RU211338U1

RU211338U1 - DEVICE FOR MEASURING VIBRATIONS

Info

Publication number: RU211338U1
Application number: RU2022103141U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Виктория Павловна Федосеева
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2022-06-01

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений. Устройство для измерения вибраций содержит магнитопровод с постоянным магнитом, цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, корпус установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней глухих втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным осевым отверстием, между втулками установлено немагнитопроводное кольцо, постоянный магнит выполнен кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце и охватывает верхнюю глухую втулку магнитопровода, на нижней глухой втулке магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с кольцевым зазором к верхней глухой втулке магнитопровода. Технический результат заключается в расширении диапазона частот измеряемых вибраций при диагностике вибрационных параметров изделия.

The utility model relates to measuring technology and can be used to measure and diagnose vibration parameters of various objects, equipment and structures. Device for measuring vibrations contains a magnetic circuit with a permanent magnet, a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface, inside the housing there is a movable sensing element made in the form of an annular permanent magnet, the annular gap between the housing and the sensing element is filled with magnetic fluid, the housing is installed inside the magnetic circuit, made of two upper and lower blind bushings facing each other, each with an inner end provided with a protrusion in the form corresponding to the inner cylindrical surface of the body and a through axial hole, a non-magnetically conductive ring is installed between the bushings, the permanent magnet is made an annular radially magnetized, mounted on a non-magnetically conductive ring and covers the upper blind sleeve of the magnetic circuit, on the lower blind sleeve of the magnetic circuit, by means of a threaded connection with the possibility of axial vertical movement, a magnetic conductor ring with an annular gap to the upper deaf sleeve of the magnetic core. The technical result consists in expanding the frequency range of the measured vibrations when diagnosing the vibration parameters of the product.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений.The utility model relates to measuring technology 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 №195546, МПК G01H 11/02, 2020 г.), содержащее цилиндрический немагнитный корпус с крышкой, снабженной отверстием, установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных кольцевых магнитов, один из которых закреплен на крышке, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита, измерительную обмотку, магнитную жидкость в зазоре между подвижным кольцевым постоянным магнитом, причем корпус снабжен основанием в форме диска с отверстием в центре, а подвижный кольцевой магнит с магнитным подвесом размещен коаксиально на цилиндрической части корпуса, а второй кольцевой магнит расположен на основании корпуса и измерительная обмотка размещена в корпусе на немагнитопроводной катушке.A device for measuring vibrations is known (Patent for utility model RU No. 195546, IPC G01H 11/02, 2020), containing a cylindrical non-magnetic housing with a cover provided with a hole installed with the possibility of axial movement by means of a threaded connection, a movable annular permanent magnet with a magnetic a suspension made in the form of two coaxially mounted ring magnets, one of which is fixed on the cover, oriented with the same poles relative to the poles of the movable ring permanent magnet, measuring winding, magnetic fluid in the gap between the movable ring permanent magnet, and the body is provided with a base in the form of a disk with a hole in the center, and a movable ring magnet with a magnetic suspension is placed coaxially on the cylindrical part of the body, and the second ring magnet is located on the base of the body and the measuring winding is placed in the body on a non-magnetically conductive coil.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность использования энергетических характеристик постоянных магнитов.The disadvantage of this device is the low efficiency of the energy characteristics of permanent magnets.

Известно магнитожидкостное устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU №204436, МПК G01H 11/02, 2021 г.), принятое за прототип, содержащее цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещена измерительная обмотка, а внутри установлен полый стержень из немагнитного материала, внешнюю поверхность которого охватывает подвижный кольцевой постоянный магнит, образующий с корпусом и стержнем кольцевые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, стержень имеет хотя бы одно радиальное отверстие, расположенное ниже подвижного магнита и магнитопровод, состоящий из двух вертикальных направляющих, размещенных диаметрально противоположно с установленными в них постоянными магнитами, ориентированными к подвижному постоянному магниту одноименными полюсами и магнитопроводной крышкой с осевым отверстием, установленной с возможностью вертикального перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения, и снабженной с нижней стороны выступом в форме повторяющей кольцевой цилиндрический зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью стержня, при этом корпус снабжен основанием.A magnetic fluid device for measuring vibrations is known (Patent for utility model RU No. 204436, IPC G01H 11/02, 2021), adopted as a prototype, containing a cylindrical non-magnetic housing, on the outer surface of which a measuring winding is placed, and a hollow rod made of non-magnetic material, the outer surface of which is covered by a movable annular permanent magnet, which forms annular gaps filled with magnetic fluid with the body and the rod, the rod has at least one radial hole located below the movable magnet and a magnetic circuit consisting of two vertical guides placed diametrically opposite to those installed in of them by permanent magnets oriented to the movable permanent magnet with the same poles and a magnetically conductive cover with an axial hole, installed with the possibility of vertical movement along the axis of the housing by means of a threaded connection, and provided on the lower side with a protrusion in the form of a repeat sealing an annular cylindrical gap between the inner surface of the body and the outer surface of the rod, while the body is provided with a base.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон регулировок частоты вибраций, что связано с низким значением магнитной энергии, создаваемой постоянными магнитами, установленными только в двух вертикальных направляющих, являющихся частью магнитопровода.The disadvantage of the prototype is the limited range of vibration frequency adjustments, which is associated with the low value of the magnetic energy generated by permanent magnets installed in only two vertical guides, which are part of the magnetic circuit.

Технический результат заключается в расширении диапазона частот измеряемых вибраций при диагностике вибрационных параметров изделия.The technical result consists in expanding the frequency range of the measured vibrations when diagnosing the vibration parameters of the product.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения вибраций, содержащее магнитопровод с постоянным магнитом, цилиндрический немагнитный корпус, с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненным в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполненный магнитной жидкостью, корпус установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным осевым отверстием, между втулками установлено немагнитопроводное кольцо, постоянный магнит выполнен кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце и охватывает верхнюю втулку магнитопровода, на нижней втулке магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с кольцевым зазором к верхней втулке магнитопровода.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring vibrations, containing a magnetic circuit with a permanent magnet, a cylindrical non-magnetic housing, with a measuring winding on the outer surface, inside the housing there is a movable sensing element made in the form of an annular permanent magnet, an annular gap between the housing and the sensing element filled with magnetic fluid, the housing is installed inside the magnetic circuit, made of two facing upper and lower bushings, each with a protrusion in the form corresponding to the inner cylindrical surface of the housing and a through axial hole, a non-magnetically conductive ring is installed between the bushings, a permanent magnet is made annular radially magnetized, mounted on a non-magnetic ring and covers the upper sleeve of the magnetic circuit, on the lower sleeve of the magnetic circuit by means of a threaded connection with the possibility of axial vertical movement A magnetic conductor ring with an annular gap is attached to the upper sleeve of the magnetic circuit.

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

Устройство для измерения вибраций содержит магнитопровод, внутри которого установлен цилиндрический немагнитный корпус 1 с измерительной обмоткой 2 на внешней поверхности. Внутри корпуса 1 размещен подвижный чувствительный элемент 3, выполненным в виде кольцевого постоянного магнита. Кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 заполнен магнитной жидкостью 4. Магнитопровод выполнен составным из обращенных друг к другу верхней втулки 5 и нижней втулки 6. Верхняя втулка 5 с внутреннего торца снабжена выступом 7 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Нижняя втулка 6 с внутреннего торца снабжена выступом 8 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Выступ 7 верхней втулки 5 магнитопровода и выступ 8 нижней втулки 6 магнитопровода находятся внутри корпуса 1 и являются магнитным подвесом для чувствительного элемента 3. В торце верхней втулки 5 выполнено сквозное осевое отверстие 9. В торце нижней втулки 6 выполнено сквозное осевое отверстие 10. Между втулками 5 и 6 установлено немагнитопроводное кольцо 11. Постоянный магнит 12, выполненный кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце 11 и охватывает верхнюю втулку 5 магнитопровода. На нижней втулке 6 магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо 13 с кольцевым зазором к верхней втулке 5 магнитопровода.The device for measuring vibrations contains a magnetic core, inside which is installed a cylindrical non-magnetic housing 1 with a measuring winding 2 on the outer surface. Inside the housing 1 there is a movable sensitive element 3, made in the form of an annular permanent magnet. The annular gap between the housing 1 and the sensing element 3 is filled with a magnetic fluid 4. The magnetic circuit is made up of an upper sleeve 5 and a lower sleeve 6 facing each other. sleeve 6 from the inner end is provided with a protrusion 8 in the form corresponding to the inner cylindrical surface of the housing 1. The protrusion 7 of the upper sleeve 5 of the magnetic circuit and the protrusion 8 of the lower sleeve 6 of the magnetic circuit are inside the housing 1 and are a magnetic suspension for the sensitive element 3. At the end of the upper sleeve 5 is made a through axial hole 9. A through axial hole 10 is made at the end of the lower sleeve 6. A non-magnetically conductive ring 11 is installed between the sleeves 5 and 6. A permanent magnet 12, made annular radially magnetized, is mounted on a non-magnetically conductive ring 11 and covers the upper sleeve 5 of the magnetic core. On the lower sleeve 6 of the magnetic circuit, by means of a threaded connection with the possibility of vertical movement, a magnetic conductor ring 13 is installed with an annular gap to the upper sleeve 5 of the magnetic circuit.

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

Нижнюю втулку 6 магнитопровода жестко крепят к оборудованию.The lower sleeve 6 of the magnetic circuit is rigidly attached to the equipment.

При возникновении вибраций происходят колебания подвижного чувствительного элемента 3, который перемещается вдоль оси корпуса 1, не касаясь его внутренних стенок за счет левитации на магнитном подвесе в магнитной жидкости 4. В измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций. Она обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Силы отталкивания, создаваемые магнитным подвесом и постоянным магнитом чувствительного элемента 3, препятствуют их соприкосновению. Для регулирования чувствительности измерений при диагностике вибраций на нижней втулке 6 магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо 13, с кольцевым зазором к верхней втулке 5 магнитопровода. За счет вертикального перемещения магнитопроводного кольца 13 в осевом направлении осуществляется регулировка силы отталкивания чувствительного элемента 3 от внутренних торцевых поверхностей выступа 7 верхней втулки 5 и выступа 8 нижней втулки 6 магнитопровода. Это позволяет регулировать чувствительность и диапазон измеряемых вибраций. При верхнем положении магнитопроводного кольца 13, большая часть магнитного потока, создаваемого кольцевым постоянным магнитом 12, проходит через магнитопровод. Возрастают силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент 3, снижается чувствительность измерений, а контролируемый диапазон частот переходит в низкочастотную область. При перемещении магнитопроводного кольца 13 в нижнее положение магнитный поток, создаваемый кольцевым постоянным магнитом 12, снижается, что вызывает снижение силы отталкивания чувствительного элемента 3, а контролируемый диапазон частот вибраций переходит в высокочастотную область. Магнитная жидкость 4 заправленная в кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 обеспечивает удержание чувствительного элемента 3 без касания внутренней поверхности корпуса 1. Сквозные отверстия 9 и 10 в верхней и нижней втулках магнитопровода обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса 1 и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений. Предлагаемая конструкция магнитопровода в виде двух магнитопроводных втулок 5 и 6 с немагнитопроводным кольцом 11 между ними и магнитопроводным кольцом 13, которое охватывает кольцевой магнит 12, намагниченный в радиальном направлении, позволяет регулировать величину магнитного потока, проходящего через магнитопровод, и магнитную индукцию, которая определяет силу отталкивания, а значит и диапазон измеряемых частот вибраций технических объектов. Наличие магнитопровода значительно повышает эффективность использования постоянных магнитов за счет уменьшения полей рассеяния и позволяет получить требуемые эксплуатационные характеристики устройства.When vibrations occur, the movable sensitive element 3 oscillates, which moves along the axis of the housing 1, without touching its inner walls due to levitation on a magnetic suspension in the magnetic fluid 4. An EMF is induced in the measuring winding 2, the frequency of which is proportional to the vibration frequency. It is processed by the electronic unit and reflects the vibration parameters of machines and mechanisms. The repulsive forces created by the magnetic suspension and the permanent magnet of the sensing element 3 prevent their contact. To regulate the sensitivity of measurements in the diagnosis of vibrations on the lower sleeve 6 of the magnetic circuit, a magnetic conductor ring 13 is installed with the possibility of vertical movement, with an annular gap to the upper sleeve 5 of the magnetic circuit. Due to the vertical movement of the magnetic conductor ring 13 in the axial direction, the force of repulsion of the sensitive element 3 from the inner end surfaces of the protrusion 7 of the upper sleeve 5 and the protrusion 8 of the lower sleeve 6 of the magnetic circuit is adjusted. This allows you to adjust the sensitivity and range of the measured vibrations. When the magnetic conductor ring 13 is in the upper position, most of the magnetic flux created by the annular permanent magnet 12 passes through the magnetic circuit. The repulsive forces acting on the sensitive element 3 increase, the measurement sensitivity decreases, and the controlled frequency range goes into the low-frequency region. When the magnetic conductor ring 13 is moved to the lower position, the magnetic flux created by the annular permanent magnet 12 decreases, which causes a decrease in the repulsive force of the sensitive element 3, and the controlled vibration frequency range passes into the high-frequency region. The magnetic fluid 4 filled into the annular gap between the housing 1 and the sensitive element 3 ensures the retention of the sensitive element 3 without touching the inner surface of the housing 1. Through holes 9 and 10 in the upper and lower bushings of the magnetic circuit ensure the equality of the pressure drop in the internal volumes of the housing 1 and the external environment, which improves the sensitivity of the measurements. The proposed design of the magnetic circuit in the form of two magnetically conductive bushings 5 and 6 with a non-magnetically conductive ring 11 between them and a magnetically conductive ring 13, which covers the annular magnet 12, magnetized in the radial direction, allows you to adjust the amount of magnetic flux passing through the magnetic circuit, and magnetic induction, which determines the force repulsion, and hence the range of measured vibration frequencies of technical objects. The presence of a magnetic core significantly increases the efficiency of using permanent magnets by reducing stray fields and allows you to obtain the required performance characteristics of the device.

Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения уровня вибраций технических объектов, где требуется диагностика вибрационного состояния, гидрогенераторов электрических станций, авиационных двигателей, железнодорожных и автомобильных мостов, а также проведения длительного мониторинга районов с повышенной сейсмической опасностью.It is expedient to use the proposed design to measure the vibration level of technical objects, where diagnostics of the vibration state is required, hydroelectric generators of power plants, aircraft engines, railway and road bridges, as well as long-term monitoring of areas with increased seismic hazard.

Claims

A device for measuring vibrations, comprising a magnetic circuit with a permanent magnet, a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface, inside the housing there is a movable sensing element made in the form of an annular permanent magnet, the annular gap between the housing and the sensing element is filled with a magnetic fluid, characterized in that the housing is installed inside the magnetic circuit, made of two upper and lower bushings facing each other, each with a protrusion in the form corresponding to the inner cylindrical surface of the housing and a through axial hole, a non-magnetically conductive ring is installed between the bushings, the permanent magnet is made of an annular radially magnetized , mounted on a non-magnetic conductor ring and covers the upper sleeve of the magnetic circuit, on the lower sleeve of the magnetic circuit, a magnetic conductor ring is installed by means of a threaded connection with the possibility of axial vertical movement CO with an annular gap to the upper sleeve of the magnetic core.