Трехкоординатный преобразователь виброперемещений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования в электрический сигнал пространственной вибрации элементов опоры вращающихсяобъектов,Целью изобретения является повышение достоверности контроля виб"росостояния элементов опоры вращаю Ошихся объектов путем повышения точности прсобразования.Поставленная цель достигаетсяисключением влияния погрешности, связанной с собственными резонансными 15колебаниями.На фиг. 1 изображен предлагаемыйпреобразователь, общий вид; нафиг. 2 - система прсобразования, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез 2 ОА-А на Фиг. 2, на фиг. 4 - вектор"ная диаграмма сил, действующих на инерционный элемент, расположенный подуглом к основанию корпуса преобразователя; на фиг. 5 - пример шарнирного крепления конца пружины узла.компенсации на оси инерционного элемента, на фиг, 6 - сечение Б-Б нафиг. 5; на Фиг, 7 - пример исполнения предлагаемого преобразователя, об Ощий вид; на фиг,8 - цилиндрический стакан.,Трехкоординатный преобразовательвиброперемещений содержит герметичныйкорпус 1, три цилиндрических стакана,2,.инерционную массу, выполненную ввиде трех независимых инерционныхэлементов 3, упругую систему подвеса,представленную в виде трех независимых комплектов упругих элементов 4,три взаимодействующие пары, каждая 4 Оиз которых включает чувствительныйэлемент 5 и опорный элемент 6. Упругая система подвеса дополнительноснабжена узлом 7 компенсации продольной составляющей веса одного из 45инерционных элементов. 3. Полостькорпуса 1 заполнена жидкостным демпфером 8, в качестве которого можетбыть использована демпфирующая жидкость с малым коэфФициентом расши Орения, например нолиметилсилоксан.Цилиндрические стаканы 2 закреплены внутри корпуса 1 вдоль трехвзаимно перпендикулярных осей Х,У,Е.Например один стакан 2 расположенпараллельно вертикальной оси корпуса 1, а два других - параллельно осиоснованию под углом 90 друг к другуо(фиг. 1) . Каждый независимый инерционный элемент 3 выполнен, например, в виде свинцового цилиндра, котогый закреплен на оси 9.Каждый независимый комплект упругой системы подвеса может быть вы" полнен в виде двух упругих элементов 4, например дисковых пружин, обладающих меньшей жесткостью вдоль собственной продольной оси, которые закреплены внутри соответствующего цилиндрического стакана 2,Каждый независимый инерционный элемент 3 соосно установлен внутри соответствующего цилиндрического стакана 2 на упругих элементах 4 с возможностью перемещения только вдоль собственной продольной оси, совпадающей с направлением меньшей жесткости элементов 4.Для того, чтобы исключить возможность поперечных колебаний инерционного элемента 3, отношение расстояния между точками крепления упругих элементов 4 к их диаметру выбрано в пределах 2:1-1 О;1.Для того, чтобы исключить возможность разрушения полученных колебательных .систем в результате резких толчков, например при транспортировке, внутри каждого стакана 2 установлено по два кольца 1 О, ограничивающих ход инерционного элемента 3 в прямом и обратном направлениях.Каждый чувствительный элемент 5 может быть выполнен, например, в виде катушки индуктивности однокоординатного преобразователя вихретокового типа и подключен к соответствующей независимой резонансной измерительной схеме автогенератора (не показано). При этом торцовая поверхность указанной катушки индуктивности является рабочей поверхностью чувствительного элемента 5.Каждый чувствительный элемент 5 (катушка индуктивности) может быть соосно закреплен на торце соответству" ющего цилиндрического стакана 2 или непосредственно на корпусе 1 (не показано).Каждый опорный элемент 6 может быть выполнен в виде перфорированного диска из материала, обладающего высокой жесткостью и стабильностью Физических характеристик. При использовании однокоординатных преобразователей вихретокового типа указанные15890 диски должны быть изготовлены изтокопроводящего материала.Каждый опорный элемент 6 сооснозакреплен на торце оси 9 соответствующего инерционного элемента 3. При5этом его поверхность, обращенная кчувствительному элементу 5, являетсярабочей поверхностью опорного элемен"та 6.10Таким образом, чувствительный элемент 5 и опорный элемент 6 каждойвзаимодействующей пары установленысоосно вдоль одной из трех взаимноперпендикулярных осей. При этом рабочие поверхности элементов 5 и 6 расположены параллельно друг другу инормально к соответствующей оси, образуя рабочий зазор ,Величина рабочего зазора Ь выбирается в рабочей зоне характеристикиконкретного однокоординатного преобразователя. Например, для вихретоко"вых преобразователей, разработанныхХФ ЦКБ Союзэнергоремонта, эта величина находится в диапазоне 1,5-2,0 мм.Для того, чтобы обеспечить возможность перемещения инерционных элементов 3 вдоль собственных продольныхосей только при наличии возмущающего 30воздействия и исключить такие перемещения под действием силы тяжести,упругая система подвеса должнабыть снабжена независимыми узлами 7компенсации продольной составляющейвеса каждого инерционного элемента353. Однако при размещении продольнойоси инерционного элемента 3 параллельно основанию корпуса 1 продольная составляющая его веса равна нулю.т.е. узел 7 компенсации этой составляющей не нужен. При этом параллельно основанию, корпуса 1 одновременно могут быть расположены продольныеоси двух инерционных элементов 3.(фиг.1). В данном случае продольныесоставляющие веса двух инерционныхэлементов 3 равны нулю, т,е. система .подвеса может быть снабжена узлом 7компенсации продольной составляющейвеса только одного инерционного элемента 3, расположенного перпендикулярно основанию корпуса 1.Узел 7 компенсации продольной составляющей веса инерционного элемента3 может быть выполнен в виде витойпружины с малой жесткостью на скручивание, которая установлена снаружи соответствующего стакана 2 (Фиг.2). 96 бОдин конец укаэанной пружины закреплен на стакане 2 жестко, а другой на оси 9 инерционного элемента 3 шар" нйрнообразуя рабочее плечо 11, кото" рое расположено нормально к оси 9. Длина плеча 11 выбрана значительно больше величины заданного линейного перемещения конца упомянутой пружины, т.е. исходя иэ следующего неравенства: 1 . )Ь 1,Ь 1епКРгде Ь 1-- заданная величина лиСнейного перемещенияконца пружины, необходимая для компенсациипродольной составляющей веса Р соответствующего инерционного элемента 3 при выбранном значении жесткости указанной пружиныО(, - величина углового перемещения конца упо. -мянутой пружины, необходимая для компенсации продольной составляющей Р веса соответгствующего инерционногоэлемента 3.При этом Р = Р зп /3, где Р - вес соответствующего инерционного эле" мента 3,- угол наклона продольной оси соответствующего инерционного элемента 3 к основанию корпуса 1.В описанном примере реализации90 , т.е. РР. Для обеспечеония возможности свободного хода конца укаэанной пружины, связанного с инерционным элементом 3, в стакане 2 предусмотрен продольный паз2.Пример конструктивного выполнения шарнирного крепления конца пружины узла 7 на оси 9 инерционного элемента, 3 приведен на фиг. 5 и 6. В данном случае ось 9 выполнена полой. В ней закреплена шпилька 13 с серьгой 4 и предусмотрен паз 15, в который введен конец плеча 1 упомянутой пружины, имеющий форму крюка, на который надета серьга 4.Для того, чтобы исключить влияние угловых колебаний на точность преобразователя, геометрические центры стаканов 2 могут быть распсдожены, например, вдоль вертикальной оси преоб 1589096разования, а центры тяжести инерционных элементов 3 - в геометрических центрах соответствующих стаканов 2, При этом центры тяжести инерционных элементов 3 также будут расположены вдоль указанной оси преобразования (Фиг.7), расположенной вдоль оси угловых колебаний.Каждый стакан 2 может быть выпол. нен в виде коаксиально расположенных цилиндра 16 и втулки 17 (Фиг.8). Цилиндр 16 закреплен внутри корпуса 1 жестко, а втулка 17 - с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси посредством винта 18. При этом чувствительный элемент 5 крепится на торце втулки 1 7, Положение винта 18 фиксируется на корпусе 1 гайкой 19. Для обеспечения герметичности корпуса 1 предусмотрены прокладки 20.Трехкоординатный преобразователь виброперемещений работает следующимобразом.Корпус 1 крепится к исследуемому объекту, например к корпусу подшипника турбоагрегата. При вращении ротора возникают виброперемещения обьекта исспедований (подшипника), которые передаются корпусу 1 и перемещают его в пространстве. Вместе с корпусом 1 перемещаются закрепленныев нем цилиндрические стаканы 2 с чувствительными элементами 5, При этомблагодаря большой степени демпфирования и малой связи со стаканами 2 через упругие элементы 4, обладающиемалой жесткостью, инерционные элементы 3 с опорными элементами 6 остаются неподвижными. В результате изменяется величина рабочего зазора 3между чувствительными элементами 5 иопорными элементами 6, Эти изменениязазорапреобразуются в сигналы,например частотно-модулированные при использовании вихретокового преобразователя, несущие информацию о виброперемещении исследуемого объекта по каждой из трех взаимно перпендикулярных составляющих. Этаинформация обрабатывается измерительной системой (не показана), Результаты обработки отображаются на.регисраторе (не показан).Благодаря тому, что инерционнаямасса выполнена в виде трех независимых инерционных элементов 3, система подвеса - в виде трех незави 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 симых комплектов упрчгих элементов.4, а каждый инерционный элемент 3 установлен на независимом комплекте упругих элементов 4 с возможностью перемещения только вдоль собственной продольной оси, обеспечивается возможность получения трех систем преобразования, не связанных между собой через общую инерционную массу и упругую систему подвеса.При этом размещение полученных систем преобразования внутри цилиндрических стаканов 2 позволяет практически исключить их взаимное влияние через общий демпфер 8Крепление цилиндрических стаканов 2 внутри корпуса 1 вдоль трех взаимно перпендикулярных осей и установка каждого инецерционного элемента 3 соосно соответствующему цилиндричекому стакану 2 позволяет разместить инерционные элементы 3 строго вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, т,е. исключить возможность возникновения погрешностей, связанных с отклонением осей колебательных систем относительно осей преобразования.В результате обеспечивается возможность преобразования виброперемещений по каждой из трех координатных осей практически независимо друг от друга. Это позволяет практически исключить погрешности, связанные с взаимным влиянием колебательных систем. Таким образом, обеспечивается воэможность использования общего демпфера с требуемыми демпфирующими свойствами, Это позволяет практически исключить погрешности, связанные с возможностью возникновения вторичных резонансов упругих элементов 4 и с воэможностью несовпадения соб" ственных частот колебаний инерционных элементов 3.Введение узлов 7 компенсации продольных составляющих веса инерционных элементов 3 может привести к незначительным погрешностям измерения, связанным с влиянием упругой пружины на инерционность элемента 3 и с возможностью возникновения эфФекта "затягивания", т,е, углового смещения оси 9 соответствующего инерционного элемента 3 относительно соответствующей оси преобразования.Предложенная конструкция узла 7 не вносит существенных изменений в работу колебательной системы, а следо 1589096 10вательно, и дополнительных погрешностей преобразования, так как использование пружины с малой жесткостью наскручивание позволяет практически иск 5лючить ее влияние на инерционностьэлемента 3, выбор длины 1 плеча 11значительно больше величины Ь 1 заданного линейного перемещения концаупомянутой пружины позволяет уменьшить величину его углового перемещения К а следовательно, уменьшитьэФФект "затягивания" оси 9 инерционного элемента 3, использование шарнирного крепления конца пружины на 15оси 9 инерционного элемента 3 позволяет эФфект "затягивания" свести кминимуму, установка пружины узла 7снаружи, а не внутри соответствующего стакана 2 позволяет разместить 20указанную пружину с выбранной длиной 1 плеча 11; жесткое креплениевторого конца пружины узла 7 позво-- ляет заФиксировать положение полногоравновесия инерционного элемента 3,которое достигается при расположенииплеча 11 упомянутой пружины нормально к оси 9.Крепление чувствительных элементов 5 на торцах соответствующих стаканов 2 дает возможность получитьпочти полностью независимые системыпреобразования и тем самым свестивзаимное их влияние в зоне рабочегозазора о через общий демпфер к минимуму, а спедовательно, практическиполностью исключить соответствующую,погрешность преобразования,1Использование инерционных элементов 3, выполненных в виде цилиндров,которые закреплены на осях 9, и размещение их на упругих элементах 4в виде дисковых пружин позволяет(при выборе указанного расстояния междуместами крепления элементов 4) исключить поперечные колебания системпреобразования, т.еисключить возможность возникновения соответствующих погрешностей.Эта система подвеса может быть использована только в случае крепленияопорных элементов 6 на торцах осей 9инерционных элемеитов 3. Однако приэтом появляется возможность нежелаЪтельного влияния элементов 6 на инер 55ционность элементов 3, а также возможность возникновения "маятниковых"колебаний систем преобразования, что может привести к снижению точности преобразователя.Выполнение опорных элементов, 6 в виде перфорированных дисков позволяет значительно уменьшить их сопротивление при продольных. колебаниях инерционных элементов 3, т.е, свести к минимуму влияние элементов 6 на инерционность колебатетьных систем. Изготовление указанных дисков иэ ма" териапв, обладающего высокой жесткостью и стабильностью Физических характеристик, позволяет исключить возможность их деформации в процессе колебаний инерционных элементов, 3, т,е. обеспечить параллельность рабочих поверхностей чувствительных эле" ментов 5 и опорных элементов 6 при минимальной толщине последних. Минимальная толщина и перфорация дисков сни" жает до минимума их вес, а следовательно, и возможность возникновения дополнительных "маятниковых" колебаний инерционных элементов 3.В результате крепление опорных элементов 6 на торцах осей 9 инерци" онных элементов 3 практически не влияет на колебательные процессы в системах преобразования, а следовательно, и на точность преобразователя,Таким образом, предложенная конструкция преобразователя позволяет повысить его точность без внесения до" полнительных погрешностей в результаты преобразования.Размещение центров тяжести всех инерционных элементов 3 на одной оси также способствует повышению точности преобразователя путем исключения влияния угловых колебаний на результаты преобразования, так как в этом случае исключается возможность нежелательных колебаний систем вдоль осей преобразования, а следовательно, и соответствующая погрешность.Кроме того, предлагаемый преобразователь обладает более высокой точностью прсоб."азования по сравнению с прбтотипомза счет того, что в нем исключена резина, которая была использована в качестве упругой системы подвеса и демпфсра, а следовательно, отсутствуют и погрешности, связанные с нестабильностью ее параметров, особенно при высоких температурах агрес- . сивной паромасляной окружающей среды.При этом предлагаемый преобразова-. тель имеет высокие технологические иэксплуатационные характери стики, к о" торые достигаются за счет обеспечения возможности подстройки рабочего зазора о в процессе изготовления и экс 5 плуатации преобразователя путем перемещения чувствительного элемента с помОщью винта 18, связанного с втулкой 17, на которой крепится указанный элемент 5, ОТаким образом, использование предлагаемого преобразователя может повысить эфФективность контроля вибросостояния турбоагрегата и снизить затраты на его эксплуатацию. 15 Формула изобретения1, Трехкоординатный преобразова-, тель виброперемещений, содержащий кор" пус, размещенные в нем инерционную массу с упругой системой подвеса, демпфер и три взаимодействующие пары,каждая из которых включает в себя чувствительный и опорный элементы и установлена вдоль одной из взаимно перпендикулярных осей, опорные зле в 25 ,менты связаны с инерционной массой, рабочие поверхности чувствительного и опорного элементов каждой пары параллельны друг другу и перпендикулярны соответствующей оси, образуя рабочий зазор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, но крайней мере один иэ инерционных элементов снабжен узлом компенсации продольной составляю щей его веса и тремя цилиндрическими стаканами, закрепленными в корпусе вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, каждый чувствительный элемент связан с корпусом, инерционная масса выполнена в виде трех независимых инерционных элементов, упругая система подвеса в виде трех независимых комплектов упругих элементов, обладакщих меньшей жесткостью в одном 45 направлении, каждый инерционньж элемент установлен соосно в соответствующем цилиндрическом стакане ца с.оответствующем комплекте упругих элементов в направлении их меньшей жест-,кости, совпадающем с осью инерционного элемента, с возможностью перемещения вдоль этой оси, каждый опорныйэлемент соосно закреплен на соответствующем инерционном элементе, демпфер представляет собой жидкость, акаждый узел компенсации продольнойсоставляющей веса инерционного элемента связан с соответствующим инерционным элементом и стаканом.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й,с я тем, что каждыйчувствительный элемент соосно закреплен на торце соответствующего цилинд. -рического стакана,3. Преобразователь по п. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения эксплуатационных возможностей, каждый опорный элемент выполнен в виде перФорированного дискаи закреплен на торце соответствующего инерционного элемента.4. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, узелкомпенсации продольной составляющейвеса инерционного элемента выполненв виде витой пружины, установленнойснаружи соответствующего цилиндрического стакана, один конец витой пружины закреплен, жестко на стакане,второй шарнирно закреплен на оси инерционного элемента. 5. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я . тем, что, с целью повышения точности преобразования, центры тяжести инерционных элементов установлены на одной оси, расположенной вдоль оси угловых колебаний.6. Преобразователь по пп.1-3, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, каждый цилиндрический стакан выполнен в виде коаксиально расположенных и установленных с возможностью перемещения вдоль оси, цилиндра и втулки, а на торце последней закреплен чувствительный элемент.рректор А. Осаулен дактор Е. Коп раж 444 Подписное каз 253 ГКНТ ССС НИИПИ сударственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра тениям и открытиям ска аб д,оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,