УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений.
Известно магнитожидкостное устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU 204436, МПК G01H 11/02, 2021 г.), содержащее цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещена измерительная обмотка, а внутри установлен полый стержень из немагнитного материала, внешнюю поверхность которого охватывает подвижный кольцевой постоянный магнит, образующий с корпусом и стержнем кольцевые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, стержень имеет хотя бы одно радиальное отверстие, расположенное ниже подвижного магнита и магнитопровод, состоящий из двух вертикальных направляющих, размещенных диаметрально противоположно с установленными в них постоянными магнитами, ориентированными к подвижному постоянному магниту одноименными полюсами и магнитопроводной крышкой с осевым отверстием, установленной с возможностью вертикального перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения, и снабженной с нижней стороны выступом в форме повторяющей кольцевой цилиндрический зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью стержня, при этом корпус снабжен основанием.
Недостатком рассматриваемого устройства является ограниченный диапазон регулировок частоты вибраций, что связано с низким значением магнитной энергии, создаваемой постоянными магнитами, установленными только в двух вертикальных направляющих, являющихся частью магнитопровода.
Известно магнитожидкостное устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU 211338, МПК G01H 11/02, 2022 г.), принятое за прототип, содержащее магнитопровод с постоянным магнитом, цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, корпус установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным осевым отверстием, между втулками установлено немагнитопроводное кольцо, постоянный магнит выполнен кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце и охватывает верхнюю втулку магнитопровода, на нижней втулке магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с кольцевым зазором к верхней втулке магнитопровода.
Недостатками рассматриваемого устройства являются ограниченный диапазона частот измеряемых вибраций и ограниченная возможность регулирования чувствительности измерений. У прототипа, при диагностике вибрационных параметров изделия в низкочастотной области измерений, из-за наличия кольцевого зазора между постоянным магнитом и магнитопроводным кольцом невозможно получить максимальную силу отталкивания чувствительного элемента. При диагностике вибрационных параметров изделия в высокочастотной области измерений повышение чувствительности измерений ограниченно из-за снижения надежности магнитного подвеса при увеличении расстояния между магнитопроводным кольцом и постоянным магнитом.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение диапазона частот измеряемых вибраций и чувствительности измерений при диагностике вибрационных параметров изделия.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения вибраций, содержащем магнитопровод с кольцевым постоянным магнитом, внутри магнитопровода установлен цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, магнитопровод выполнен составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса, и сквозным осевым отверстием, верхняя втулка магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой, нижняя втулка магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой, на которой установлены кольцевой постоянный магнит, намагниченный в осевом направлении, охватывающий немагнитопроводную приставку верхней втулки магнитопровода и равный ей по высоте, на внешней поверхности верхней втулки магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с внутренней резьбой.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство для измерения вибраций содержит цилиндрический немагнитный корпус 1 с измерительной обмоткой 2 на внешней поверхности. Внутри корпуса 1 размещен подвижный чувствительный элемент 3, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита. Кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 заполнен магнитной жидкостью 4. Корпус 1 установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней втулки 5 и нижней втулки 6. Наличие магнитопровода значительно повышает эффективность использования постоянных магнитов за счет уменьшения полей рассеяния и позволяет получить требуемые эксплуатационные характеристики. Верхняя втулка 5 магнитопровода с внутреннего торца снабжена выступом 7 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, и сквозным осевым отверстием 8. Нижняя втулка 6 магнитопровода с внутреннего торца снабжена выступом 9 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, и сквозным осевым отверстием 10. Сквозные отверстия 8 и 10 обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса 1 и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений. Выступ 9 нижней втулки 6 и выступ 7 верхней втулки 5 находятся внутри корпуса 1 и являются магнитным подвесом для чувствительного элемента 3. Верхняя втулка 5 магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой 11. Нижняя втулка 6 магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой 12. На кольцевой магнитопроводной приставке 12 установлены равные по высоте кольцевой постоянный магнит 13 и кольцевая немагнитопроводная приставка 11. Кольцевой постоянный магнит 13 намагниченный в осевом направлении охватывает немагнитопроводную приставку 11 верхней втулки 5 магнитопровода. Выполнение приставки 11 из немагнитопроводного материала и равной по высоте кольцевому постоянному магниту 13 исключают его шунтирование и появление дополнительных полей рассеяния, что повышает эффективность использования постоянного магнита. На внешней поверхности верхней втулки 5 магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо 14 с внутренней резьбой. Перемещение магнитопроводного кольца 14 в вертикальном направлении позволят регулировать величину потока рассеивания, а следовательно и силу отталкивания чувствительного элемента 3 от опор магнитного подвеса - выступа 9 нижней втулки 6 и выступа 7 верхней втулки 5 магнитопровода.
Работа устройства для измерения вибраций состоит в следующем.
Нижнюю втулку 6 магнитопровода жестко фиксируют на оборудовании. При возникновении вибраций происходят колебания подвижного чувствительного элемента 3, который перемещается вдоль корпуса 1, не касаясь его внутренних стенок за счет левитации на магнитном подвесе в магнитной жидкости 4. В измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций. Она обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Силы отталкивания, создаваемые магнитным подвесом и постоянным магнитом чувствительного элемента 3, препятствуют их соприкосновению. Регулирование чувствительности и диапазона измеряемых вибраций осуществляют, перемещая магнитопроводное кольцо 14 вдоль оси верхней втулки 5 магнитопровода. Для осуществления возможности осевого вертикального перемещения на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях наружной части верхней втулки 5 и внутренней части магнитопроводного кольца 14 выполнена резьба. При верхнем положении магнитопроводного кольца 14 величина зазора Δ будет максимальной, большая часть магнитного потока будет представлять собой поток рассеивания. Силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент 3 минимальны, чувствительность измерений максимальна, контролируемый диапазон частот находится в высокочастотной области. При минимальных силах отталкивания чувствительного элемента 3, но при любой величине зазора Δ обеспечивается замыкание силовых линий и надежность магнитного подвеса не снижается. Диапазон регулирования чувствительности измерений (величина зазора Δ) значительно увеличен по сравнению с прототипом. При уменьшении зазора Δ поток рассеивания снижается, возрастают силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент 3, снижается чувствительность измерений и контролируемый диапазон переходит в низкочастотную область. При Δ=0 кольцевой постоянный магнит 13, установленный на кольцевой магнитопроводной приставке 12 и магнитопроводное кольцо 14 соприкасаются друг с другом торцевыми поверхностями. Сила отталкивания максимальна.
Расположение магнитопроводного кольца 14 с возможностью осевого вертикального перемещения на внешней поверхности верхней втулки 5 магнитопровода, а также наличие кольцевой немагнитопроводпой приставки 11, кольцевой магнитопроводной приставки 12, выполнение кольцевого постоянного магнита 13 намагниченным в осевом направлении, равном по высоте немагнитопроводной приставке 11, и их расположение на втулках 5 и 6 магнитопровода обеспечивают расширение диапазона частот измеряемых вибраций и чувствительности измерений при диагностике вибрационных параметров изделия. Так же, по сравнению с прототипом, заявленное устройство обладает меньшими радиальными размерами и более высокой эффективностью использования постоянного магнита 13.
Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения уровня вибраций технических объектов, где требуется диагностика вибрационного состояния, гидрогенераторов электрических станций, авиационных двигателей, железнодорожных и автомобильных мостов, а также проведения длительного мониторинга районов с повышенной сейсмической опасностью.