RU210847U1

RU210847U1 - DEVICE FOR MEASURING VIBRATIONS

Info

Publication number: RU210847U1
Application number: RU2022103770U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Виктория Павловна Федосеева
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2022-05-11

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики вибрационных параметров различных объектов, оборудования и сооружений. 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. Технический результат заключается в расширении диапазона измерений при диагностике вибраций и обеспечении возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.

The utility model relates to measuring technology and can be used to measure and diagnose the vibration parameters of various objects, equipment and structures. A device for measuring vibrations, containing a cylindrical non-magnetic housing with a cover provided with an axial hole and mounted with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a sensitive element in the form of an annular permanent magnet with a magnetic suspension, made in the form of two coaxial installed annular magnets, one of which is located at the bottom of the housing, and the second is fixed on the cover, the annular gaps between the cylindrical surfaces of the sensing element with the housing and the rod are filled with magnetic fluid, the rod is hollow and has a radial hole located below the sensing element, a frame is placed on the housing , made in the form of two half-rings of a U-shaped section, on which two additional windings are placed, installed symmetrically with respect to the measuring winding, on a frame made of non-magnetically conductive material, between additional windings installed a composite annular spacer made of non-magnetically conductive material, consisting of the lower and upper parts, each of which is made in the form of two half-rings with ledges on the end surfaces facing each other, forming a rectangular groove in which the measuring winding is placed. The technical result consists in expanding the measurement range for vibration diagnostics and providing the possibility of fine-tuning the measurement limits of the vibration amplitude.

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 technology and can be used to measure and diagnose the 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 No. 184838, IPC G01H 11/02, 2018), containing a housing with a cover, a movable annular permanent magnet with a magnetic suspension made in the form of two coaxially mounted ring magnets oriented with the same poles relative to the poles of a movable permanent magnet through which the rod passes, characterized in that a measuring winding is installed on the outer surface of the non-magnetically conductive 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 housing is threaded, and the movable annular permanent magnet forms gaps with the housing and the non-magnetically conductive rod filled with magnetic fluid, while the non-magnetically conductive rod is made hollow and has at least one hole located between the movable magnet and the magnet installed in the housing.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.The disadvantage of this device is the inability to fine-tune the measurement limits of the vibration amplitude.

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.A device for measuring vibrations is known (Patent for utility model RU No. 198257, IPC G01H 11/02, 2020), adopted as a prototype, containing a cylindrical non-magnetic housing with a lid, on which a measuring winding is placed, on a rod made of non-magnetic material placed inside the housing a movable permanent ring magnet with a magnetic suspension is placed, made in the form of two ring magnets coaxially installed at the ends of the housing, oriented with the same poles relative to the poles of the movable permanent magnet, one of the ring magnets is fixed on a cover provided with a hole oriented along the axis and mounted with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, the rod is made hollow and has at least one radial hole located below the movable magnet, the cylindrical surfaces of the movable annular permanent magnet forms annular gaps filled with magnetic fluid with the body and the rod, and two additional windings current, installed symmetrically with respect to the measuring winding through replaceable spacers made in the form of semi-rings of non-magnetically conductive material, while the measuring winding and additional windings are installed on a frame made of polymer material, made in the form of two semi-rings of U-shaped section, placed on the housing.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон измерений при диагностике вибраций и отсутствие возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.The disadvantage of the prototype is the limited range of measurements in the diagnosis of vibration and the inability to fine-tune the measurement limits of the vibration amplitude.

Технический результат заключается в расширении диапазона измерений при диагностике вибраций и обеспечении возможности тонкой настройки пределов измерений амплитуды вибраций.The technical result consists in expanding the measurement range for vibration diagnostics and providing the possibility of fine-tuning the measurement limits of the vibration amplitude.

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.The technical result is achieved by the fact that the device for measuring vibrations, containing a cylindrical non-magnetic housing with a cover provided with an axial hole and installed with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, on a rod made of non-magnetic material placed inside the housing, a sensitive element is placed in the form of an annular permanent magnet with a magnetic suspension , made in the form of two coaxially mounted ring magnets, one of which is located at the bottom of the housing, and the second is fixed on the cover, the annular gaps between the cylindrical surfaces of the sensing element with the housing and the rod are filled with magnetic fluid, the rod is hollow and has a radial hole located below the sensitive element, on the body there is a frame made in the form of two semi-rings of a U-shaped section, on which two additional windings are placed, installed symmetrically with respect to the measuring winding, on a frame made of non-magnetic of wire material, between the additional windings there is a composite annular spacer made of non-magnetically conductive material, consisting of the lower and upper parts, each of which is made in the form of two half-rings with ledges on the end surfaces facing each other, forming a rectangular groove in which the measuring winding is placed.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated by the drawing.

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).The device for measuring vibrations contains a cylindrical non-magnetic body 1 with a cover 2. The cover 2 is provided with an axial hole 3 and is installed in the body 1 with the possibility of axial movement by means of a threaded connection. Inside the housing 1 is placed a rod 4 made of non-magnetic material, made hollow. On the rod 4 there is a sensitive element 5, in the form of an annular permanent magnet, with a magnetic suspension. The magnetic suspension is made in the form of two coaxially mounted ring magnets 6 and 7 oriented with the same poles relative to the poles of the permanent magnet of the sensitive element 5. The first ring magnet 6 of the suspension is placed on the rod 4 at the bottom of the housing 1. The second ring magnet 7 of the suspension is fixed on the cover 2. Annular gaps between the cylindrical surfaces of the sensing element 5 with the body 1 and the rod 4 are filled with magnetic fluid 8, which ensures the retention of the sensing element 5 without touching the surfaces of the body 1 and the rod 4 and minimizes the amount of friction, which increases the sensitivity of measurements during equipment vibration. The rod 4 has a radial hole 9 located below the sensitive element 5. A through axial hole 3 in the cover 2 and a hole 9 in the non-magnetically conductive rod 4 ensure the equality of the pressure drop in the internal volumes of the housing 1 and the external environment, which contributes to an increase in the sensitivity of measurements. On the body 1 there is a frame 10 made of a non-magnetically conductive material, made in the form of two half-rings of a U-shaped section. The frame 10 is made of two half-rings to ensure its easy installation on the body 1. On the frame 10 there are two additional windings 11 and 12 installed symmetrically with respect to the measuring winding 13. Between the additional windings 11 and 12 there is a composite annular spacer made of non-magnetically conductive material. The annular spacer consists of a lower part 14 and an upper part 15. Each of the lower part 14 and the upper part 15 of the composite annular spacer is made in the form of two half-rings with ledges on the end surfaces facing each other, forming a rectangular groove in which the measuring winding 13 is placed. Making the annular spacer composite ensures its easy installation on the frame 10. Placed on the composite annular spacer in a rectangular groove, the measuring winding 13 has a diameter greater than the diameters of the additional windings 11 and 12. Thus, the radial distance between the sensing element 5 and the measuring winding 13 (when located sensing element 5 in the zone of the measuring winding 13) is greater than the radial distance between the sensing element 5 and each of the additional windings 11 and 12 (when the sensing element 5 is located in the zone of the additional winding 11 or in the zone of the additional winding 12).

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

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.Non-magnetic housing 1 is rigidly attached to the equipment. When vibrations occur, the sensing element 5 oscillates, which moves along the axis of the body 1 of the rod 4 without touching their walls due to levitation on the magnetic suspension in the ferrofluid 8. The repulsive forces created by the magnetic suspension and the permanent magnet of the sensing element 5 prevent their contact. EMF is induced in the measuring winding 13, the frequency of which is proportional to the frequency of vibrations and magnetic induction, the value of which depends on the radial distance between the sensitive element 5 and the measuring winding 13. The frequency of change of the induced EMF is processed by the electronic unit and reflects the vibration parameters of machines and mechanisms. When the vibration amplitude exceeds the permissible limit and the sensitive element 5 moves to additional windings 11 and 12, an EMF is induced in them, the value of which significantly exceeds the EMF that was induced in the measuring winding 13. This is due to the smaller radial distance between the sensitive element 5 and additional windings 11 and 12, and an increase in magnetic induction, and, consequently, an increase in EMF in windings 11 and 12. This is a pre-emergency mode of operation of the equipment. The electronic unit sends a signal to the automation device for an emergency shutdown of the equipment.

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.The measurement limits are adjusted by installing a composite ring spacer, the smaller the height of the spacer, the greater the number of turns of additional windings 11 and 12, in this case the device is more sensitive to small changes in vibration amplitude. The greater the height of the spacer, the smaller the number of turns of additional windings 11 and 12, the distance between them is greater, in this case the device is more sensitive to large changes in vibration amplitude close to critical. The measurement range is adjusted by changing the radial distance between the sensing element 5 and the measuring winding 13 (by placing the measuring winding 13 on a composite ring spacer). The greater the radial distance between the sensing element 5 and the measuring winding 13, the lower the sensitivity and the wider the range of equipment vibration measurements.

Размещение измерительной обмотки 13 на составной кольцевой проставке позволяет использовать устройство для измерения расширенного диапазона амплитуд вибраций и изменять его пределы.The placement of the measuring winding 13 on a composite ring spacer allows you to use the device to measure an extended range of vibration amplitudes and change its limits.

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.It is expedient to use the proposed design for diagnosing and measuring the level of vibrations of technical objects, in particular, units of nuclear, thermal and hydroelectric power plants, pumping equipment for the petrochemical and gas production industries of railway tracks, bridges, aircraft engines, and also to use for diagnosing the seismic activity of the earth's crust.

Claims

A device for measuring vibrations, containing a cylindrical non-magnetic housing with a cover provided with an axial hole and mounted with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a sensitive element in the form of an annular permanent magnet with a magnetic suspension, made in the form of two coaxial installed annular magnets, one of which is located on the bottom of the housing, and the second is fixed on the cover, the annular gaps between the cylindrical surfaces of the sensing element with the housing and the rod are filled with magnetic fluid, the rod is hollow and has a radial hole located below the sensing element, a frame is placed on the housing , made in the form of two semi-rings of a U-shaped section, on which two additional windings are placed, installed symmetrically with respect to the measuring winding, characterized in that on a frame made of non-magnetically conductive material, between the additional windings there is a composite annular spacer made of non-magnetically conductive material, consisting of the lower and upper parts, each of which is made in the form of two half-rings with ledges on the end surfaces facing each other, forming a rectangular groove in which the measuring winding is placed.