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 №128327 на полезную модель «Устройство для определения присоединенных масс» по классу G01M 1/16, заявленном 09.01.2013 года и опубликованном 20.05.2013 года.
Указанное устройство для определения присоединенных масс содержит корпус с приспособлениями для подвода и отвода жидкости, модель исследуемого тела, закрепленную на оси с опорами, и аппаратуру для регистрации колебаний модели, при этом 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 радиальным зазором 50-500 мкм установленного в корпусе на оси с двумя неподвижными опорами, к одной из которых ортогонально подключены вибраторы, причем аппаратура для регистрации колебаний модели выполнена в виде датчика колебаний.
Недостатком известного устройства является обусловленная его конструктивными особенностями невозможность определения изменения коэффициента демпфирования в условиях затухающих колебаний от однократного силового воздействия для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора между моделью тела и корпусом.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств определенного назначения, то есть создание устройства для определения присоединенных масс с более широкими функциональными возможностями, обеспечивающими возможность определения изменения коэффициента демпфирования в условиях затухающих колебаний от однократного силового воздействия для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора.
Техническим результатом, на обеспечение достижения которого направлена заявляемая полезная модель, является реализация этого назначения.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для определения присоединенных масс, содержащем цилиндрический корпус с отверстиями подвода и отвода жидкости, на котором размещены датчики колебаний, модель исследуемого тела в виде цилиндра, концентрично с радиальным зазором 50-500 мкм закрепленного в цилиндрическом корпусе на упругом стержне, и приспособление для приведения модели в колебательное движение, согласно полезной модели, модель исследуемого тела закреплена на свободном конце упругого стержня, консольно закрепленного в торце вертикально установленного цилиндрического корпуса соосно корпусу, отверстия подвода и отвода жидкости расположены соответственно в нижней и верхней части корпуса, а приспособление для однократного приведения модели в колебательное движение выполнено в виде ударного или отклоняющего механизма.
Крепление модели исследуемого тела на свободном конце упругого стержня, консольно закрепленного в торце вертикально установленного цилиндрического корпуса соосно корпусу, расположение отверстий подвода и отвода жидкости соответственно в нижней и верхней части корпуса, и выполнение приспособления для однократного приведения модели в колебательное движение в виде ударного или отклоняющего механизма, обеспечивает возможность определения изменения коэффициента демпфирования в условиях затухающих колебаний от однократного силового воздействия для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора, и позволяет создать устройство для определения присоединенных масс с расширенными функциональными возможностями.
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 модель исследуемого тела закреплена на свободном конце упругого стержня, консольно закрепленного в торце вертикально установленного цилиндрического корпуса соосно корпусу, отверстия подвода и отвода жидкости расположены соответственно в нижней и верхней части корпуса, а приспособление для однократного приведения модели в колебательное движение выполнено в виде ударного или отклоняющего механизма.
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 чертежами, где представлено на:
Фиг. 1. Общий вид заявляемого устройства с частичным разрезом.
Фиг. 2. Характеристики колебаний модели исследуемого тела.
Устройство для определения присоединенных масс, представленное на чертеже (см. Фиг. 1), содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1, имеющий в нижней части отверстие подвода 2, а в верхней части отверстие отвода 3 жидкости, в частности, воды. На корпусе 1 ортогонально расположены датчики 4 колебаний. Внутри цилиндрического корпуса 1 в его нижнем торце консольно закреплен упругий стержень 5. Стержень 5 расположен соосно цилиндрическому корпусу 1.
На свободном конце упругого стержня 5 закреплена модель 6 исследуемого тела в виде цилиндра, расположенная внутри корпуса 1 концентрично с радиальным зазором 275 мкм.
Величина зазора между корпусом 1 и моделью 6 может составлять от 50 до 500 мкм, что позволяет достичь указанного в заявке технического результата.
Приспособление для однократного приведения модели в колебательное движение (на чертеже не показано) выполнено в виде ударного механизма (молотковый механизм) или отклоняющего механизма (скоба).
Отверстие подвода 2 жидкости корпуса 1 гидравлически связано с насосом 7, а отверстие отвода 3 жидкости - с баком 8, гидравлически связанным с насосом 7.
Работает заявляемое устройство для определения присоединенных масс следующим образом.
Вначале исследования проводят при нахождении модели 6 исследуемого тела в воздушной среде, когда полость корпуса 1 и, соответственно, концентричный радиальный зазор между корпусом 1 и моделью 6 не заполнены водой.
1
1
2
3
С помощью однократного удара молоткового механизма (на чертеже не показан) приводят установленную на упругом стержне 5 модель 6 исследуемого тела в колебательное движение, при котором модель 6 будет совершать свободные затухающие колебания с некоторой частотой ω и уменьшающимися амплитудами A, A, A колебаний (см. Фиг. 2а), которые будут регистрироваться датчиками 4 колебаний.
2
После этого через отверстие подвода 2 жидкости заполняют корпус 1 водой и с помощью однократного удара молоткового механизма приводят модель 6 в свободное колебательное движение с некоторой частотой ω и амплитудами , ,  колебаний (см. Фиг. 2б), которые регистрируются датчиками 4 колебаний.
1
2
В воде затухание свободных колебаний будет происходить быстрее, о скорости затухания колебаний судят по логарифмическому декременту затухания колебаний, который равен lnA/А для затухающих колебаний модели 6 в воздушной среде и  для затухающих колебаний модели 6 в воде. По соотношению этих величин определяют изменение уровня демпфирования в условиях затухающих колебаний от однократного силового воздействия для тел, находящихся в воздушной среде и в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора.
1
2
Колебания системы, включающей модель 6 исследуемого тела вместе с упругим стержнем 5, в воздухе и в воде происходят с различными 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 частотой ω, то в воде это же тело будет совершать колебания с другой частотой ω, как если бы его масса была равна m+λ.
1
2
Для определения присоединенной массы λ модели 6 исследуемого тела, имеющего массу m, регистрируют частоты ω и ω колебаний указанной системы, включающей модель 6 исследуемого тела, в воздухе и в воде и вычисляют искомую величину присоединенной массы по формуле .
При однократном приведении модели 6 в колебательное движение при помощи отклоняющего механизма, с помощью скобы максимально отклоняют модель 6 исследуемого тела от центрального концентричного положения и отпускают.
1
1
2
3
Вначале такие исследования проводят в условиях нахождения модели 6 в воздушной среде, когда модель 6 совершает свободные затухающие колебания с некоторой частотой ω и уменьшающимися амплитудами A, A, A колебаний (см. Фиг. 2в), которые будут регистрироваться датчиками 4 колебаний.
2
Затем заполняют корпус 1 водой, однократно отклоняют модель 6 от центрального концентричного положения и отпускают, в результате чего модель 6 совершает свободные затухающие колебания с некоторой частотой ω и амплитудами , ,  колебаний (см. Фиг. 2г), которые регистрируются датчиками 4 колебаний.
Величину присоединенной массы λ модели 6 и изменение уровня демпфирования в условиях затухающих колебаний в воздушной среде и в воде определяют аналогично вышеописанному по указанным выше формулам.
Заявляемое устройство для определения присоединенных масс по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности, так как обеспечивает возможность определения не только присоединенных масс, но и изменения коэффициента демпфирования в условиях затухающих колебаний от однократного силового воздействия для тел, находящихся в жидкости при наличии малого кольцевого цилиндрического зазора.