RU208162U1

RU208162U1 - VIBRATION MEASURING DEVICE

Info

Publication number: RU208162U1
Application number: RU2021114433U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Виктория Павловна Федосеева
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2021-12-06

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики вибрационных параметров различных объектов, оборудования и сооружений. В устройстве для измерения вибраций, содержащем цилиндрический немагнитный корпус, на котором размещена измерительная обмотка, снабженный крышкой с отверстием в центре, установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, на помещенном внутри корпуса полом стержне из немагнитного материала размещен подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненный в виде двух кольцевых магнитов, один из которых закреплен на крышке, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита, стержень имеет хотя бы одно радиальное отверстие, расположенное ниже подвижного кольцевого постоянного магнита, подвижный постоянный магнит помещен между двух немагнитопроводных втулок, образующих зазоры с корпусом и немагнитопроводным стержнем, заполненные магнитной жидкостью, к торцевым поверхностям подвижного магнита примыкают две магнитопроводные пластины, кромки которых скруглены и выступают за внешние цилиндрические поверхности втулок, а на внешней поверхности корпуса расположена, по меньшей мере, одна дополнительная измерительная обмотка. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение стабильности и точности измеряемых выходных характеристик при диагностике вибраций при длительной эксплуатации устройства в составе изделия.The utility model relates to measuring technology and can be used to measure and diagnose the vibration parameters of various objects, equipment and structures. In a device for measuring vibrations, containing a cylindrical non-magnetic housing, on which a measuring winding is placed, equipped with a cover with a hole in the center, installed with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a movable annular permanent magnet with a magnetic suspension is placed on a hollow rod made of non-magnetic material placed inside the housing , made in the form of two annular magnets, one of which is fixed on the cover, oriented with the same poles relative to the poles of the movable annular permanent magnet, the rod has at least one radial hole located below the movable annular permanent magnet, the movable permanent magnet is placed between two non-magnetically conductive bushings forming gaps with a body and a non-magnetically conductive rod filled with magnetic fluid, two magnetically conductive plates adjoin the end surfaces of the movable magnet, the edges of which are rounded and protrude beyond the outer cylindrical surfaces of the bushings, and at least one additional measuring winding is located on the outer surface of the housing. The technical result of the proposed device is to increase the stability and accuracy of the measured output characteristics when diagnosing vibrations during long-term operation of the device as part of a product.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики вибрационных параметров различных объектов, оборудования и сооружений.The utility model relates to measuring equipment and can be used to measure and diagnose vibration parameters of various objects, equipment and structures.

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.A device for measuring vibrations is known (Patent for utility model RU 184838, IPC G01H 11/02, 2018), containing a housing with a lid, a movable annular permanent magnet with a magnetic suspension, made in the form of two coaxially mounted annular magnets oriented with the same poles relative to poles of a movable permanent magnet through which a rod passes, characterized in that a measuring winding is installed on the outer surface of the nonmagnetic housing, while the cover, with an annular permanent magnet fixed in it, is made with a through hole, and on the surfaces of the cover facing each other, and the body is threaded, and the movable annular permanent magnet forms gaps with the body and the non-magnetic conductive rod filled with magnetic fluid, while the non-magnetic conductive rod is hollow and has at least one hole located between the mobile magnet and the magnet installed in the body.

Недостатком рассматриваемого устройства является непостоянство измеряемых выходных характеристик в течение времени эксплуатации из-за расслоения магнитной жидкости.The disadvantage of the device under consideration is the inconstancy of the measured output characteristics during the operation time due to stratification of the magnetic fluid.

Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU 189089, МПК G01H 11/02, 2019 г.), принятое за прототип, содержащее цилиндрический немагнитный корпус, на котором размещена измерительная обмотка, снабженный крышкой с отверстием в центре, установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, на помещенном внутри корпуса полом стержне из немагнитного материала размещен подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух кольцевых магнитов, один из которых закреплен на крышке, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита, цилиндрические поверхности которого образуют с корпусом и стержнем кольцевые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, отличающееся тем, что подвижный кольцевой постоянный магнит помещен в составной кожух, изготовленный из немагнитного материала и состоящий, по меньшей мере, из двух частей.A device for measuring vibrations is known (Patent for utility model RU 189089, IPC G01H 11/02, 2019), taken as a prototype, containing a cylindrical non-magnetic housing on which a measuring winding is located, equipped with a cover with a hole in the center, installed with the possibility of axial displacement by means of a threaded connection, a movable annular permanent magnet with a magnetic suspension made in the form of two annular magnets, one of which is fixed on the cover, oriented with the same poles relative to the poles of a movable annular permanent magnet, is placed on a hollow rod of non-magnetic material placed inside the case, the cylindrical surfaces of which form with the housing and the rod annular gaps filled with a magnetic fluid, characterized in that the movable annular permanent magnet is placed in a composite casing made of a non-magnetic material and consisting of at least two parts.

Недостатком рассматриваемого устройства является непостоянство и низкая точность измеряемых выходных характеристик в течение времени эксплуатации, что связано с расслоением магнитной жидкости, отсутствием ее запаса, необходимого при длительной эксплуатации устройства в составе изделия, и наличие одной измерительной обмотки.The disadvantage of the device under consideration is the inconsistency and low accuracy of the measured output characteristics during the operation time, which is associated with the stratification of the magnetic fluid, the lack of its reserve necessary for long-term operation of the device as part of the product, and the presence of one measuring winding.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение стабильности и точности измеряемых выходных характеристик при диагностике вибраций при длительной эксплуатации устройства в составе изделия.The technical result of the proposed device is to increase the stability and accuracy of the measured output characteristics when diagnosing vibrations during long-term operation of the device as part of the product.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения вибраций, содержащем цилиндрический немагнитный корпус, на котором размещена измерительная обмотка, снабженный крышкой с отверстием в центре, установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, на помещенном внутри корпуса полом стержне из немагнитного материала размещен подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненный в виде двух кольцевых магнитов, один из которых закреплен на крышке, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита, стержень имеет хотя бы одно радиальное отверстие расположенное ниже подвижного кольцевого постоянного магнита, подвижный постоянный магнит помещен между двух немагнитопроводных втулок, образующих зазоры с корпусом и немагнитопроводным стержнем, заполненные магнитной жидкостью, к торцевым поверхностям подвижного магнита примыкают две магнитопроводные пластины, кромки которых скруглены и выступают за внешние цилиндрические поверхности втулок, а на внешней поверхности корпуса расположена, по меньшей мере, одна дополнительная измерительная обмотка.The technical result is achieved by the fact that in a device for measuring vibrations containing a cylindrical non-magnetic housing on which a measuring winding is located, equipped with a cover with a hole in the center, mounted with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a movable an annular permanent magnet with a magnetic suspension, made in the form of two annular magnets, one of which is fixed on the cover, oriented with the same poles relative to the poles of the movable annular permanent magnet, the rod has at least one radial hole located below the movable annular permanent magnet, the movable permanent magnet is placed between two non-magnetic conductive bushings, forming gaps with the body and non-magnetic rod, filled with magnetic fluid, two magnetic conductive plates adjoin the end surfaces of the movable magnet, the edges of which are rounded They are located and protrude beyond the outer cylindrical surfaces of the bushings, and at least one additional measuring winding is located on the outer surface of the housing.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на устройство для измерения вибраций в разрезе.The essence of the utility model is illustrated by a drawing for a sectional vibration measurement device.

Устройство для измерения вибраций содержит цилиндрический немагнитный корпус 1, на котором размещены измерительная обмотка 2 и дополнительная измерительная обмотка 3. Корпус 1, снабженный крышкой 4 с отверстием 5 в центре. Крышка 4 установлена с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения. Внутри корпуса 1 расположен полый стержень 6 из немагнитного материала. На стержне 6 размещен подвижный чувствительный элемент, включающий кольцевой постоянный магнит 7 с магнитным подвесом, выполненный в виде двух кольцевых магнитов 8 и 9, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита. Кольцевой магнит 8 размещен на дне корпуса 1, кольцевой магнит 9 закреплен на крышке 4. Стержень 6 имеет хотя бы одно радиальное отверстие 10, расположенное ниже чувствительного элемента. Чувствительный элемент состоит из кольцевого постоянного магнита 7, помещенного между двух немагнитопроводных втулок 11 и 12, к торцевым поверхностям подвижного магнита 7 примыкают две магнитопроводные пластины 13 и 14. Немагнитопроводная втулка 11 образует кольцевой зазор с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1. Немагнитопроводная втулка 12 образует кольцевой зазор с немагнитопроводным стержнем 6. Зазоры заполнены магнитной жидкостью 15. Кромки магнитопроводных пластин 13 и 14 скруглены и выступают за внешние цилиндрические поверхности втулок 11 и 12 в области зазоров.The device for measuring vibrations contains a cylindrical non-magnetic body 1 on which the measuring winding 2 and an additional measuring winding 3 are located. The body 1 is equipped with a cover 4 with a hole 5 in the center. The cover 4 is installed with the possibility of axial movement by means of a threaded connection. Inside the housing 1 there is a hollow rod 6 made of non-magnetic material. A movable sensitive element is placed on the rod 6, including an annular permanent magnet 7 with a magnetic suspension, made in the form of two annular magnets 8 and 9, oriented with the same poles relative to the poles of the movable annular permanent magnet. The ring magnet 8 is located at the bottom of the housing 1, the ring magnet 9 is fixed on the cover 4. The rod 6 has at least one radial hole 10 located below the sensitive element. The sensing element consists of an annular permanent magnet 7, placed between two non-magnetic bushings 11 and 12, two magnetic conductive plates 13 and 14 are adjacent to the end surfaces of the movable magnet 7. a gap with a non-magnetic conductive rod 6. The gaps are filled with a magnetic fluid 15. The edges of the magnetic conductive plates 13 and 14 are rounded and protrude beyond the outer cylindrical surfaces of the bushings 11 and 12 in the area of the gaps.

Работа устройства для измерения вибраций состоит в следующем.The operation of the device for measuring vibrations is as follows.

Немагнитный корпус 1 устройства для измерения вибраций жестко крепится к оборудованию. При возникновении вибраций происходят колебания чувствительного элемента, который перемещается вдоль корпуса 1 и немагнитопроводного полого стержня 6. В измерительных обмотках 2 и 3 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций. Она обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Силы отталкивания, создаваемые кольцевыми постоянными магнитами 8 и 9, не допускают соприкосновения чувствительного элемента с ними. За счет осевого перемещения крышки 4 изменяют расстояние между кольцевыми магнитами 8 и 9 магнитного подвеса. Это позволяет регулировать чувствительность и диапазон измеряемых вибраций. При уменьшении этого расстояния возрастают силы отталкивания, действующие на чувствительный подвижный элемент, снижается чувствительность измерений, а контролируемый диапазон частот переходит в низкочастотную область. При увеличении этого расстояния силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент, уменьшаются, что приводит к повышению чувствительности измерений вибраций в области высоких частот. Магнитная жидкость 15 заправлена в зазоры, между корпусом 1 и немагнитопроводной втулкой 11, а также немагнитопроводным стержнем 6 и втулкой 12. Выполнение втулок 11 и 12 из немагнитопроводного материала способствует снижению градиента магнитного поля, действующего на магнитную жидкость 15 и, как следствие, снижению ее расслоения. Магнитопроводные пластины 13 и 14, являющиеся полюсными приставками, в зазорах с корпусом 1 и немагнитопроводным стержнем 6, обеспечивают образование слабо градиентного магнитного поля, удерживающего магнитную жидкость 15 пондеромоторной силой. Выполнение кромок магнитопроводных пластин 13 и 14, выступающими за внешние цилиндрические поверхности втулок 11 и 12 в области зазоров, позволяет увеличить объем магнитной жидкости в зазорах, обеспечивая ее запас и надежное удержание пондеромоторной силой в зазорах в течение времени эксплуатации магнитожидкостного устройства. Выполнение кромок магнитопроводных пластин 13 и 14 скругленными, способствует снижению градиента магнитного поля, действующего на магнитную жидкость 15, и, как следствие, уменьшению ее расслоения. Постоянство свойств магнитной жидкости в течение времени эксплуатации магнитожидкостного устройства для измерений вибраций повышает стабильность измеряемых выходных характеристик при диагностике вибраций оборудования. Сквозное радиальное отверстие 10 в немагнитопроводном стержне 6 и сквозное отверстие 5 в крышке 4 обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений.The non-magnetic housing 1 of the vibration measuring device is rigidly attached to the equipment. When vibrations occur, vibrations of the sensitive element, which moves along the housing 1 and the non-magnetic hollow rod 6. In the measuring windings 2 and 3, an EMF is induced, the frequency of which is proportional to the vibration frequency. It is processed by an electronic unit and reflects the vibration parameters of machines and mechanisms. The repulsive forces created by the ring permanent magnets 8 and 9 do not allow the sensing element to come into contact with them. Due to the axial movement of the cover 4, the distance between the ring magnets 8 and 9 of the magnetic suspension is changed. This allows you to adjust the sensitivity and range of measured vibrations. With a decrease in this distance, the repulsive forces acting on the sensitive movable element increase, the measurement sensitivity decreases, and the controlled frequency range goes into the low-frequency region. As this distance increases, the repulsive forces acting on the sensing element decrease, which leads to an increase in the sensitivity of vibration measurements in the high frequency region. The magnetic fluid 15 is charged into the gaps between the housing 1 and the non-magnetic bushing 11, as well as the non-magnetic rod 6 and the bushing 12. The implementation of the bushings 11 and 12 of non-magnetic conductive material helps to reduce the gradient of the magnetic field acting on the magnetic fluid 15 and, as a result, to reduce it bundles. Magnetic conductive plates 13 and 14, which are pole attachments, in the gaps with the housing 1 and the non-magnetic conductive rod 6, provide the formation of a weakly gradient magnetic field that holds the magnetic fluid 15 by ponderomotive force. The implementation of the edges of the magnetic conductive plates 13 and 14, protruding beyond the outer cylindrical surfaces of the bushings 11 and 12 in the area of the gaps, makes it possible to increase the volume of the magnetic fluid in the gaps, providing its reserve and reliable retention by the ponderomotive force in the gaps during the operating time of the magnetic fluid device. Making the edges of the magnetic conductive plates 13 and 14 rounded, helps to reduce the gradient of the magnetic field acting on the magnetic fluid 15, and, as a consequence, to reduce its stratification. The constancy of the properties of the magnetic fluid during the operating time of the magnetic fluid vibration measuring device increases the stability of the measured output characteristics when diagnosing equipment vibrations. The through radial hole 10 in the non-magnetic rod 6 and the through hole 5 in the cover 4 ensure the equality of the pressure drop in the internal volumes of the body and the external environment, which contributes to an increase in the measurement sensitivity.

Таким образом, использование заявляемого устройства обеспечивает значительное снижению градиента магнитного поля, что приводит к уменьшению расслоения магнитной жидкости в зазорах, а наличие ее запаса позволяет осуществлять устойчивую левитацию чувствительного элемента в корпусе. Магнитная жидкость сохраняет свои свойства, что способствует повышению стабильности выходных характеристик магнитожидкостного устройства для измерения вибраций. Кроме того, наличие, по меньшей мере, двух измерительных обмоток позволяет повысить точность измерений вибраций технических объектов. Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения уровня вибраций технических объектов, где требуется высокоточная диагностика в течение длительного промежутка времени, например, для авиационных двигателей, гидрогенераторов электрических станций, а также проведения длительного мониторинга в районах с повышенной сейсмической опасностью.Thus, the use of the proposed device provides a significant decrease in the magnetic field gradient, which leads to a decrease in the stratification of the magnetic fluid in the gaps, and the presence of its reserve allows for stable levitation of the sensitive element in the housing. The magnetic fluid retains its properties, which contributes to the stability of the output characteristics of the magnetic fluid vibration measuring device. In addition, the presence of at least two measuring windings makes it possible to increase the measurement accuracy of vibrations of technical objects. The proposed design is advisable to use for measuring the vibration level of technical objects where high-precision diagnostics are required for a long period of time, for example, for aircraft engines, hydrogenerators of power plants, as well as for long-term monitoring in areas with increased seismic hazard.

Claims

A device for measuring vibrations, containing a cylindrical non-magnetic housing on which a measuring winding is located, equipped with a cover with a hole in the center, installed with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a movable annular permanent magnet with a magnetic suspension is placed on a hollow rod of non-magnetic material placed inside the housing, made in the form of two annular magnets, one of which is fixed on the cover, oriented with the same poles relative to the poles of the movable annular permanent magnet, the rod has at least one radial hole located below the movable annular permanent magnet, characterized in that the movable permanent magnet is placed between two non-magnetic conductive bushings forming gaps with the body and the non-magnetic core, filled with magnetic fluid, two magnetic conductive plates adjoin the end surfaces of the moving magnet, the edges of which are rounded and protrude beyond the outer cylindrical surfaces of the bushings, and at least one additional measuring winding is located on the outer surface of the housing.