УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИСОЕДИНЕННЫХ МАСС

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к конструкциям устройств для испытания насосов, запорной арматуры, подшипников.
Известно устройство для определения присоединенных масс, описанное в патенте Российской Федерации №2425344 на изобретение «Устройство для определения сил присоединенной инерции и демпфирования тел методами их свободных затухающих колебаний в жидкости» по классу G01M 1/16, заявленном 10.12.2009 года и опубликованном 27.07.2011 года.
Указанное устройство для определения присоединенных масс содержит модель судна или другого тела, платформу для обеспечения их собственных колебаний вокруг неподвижных опор, аппаратуру для измерения угла отклонения платформы от равновесного положения и записи свободных ее колебаний во времени после отклонения и гидролоток, при этом платформа выполнена в виде жесткой рамы, например из металлических угольников, снабжена тарировочными грузами, к ней под разными углами снизу крепится модель, от рамы вертикально верх отходят две прочные раздвижные штанги, выполненные, например, из вложенных друг в друга п-образных профилей, нижние концы которых прочно, например на сварке, соединены с рамой, а верхние - жестко соединены с осью, вместе с которой сама платформа с тарировочными грузами вместе с моделью или еще с дополнительно принятыми грузами может колебаться в подшипниках на концах этой оси, вставляемых в специальные гнезда (концевики), располагающиеся в фундаментной конструкции, каждая штанга платформы подкреплена укосами, придающими им устойчивость, фундаментальная конструкция опирается на стенки гидролотка или на собственные основания, от каждого опорного основания отходят вертикально вверх раздвижные штанги, например, из вложенных друг в друга п-образных профилей, подкрепленные укосами, верхняя часть раздвижных штанг имеет концевики, в которые вставляются подшипники, установленные на оси платформы, обе части фундаментальной конструкции соединены, например, на болтах разъемными связями длиной, соответствующей ширине гидролотка, причем гидролоток имеет смотровые окна и выполнен с возможностью оперативно изменять уровень затопления для обеспечения заданного уровня погружения модели в воду при ее подвеске к платформе.
Недостатками известного устройства являются обусловленные его конструктивными особенностями сложность и невозможность определения присоединенных масс для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора между моделью тела и корпусом.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для определения присоединенных масс.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является обеспечение возможности определения присоединенных масс для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора.
Указанный результат достигается тем, что:
1. В известном устройстве для определения присоединенных масс, содержащем корпус с приспособлениями для подвода и отвода жидкости, модель исследуемого тела, закрепленную на оси с опорами, и аппаратуру для регистрации колебаний модели, согласно полезной модели, оно снабжено приспособлением в виде двух вибраторов для приведения модели в колебательное движение, корпус выполнен цилиндрическим с отверстиями подвода и отвода жидкости и на корпусе расположена аппаратура для регистрации колебаний модели, ось выполнена в виде упругого стержня, а модель исследуемого тела выполнена в виде цилиндра, концентрично с зазором 50-500 мкм установленного в корпусе на оси с двумя неподвижными опорами, к одной из которых ортогонально подключены вибраторы.
2. В устройстве по п.1, согласно полезной модели, аппаратура для регистрации колебаний модели выполнена в виде датчика колебаний.
Снабжение устройства для определения присоединенных масс приспособлением в виде двух вибраторов для приведения модели в колебательное движение, выполнение корпуса устройства цилиндрическим с отверстиями подвода и отвода жидкости и расположение на корпусе аппаратуры для регистрации колебаний модели, выполнение оси в виде упругого стержня и выполнение модели исследуемого тела в виде цилиндра, концентрично с зазором 50-500 мкм установленного в корпусе на оси с двумя неподвижными опорами, к одной из которых ортогонально подключены вибраторы, обеспечивает возможность определения присоединенных масс для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора, и расширяет тем самым функциональные возможности устройства для определения присоединенных масс.
При этом аппаратура для регистрации колебаний модели может быть выполнена в виде датчика колебаний.
Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемому устройству новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.
Заявляемое устройство для определения присоединенных масс обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1. оно снабжено приспособлением в виде двух вибраторов для приведения модели в колебательное движение, корпус выполнен цилиндрическим с отверстиями подвода и отвода жидкости и на корпусе расположена аппаратура для регистрации колебаний модели, ось выполнена в виде упругого стержня, а модель исследуемого тела выполнена в виде цилиндра, концентрично с зазором 50-500 мкм установленного в корпусе на оси с двумя неподвижными опорами, к одной из которых ортогонально подключены вибраторы,
2. аппаратура для регистрации колебаний модели выполнена в виде датчика колебаний.
Заявляемое устройство для определения присоединенных масс может найти широкое применение в области измерительной техники, в частности, в конструкциях устройств для испытания насосов, запорной арматуры, подшипников, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемое устройство для определения присоединенных масс иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид устройства в разрезе.
Устройство для определения присоединенных масс, представленное на чертеже, содержит цилиндрический корпус 1 с отверстиями подвода и отвода жидкости, в частности, воды, на корпусе 1 расположен датчик 2 колебаний. Внутри корпуса 1 на двух неподвижных опорах 3 закреплена ось 4 в виде упругого стержня.
На оси 4 концентричио корпусу 1 с зазором 275 мкм установлена модель 5 исследуемого тела, выполненная в виде цилиндра. Величина зазора между корпусом 1 и моделью 5 может составлять от 50 до 500 мкм, что позволяет достичь указанного в заявке технического результата.
К одной из опор 3 ортогонально подключены два вибратора 6 для приведения модели 5 в колебательное движение.
Отверстие подвода жидкости корпуса 1 гидравлически связано с насосом 7, а отверстие отвода жидкости - с баком 8, гидравлически связанным с насосом 7. Для выпуска воздуха из корпуса 1 в его верхней части предусмотрен вентиль 9.
Работает устройство для определения присоединенных масс следующим образом.
При функционировании заявляемого устройства реализуется метод малых колебаний для экспериментального определения присоединенных масс полностью погруженных тел (см. Справочник А.И.Короткина «Присоединенные массы судостроительных конструкций», СПб, изд. «Мор Вест», 2007 г., стр.407-409).
Вначале исследования проводят при нахождении модели 5 исследуемого тела в воздушной среде, когда полость корпуса 1 и, соответственно, кольцевой цилиндрический зазор между корпусом 1 и моделью 5 не заполнены водой.
1
С помощью одного из вибраторов 6, подключенных к опоре 3, приводят установленную на оси 4 модель 5 исследуемого тела в колебательное движение, при котором, модель 5 будет совершать резонансные колебания вдоль оси X с некоторой частотой ω, которая будет зарегистрирована датчиком 2 колебаний.
1
Затем с помощью другого вибратора 6 приводят установленную на оси 4 модель 5 исследуемого тела в колебательное движение, при котором модель 5 будет совершать резонансные колебания вдоль оси Y. Колебания будут происходить с частотой ω которая также будет фиксироваться датчиком 2 колебаний.
2
После этого через отверстие подвода жидкости заполняют корпус 1 водой, выпуская оставшийся воздух через вентиль 9, и приводят модель 5 в колебательное движение вначале вдоль оси X, затем вдоль оси Y с некоторой частотой ω, которая будет зарегистрирована датчиком 2 колебаний.
1
2
Колебания системы, включающей модель 5 исследуемого тела вместе с осью 4 в виде упругого стержня, в воздухе и в воде происходят с различными резонансными частотами соответственно ω и ω.
1
2
Различие частот обусловлено различными условиями движения тела в воздухе и в воде. Для определения этого влияния водной среды применяют понятие присоединенная масса, обозначаемая буквой λ. Если тело массой m в воздушной среде совершает колебания с резонансной частотой ω, то в воде это же тело будет совершать колебания с другой резонансной частотой ω, как если бы его масса была равна m+λ.
11
1
2
Для определения присоединенной массы λ модели 5 исследуемого тела, имеющего массу m, регистрируют резонансные частоты ω и ω колебаний указанной системы, включающей модель 5 исследуемого тела, вдоль оси X в воздухе и в воде и вычисляют искомую величину присоединенной массы по формуле .
22
1
2
Для определения присоединенной массы λ модели 5 исследуемого тела, имеющей массу m, регистрируют частоты ω и ω резонансных колебаний указанной системы, включающей модель 5 исследуемого тела, вдоль оси Y в воздухе и в воде и вычисляют искомую величину присоединенной массы по формуле .
11
22
1
Для определения присоединенных масс λ и λ другой модели 5 исследуемого тела, имеющей массу m закрепляют в корпусе 1 на оси 4 другую модель 5 и процесс повторяют аналогично вышеописанному.
1
2
11
Вначале модель 5 с помощью вибратора 6 приводят в режим колебаний вдоль оси X, совершающихся в воздушной среде с некоторой резонансной частотой ω, которая будет зарегистрирована датчиком 2 колебаний. Затем корпус 1 заполняют водой и опять приводят модель 5 в колебательное движение вдоль оси X с резонансной частотой ω, которая регистрируется датчиком 2 колебаний. Присоединенная масса λ определяется по указанной выше формуле .
1
2
Затем модель 5 с помощью вибратора 6 приводят в режим колебаний вдоль оси Y в воздушной среде и в воде, определяют резонансные частоты ее колебаний ω и ω, после чего вычисляют .
Заявляемое устройство для определения присоединенных масс по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности, так как обеспечивает возможность определения присоединенных масс для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора, а также позволяет исследовать не только первую форму колебаний, но и вторую с последующими формами.