УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики вибрационных параметров различных объектов, оборудования и сооружений.
Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU №184838, МПК G01H 11/02, 2018 г.), содержащее корпус с крышкой, подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных кольцевых магнитов, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита, через которые проходит стержень, отличающееся тем, что на внешней поверхности немагнитопроводного корпуса установлена измерительная обмотка, при этом крышка, с неподвижно закрепленным в ней кольцевым постоянным магнитом, выполнена со сквозным отверстием, и на обращенных друг к другу поверхностях крышки и корпуса выполнена резьба, а подвижный кольцевой постоянный магнит образует зазоры с корпусом и немагнитопроводным стержнем, заполненные магнитной жидкостью, при этом немагнитопроводный стержень выполнен полым и имеет хотя бы одно отверстие, расположенное между подвижным магнитом и магнитом, установленным в корпусе.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.
Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU №198257, МПК G01H 11/02, 2020 г.), принятое за прототип, содержащее цилиндрический немагнитный корпус с крышкой, на котором размещена измерительная обмотка, на помещенном внутри корпуса стержне из немагнитного материала размещены подвижный постоянный кольцевой магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных в торцах корпуса кольцевых магнитов, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита, один из кольцевых магнитов закреплен на крышке, снабженной отверстием, ориентированным по оси, и установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, стержень выполнен полым и имеет хотя бы одно радиальное отверстие, расположенное ниже подвижного магнита, цилиндрические поверхности подвижного кольцевого постоянного магнита образует с корпусом и стержнем кольцевые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, и двух дополнительных обмоток, установленных симметрично относительно измерительной обмотки через сменные проставки, выполненные в форме полуколец из немагнитопроводного материала, при этом измерительная обмотка и дополнительные обмотки установлены на каркасе из полимерного материала, выполненном в виде двух полуколец п-образного сечения, размещенном на корпусе.
Недостатком прототипа является ограниченный диапазон измерений при диагностике вибраций и отсутствие возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.
Технический результат заключается в расширении диапазона измерений при диагностике вибраций и обеспечении возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения вибраций, содержащее цилиндрический немагнитный корпус с крышкой, снабженной осевым отверстием и установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, на помещенном внутри корпуса стержне из немагнитного материала размещен чувствительный элемент в виде кольцевого постоянного магнита с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных кольцевых магнитов, один из которых размещен на дне корпуса, а второй закреплен на крышке, кольцевые зазоры между цилиндрическими поверхностями чувствительного элемента с корпусом и стержнем заполнены магнитной жидкостью, стержень выполнен полым и имеет радиальное отверстие, расположенное ниже чувствительного элемента, на корпусе размещен каркас, выполненный в виде двух полуколец п-образного сечения, на котором размещены две дополнительные обмотки, установленные симметрично относительно измерительной обмотки, на каркасе, выполненном из немагнитопроводного материала, между дополнительными обмотками установлена составная кольцевая проставка из немагнитопроводного материала, состоящая из нижней и верхней частей, каждая из которых выполнена в виде двух полуколец с уступами на обращенных друг к другу торцевых поверхностях, образующих прямоугольный паз, в котором размещена измерительная обмотка.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство для измерения вибраций содержит цилиндрический немагнитный корпус 1 с крышкой 2. Крышка 2 снабжена осевым отверстием 3 и установлена в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения. Внутри корпуса 1 помещен стержень 4 из немагнитного материала, выполненный полым. На стержне 4 размещен чувствительный элемент 5, в виде кольцевого постоянного магнита, с магнитным подвесом. Магнитным подвес выполнен в виде двух соосно установленных кольцевых магнитов 6 и 7 ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов постоянного магнита чувствительного элемента 5. Первый кольцевой магнит 6 подвеса размещен на стержне 4 на дне корпуса 1. Второй кольцевой магнит 7 подвеса закреплен на крышке 2. Кольцевые зазоры между цилиндрическими поверхностями чувствительного элемента 5 с корпусом 1 и стержнем 4 заполнены магнитной жидкостью 8, которая обеспечивает удержание чувствительного элемента 5 без касания поверхностей корпуса 1 и стержня 4 и минимизирует величину трения, что повышает чувствительность измерений при вибрации оборудования. Стержень 4 имеет радиальное отверстие 9, расположенное ниже чувствительного элемента 5. Сквозное осевое отверстие 3 в крышке 2 и отверстие 9 в немагнитопроводном стержне 4 обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса 1 и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений. На корпусе 1 размещен каркас 10 из немагнитопроводного материала, выполненный в виде двух полуколец п-образного сечения. Выполнение каркаса 10 из двух полуколец обеспечивает его легкую установку на корпус 1. На каркасе 10 размещены две дополнительные обмотки 11 и 12, установленные симметрично относительно измерительной обмотки 13. Между дополнительными обмотками 11 и 12 установлена составная кольцевая проставка из немагнитопроводного материала. Кольцевая проставка состоит из нижней части 14 и верхней части 15. Каждая и нижняя часть 14 и верхняя часть 15 составной кольцевой проставки выполнена в виде двух полуколец с уступами на обращенных друг к другу торцевых поверхностях, образующих прямоугольный паз, в котором размещена измерительная обмотка 13. Выполнение кольцевой проставки составной обеспечивает ее легкую установку на каркас 10. Размещенная на составной кольцевой проставке в прямоугольном пазу измерительная обмотка 13 имеет диаметр, превышающий диаметры дополнительных обмоток 11 и 12. Таким образом, радиальное расстояние между чувствительным элементом 5 и измерительной обмоткой 13 (при расположении чувствительного элемента 5 в зоне измерительной обмотки 13) больше, чем радиальное расстояние между чувствительным элементом 5 и каждой из дополнительных обмоток 11 и 12 (при расположении чувствительного элемента 5 в зоне дополнительной обмотки 11 или в зоне дополнительной обмотки 12).
Работа устройства для измерения вибраций состоит в следующем.
Немагнитный корпус 1 жестко крепят к оборудованию. При возникновении вибраций происходят колебания чувствительного элемента 5, который перемещается вдоль оси корпуса 1 стержня 4, не касаясь их стенок за счет левитации на магнитном подвесе в магнитной жидкости 8. Силы отталкивания, создаваемые магнитным подвесом и постоянным магнитом чувствительного элемента 5, препятствуют их соприкосновению. В измерительной обмотке 13 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций и магнитной индукции, величина которой зависит от радиального расстояния между чувствительным элементом 5 и измерительной обмоткой 13. Частота изменения наводимой ЭДС обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Когда амплитуда вибраций превышает допустимую норму и чувствительный элемент 5 перемещается к дополнительным обмоткам 11 и 12, в них наводится ЭДС, величина которой значительно превышает ЭДС, которая индуктировалась в измерительной обмотке 13. Это обусловлено меньшим радиальным расстоянием между чувствительным элементом 5 и дополнительными обмотками 11 и 12, и повышением магнитной индукции, а, следовательно, и увеличением ЭДС в обмотках 11 и 12. Это предаварийный режим работы оборудования. Электронный блок подает сигнал устройству автоматики на аварийное отключение оборудования.
Настройку пределов измерений осуществляют за счет установки составной кольцевая проставки, чем меньше высота проставки, тем больше число витков дополнительных обмоток 11 и 12, в этом случае устройство более чувствительно к малым изменениям амплитуды вибраций. Чем больше высота проставки, тем меньше число витков дополнительных обмоток 11 и 12, расстояние между ними больше, в этом случае устройство более чувствительно к большим изменениям амплитуды вибраций, близким к критическим. Настройку диапазона измерений осуществляют за счет изменения радиального расстояния между чувствительным элементом 5 и измерительной обмоткой 13 (размещая измерительную обмотку 13 на составной кольцевой проставке). Чем больше радиальное расстояние между чувствительным элементом 5 и измерительной обмоткой 13, тем меньше чувствительность и шире диапазон измерений вибраций оборудования.
Размещение измерительной обмотки 13 на составной кольцевой проставке позволяет использовать устройство для измерения расширенного диапазона амплитуд вибраций и изменять его пределы.
Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для диагностики и измерения уровня вибраций технических объектов, в частности агрегатов атомных, тепловых и гидроэлектростанций, насосного оборудования нефтехимической и газодобывающей отрасли железнодорожного полотна, мостов, авиационных двигателей, а также использовать для диагностики сейсмической активности земной коры.