEMENT FOR FORCE TRANSDUCERS OF THE EFFORT IN THE POWERFUL TURBOGENERATORS STATOR TIGHTENING PRISMS CORE

A.S. Levytskyi¹, I.O. Zaitsev², A.M. Smyrnova³
^1,2 – Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine,
Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine,
³ – Kyiv National University of Trade and Economics,
Kyoto str., 19, Kyiv, 02156, Ukraine
е-mail: lev@ied.org.ua

Investigated cylindrical elastic sensor element (ESE) of the force primary converter for the powerful turbogenerators stator tightening prisms core. The method of calculation of tubular ESE is proposed, which allows the design effort design gauges from load changes over a wide range. Analytical relations for calculating the dimensions of the ESE element are determined. Conversion function "force - relative longitudinal strain" with the changing cross sectional area of the element in accordance with Poisson's ratio is obtained. The relative error caused by the nonlinearity of the conversion function is calculated. The analytical dependencies of the information signal on the force in the elastic element for strain-resistive, capacitive and fiber-optic meters are established. References 12, figures 7.
Key words: turbogenerator, stator core, tightening prism, effort, cylindrical elastic sensor element, error, measurements, conversion function.

Література
1. Guide to the Measurement of Force. The Institute of Measurement and Control, London. – Originally published 1998. Reviewed and re-issued 2013. 46 p. Режим доступу: http://www.npl.co.uk/upload/pdf/forceguide.pdf (дата звернення 07.10.2017).
2. Бауман Э. Измерение сил электрическими методами / пер. с немец. А.С. Вишенкова и С.Н. Герасимова. М.: Мир, 1978. – 430 с.
3. Шторгин А.В. Научно-технические мероприятия по уменьшению повреждаемости статоров мощных турбогенераторов, вызванной вибрацией в торцевых зонах: Дис. ... канд. техн. наук: 05.11.05 «Электрические машины и аппараты». Киев, 2015. 161 с.
4. Dan Mihai Stefanescu. Handbook of Force Transducers: Principle and Components. – Berlin : Springer, 2011 – 612 p. Режим доступу: https://books.google.com.ua/books?id=RjzO10gmXZYC&pg=PR21&lp (дата звернення 07.10.2017).
5. Karl Hoffmann. An Introduction to Stress Analysis and Transducer Design using Strain Gauges. HBM Test and Measuremen. 2012. 257 p. Режим доступу: http://www.kkgroup.ru/help/Strain_Gauge_Measurements_Book_2012_01.pdf (дата звернення 13.11.2017).
6. Liu M., Zhou Z., Tao X., Tan Y. A dynamometer design and analysis for measurement the cutting forces on turning based on optical fiber Bragg Grating sensor. Prociding of the 10th World Congress on Intelligent Control and Automation. July 6-8, 2012, Beiling, Chine. P. 4287–4290.
7. United States Patent No. US 20120026482 A1. Int. Cl. G01J5/48. Use of fiber optic sensor techniques for monitoring and diagnostics of large AC generators / George Franklin Dailey (US) – Appl. No. US 13/065,842; Pub. date Feb. 02, 2012.
8. Левицький А.С., Кобзарь К.О., Зайцев Є.О. Волоконно-оптичні вимірювачі зусиль в стяжних призмах турбогенераторів на основі решіток Брегга // Гідроенергетика України. 2017. № 3-4. С. 22–25.
9. Левицький А.С., Федоренко Г.М. Датчики для вимірювання зусилля пресування осердя статорів гідро- і турбогенераторів. Гідроенергетика України. 2009. № 4. С.35–39.
10. Пикульский В.А., Чистиков А.А., Лифшиц А.Л. Исследование распределения плотности прессовки активной стали статора турбогенератора. Электротехника. 1990. №6. С. 9 – 13.
11. 11. Федоренко Г.М., Бут А.А., Кузьмин В.В. и др. Методика и измерительные средства определения усилий прессовки в сердечнике статора мощного турбогенератора. Техническая электродинамика. 1991. № 4. С. 64–69.
12. Феликсон Е. И. Упругие элементы приборов. Москва: Машиностроение, 1977. 311 с.