СИСТЕМА С САМОКОНТРОЛЕМ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПРОТИВОУТЕЧНЫХ УСТРОЙСТВ В ДИНАМИЧЕСКИХ НАСОСАХ Российский патент 2013 года по МПК F04D29/16 F04D15/02 

Предпосылки создания изобретения

Область техники

Данное изобретение относится к динамическим насосам, а конкретнее - к средству контроля и автоматизации регулировочных устройств для ограничения рециркуляции жидкости и уменьшения износа от взаимодействия вращающегося и невращающегося элементов для обработки текучей среды в динамических насосах, особенно в насосах, подходящих для работы с суспензиями, причем данные насосы содержат или могут содержать регулируемые элементы компенсации износа, выполняющие роль противоутечных устройств.

Известный уровень техники

Динамические насосы, такие как центробежные насосы, общеизвестны и используются для перекачивания жидкостей во многих отраслях промышленности и в различных случаях применения. Такие насосы в общем случае содержат рабочее колесо (вращающийся элемент), установленное внутри корпуса (невращающийся элемент) с впускным и выпускным, или выходным, отверстиями для текучей среды. Рабочее колесо обычно приводится в движение двигателем, расположенным снаружи корпуса. Рабочее колесо расположено в корпусе таким образом, что текучая среда, попадающая во впускное отверстие корпуса, подается в центр, или лопаточное пространство, рабочего колеса. Вращение рабочего колеса оказывает на жидкость в основном динамическое действие посредством лопаток рабочего колеса, которое в комбинации с центробежной силой перемещает жидкость к периферии корпуса для выведения ее через выпускное отверстие.

Динамическое действие лопаток в комбинации с центробежными силами, возникающими при вращении рабочего колеса, порождает внутри насоса градиенты давления. Область низкого давления создается вблизи лопаточного пространства рабочего колеса, а область высокого давления оказывается у наружного диаметра рабочего колеса и в спиральном участке корпуса. Область изменения давления от высокого к низкому находится в радиальном зазоре между вращающимся и невращающимся элементами. Разность давлений внутри насоса приводит к рециркуляции жидкости через радиальный зазор, между областями низкого и высокого давления. Такая рециркуляция жидкости, обычно характеризуемая как утечка, приводит к последующему ухудшению эксплуатационных характеристик и сильному усилению износа в случае присутствия в жидкости твердых частиц.

Следовательно, насосы снабжают различными противоутечными устройствами - как со стороны привода рабочего колеса, для предотвращения или ограничения наружной утечки, так и со стороны впуска или всасывания рабочего колеса, для предотвращения или ограничения внутренней утечки рециркуляции. Были разработаны противоутечные или герметизирующие механизмы насосов с боковым вкладышем, или компенсирующей износ пластиной, размещенной встык с рабочим колесом насоса в осевом направлении. Боковые вкладыши, обычно соответствующие стороне всасывания и стороне привода насоса, расположены таким образом, что упираются в корпус насоса, а в некоторых исполнениях могут быть прикреплены к корпусу болтами. В других исполнениях боковые вкладыши установлены вблизи корпуса - таким образом, чтобы можно было регулировать осевое положение боковых вкладышей относительно рабочего колеса.

Боковые вкладыши могут быть металлическими, керамическими или изготовленными из эластомерного материала или комбинации материалов и обеспечивают упрощенную конструкцию для ремонта или технического обслуживания насоса. Способ, заключающийся в снабжении боковых вкладышей эластомерными уплотнениями для обеспечения возможности регулирования всей стороны всасывания или стороны привода, показал себя полезным в отношении продления срока службы вкладышей. Кроме того, боковой вкладыш обеспечивает преимущество, состоящее в увеличении срока службы уплотняющей поверхности стороны всасывания в применениях, связанных с тяжелым режимом работы, посредством регулирования одного лишь уплотняющего кольца, компенсирующего износ (патент №5941536 на имя Хилла).

Радиальные зазоры, или сужающиеся зазоры, продолжающиеся, по существу, в радиальном направлении, между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами насоса, гораздо меньше подвержены захватыванию твердых частиц и широко используются в насосах для суспензий. Тем не менее противоутечные элементы широко используются в радиальных зазорах между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами, со стороны привода или со стороны всасывания, для дополнительного ограничения утечек и захвата твердых частиц. Например, в опубликованной патентной заявке США № 2004/0136825 (на имя Эдди (Addie) и др.) раскрыт неподвижный выступ на корпусе насоса или на рабочем колесе, обеспечивающий противоутечное устройство между рабочим колесом и корпусом насоса. Эксплуатационные характеристики данных ограничительных конструкций могут ухудшаться, если нет средства регулирования, компенсирующего износ. Уплотнительные кольца, или кольца для компенсации износа, которые в общем случае расположены между вращающимся и невращающимся элементами, также используются в противоутечных устройствах.

Способы регулирования уплотнительных колец и боковых вкладышей известны и применяются в динамических насосах. Например, в патенте США № 4527948 (Эдди и др.) описано средство ручного регулирования уплотнения, находящегося в контакте с рабочим колесом. Патент США № 5971704 на имя Блаттмана (Blattman) подобен патенту '948 тем, что в нем раскрыто применение резьбовых винтов-толкателей для ручного регулирования маленького уплотнительного кольца, толкающих кольцо к рабочему колесу до достижения заданного зазора. Данные герметизирующие устройства принудительно прижимают кольцо для компенсации износа к поверхности рабочего колеса. Такие системы регулирования основаны на ручном регулировании механизма. После ручного регулирования уплотнения проходит определенный период времени, в котором между вращающимся и невращающимся элементами существует принудительный контакт, но с износом элементов между двумя компонентами вновь появляется зазор. Неконтролируемые и не обнаруживаемые зазоры между компонентами дают возможность утечки, ускоряющей износ. Кроме того, зазор между вращающимся и невращающимся элементами со временем увеличивается, пока не будет выполнено дополнительное регулирование.

В патенте США № 6739829 на имя Эдди раскрыт регулируемый астатический кольцевой элемент, расположенный между рабочим колесом и корпусом насоса, который также снабжен средством приема и распределения охлаждающей и промывочной жидкости в зазоре между рабочим колесом и корпусом насоса. Противоутечное кольцо зависит от воды для промывки противоутечного механизма, которая обеспечивает усилие для удерживания его положения вблизи рабочего колеса. Требуемая промывочная система должна быть способна обеспечить соответствующую подачу чистой жидкости в герметизирующий механизм под давлением, недостаточно высоким, чтобы повредить уплотнение, но достаточным для преодоления внутренних давлений насоса. Достаточность требуемого давления в промывочной системе зависит от конкретного применения и насоса.

Патент США № 6599086 на имя Соджа (Soja) описывает регулируемую пластину для компенсации износа, предназначенную для динамического насоса. В раскрытой пластине для компенсации износа также используется ручной механизм регулирования для позиционирования всего бокового вкладыша.

Механизмы предварительного регулирования для герметизирующих механизмов и боковых вкладышей до сих пор были предназначены конкретно для обеспечения ручного средства регулирования. В результате такие устройства могут быть уязвимы в отношении перерегулирования и/или недостаточного регулирования, что может привести к нежелательной рециркуляции жидкости, или утечке, и износу между вращающимся и невращающимся элементами насоса. Более того, использование промывочной воды не всегда доступно и целесообразно для заданного применения. Кроме того, относительное положение уплотнительных элементов или противоутечных механизмов не может быть точно отрегулировано ручным средством регулирования в силу его уязвимости.

Таким образом, в данной области техники является предпочтительным обеспечить средство эффективного автоматического регулирования противоутечного механизма, связанное с радиальным зазором между вращающимся и невращающимся элементами насоса, чтобы контролировать утечки и износ, увеличивая тем самым срок службы элементов и улучшая эксплуатационные характеристики насоса. Также является предпочтительным обеспечить механизм контроля, в котором регулирование может происходить автоматически в ответ на обнаруженную потребность в регулировании до предпочтительной величины зазора между вращающимся и невращающимся элементами. Также является предпочтительным обеспечить в динамическом насосе сенсорное устройство, указывающее на одно или более условий внутри насоса, давая возможность осуществления ручного регулирования.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно настоящему изобретению обеспечена система автоматического регулирования для осуществления регулирования противоутечного механизма между вращающимся и невращающимся элементами насоса с целью ограничения утечек и установления нужных размеров зазора между вращающимся и невращающимся элементами насоса. Автоматическая система регулирования обладает функцией самоконтроля для определения, когда условия внутри насоса требуют регулирования противоутечного механизма, и снабжена регулировочными механизмами, которые могут самонастраиваться в ответ на обнаруженные условия в насосе. Автоматическая система регулирования описана здесь для случая использования в центробежном насосе для суспензий, в основном с целью уменьшения износа, однако она может быть приспособлена для использования в любом динамическом насосе, что повлечет за собой улучшение работы насоса.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения обеспечено сенсорное или контрольное устройство (устройство мониторинга) в насосе или вблизи него, с тем чтобы можно было отслеживать условия внутри насоса с помощью данного устройства, а индикатор или другое преобразующее устройство сообщало об определенном условии, с тем чтобы можно было осуществить ручное регулирование регулировочных механизмов насоса, чтобы обеспечить предпочтительный зазор между вращающимся и невращающимся элементами. В то время как данный вариант осуществления не обеспечивает автоматического средства регулирования невращающегося элемента, тем не менее в состав изобретения входит обеспечение средств отслеживающих и/или контрольных устройств, дающих возможность ручного регулирования.

Термин "вращающийся элемент" в данном описании относится к рабочему колесу или аналогичной конструкции, такой как ротор, которая приводится в движение приводом и обычно установлена внутри корпуса насоса. Термин "невращающийся элемент" в данном описании относится к любой неподвижной конструкции или конструкциям, расположенным вблизи к вращающемуся элементу, которые, будучи расположены рядом с вращающимся элементом, образуют зазор, сквозь который обычно происходит рециркуляция, или утечка, жидкости из-за разности давлений. Наиболее типичными невращающимися элементами являются противоутечный механизм, боковой вкладыш или участок корпуса насоса.

Автоматическая система регулирования по изобретению в общем случае состоит из, по меньшей мере, одного сенсорного или отслеживающего, механизма, по меньшей мере, одного регулировочного устройства и системы управления, связанной как с датчиком или отслеживающим механизмом, так и с регулировочным устройством, для осуществления соответствующего регулирования противоутечного механизма, чтобы обеспечить более эффективное сопротивление рециркуляции жидкости и износу.

Сенсорный или отслеживающий механизм, из которых присутствует хотя бы один, расположен вблизи элемента насоса, у которого необходимо контролировать одно или более условий, указывающих на необходимость осуществления регулирования зазора между вращающимся и невращающимся элементами. Сенсорное или отслеживающее устройство может быть расположено внутри или снаружи насоса.

Сенсорный или отслеживающий механизм может представлять собой любое подходящее устройство, способное определять наличие контакта между вращающимся и невращающимся элементами, и/или определять одно или более условий, указывающих на необходимость регулирования зазора между вращающимся и невращающимся элементами. Такие условия могут включать в себя измеряемую величину расстояния между вращающимся и невращающимся элементами, наличие давления или перепадов давления в зазоре или вблизи него, величину усилия, необходимого для вращения вращающегося элемента, или величину усилия, требуемого для осуществления регулирования, но не ограничиваются упомянутыми величинами.

Примерами сенсорных, или отслеживающих, механизмов (в данном описании эти термины взаимозаменяемы) являются: датчик зазора, определяющий размер зазора между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами, датчик вибрации, способный отслеживать количественное изменение вибрации, указывающее на наличие контакта между вращающимся и невращающимся элементами, датчик силы, способный определить, что для осуществления регулирования относительного положения вращающегося и невращающегося элементов требуется определенное изменение величины усилия, и датчик крутящего момента, способный отслеживать величину изменения крутящего момента вращающегося элемента, указывающую на наличие контакта между вращающимся и невращающимся элементами. Еще одним подходящим сенсорным, или отслеживающим, механизмом является тот, который отслеживает увеличение силы тока, потребляемой приводным двигателем для вращения вращающегося элемента, что указывает на наличие контакта между вращающимся и невращающимся элементами.

Регулировочным устройством по изобретению, представляющим собой как минимум одно, а чаще всего множество регулировочных устройств, является любая конструкция, способная осуществлять перемещение невращающегося элемента относительно вращающегося элемента - таким образом, что в результате происходит регулирование зазора между ними, через который обычно происходит рециркуляция, или утечка, жидкости из-за разности давлений. Примером регулировочного устройства является устройство, содержащее элемент, такой как резьбовой шток, первый конец которого контактирует с подвижным невращающимся элементом, а второй конец соединен с исполнительным механизмом. Работа исполнительного механизма заставляет резьбовой шток перемещаться к невращающемуся элементу, осуществляя перемещение невращающегося элемента в направлении вращающегося элемента. Согласно изобретению можно использовать любой тип или любую конструкцию регулировочного устройства, способную выполнять требуемое перемещение невращающегося элемента в ответ на осуществляемое по сигналу включение регулировочного устройства.

Исполнительный механизм регулировочного устройства может представлять собой любой тип устройства, вызывающего перемещение регулировочного устройства в сторону невращающегося элемента. Например, исполнительный механизм может быть гидравлическим, пневматическим или каким-либо другим механическим средством.

Исполнительный механизм регулировочного устройства, кроме того, связан с системой управления, подающей исполнительному механизму сигнал на включение в ответ на отслеживаемые условия внутри насоса. В этом отношении существующие регулировочные устройства на существующих насосах могут быть модернизированы и снабжены исполнительным устройством, и сенсорные механизмы также могут быть установлены на насос и подсоединены к системе управления, чтобы оснастить существующие в данной области техники насосы автоматической системой регулирования по изобретению.

Система управления, как уже было отмечено, связана и с сенсорным устройством (устройствами), и с исполнительным механизмом каждого регулировочного устройства. Система управления принадлежит к типу, способному принимать данные от отслеживающего или сенсорного устройства, обрабатывать эти данные и подавать сигнал на включение каждому исполнительному механизму каждого регулировочного устройства в ответ на обнаружение определенного условия внутри насоса. Таким образом, система управления может иметь центральную базу данных, дающую возможность осуществления упомянутых этапов.

Кроме того, базу данных системы управления можно поддерживать при помощи соответствующего программного и аппаратного обеспечения, задавая соответствующие интервалы, с которыми будет проводиться регулирование, чтобы обеспечить прогнозирующие настройки, соответствующие условиям работы данного насоса. Система управления может даже иметь запоминающее устройство, дающее возможность задания фактических или потенциальных предэксплуатационных условий для начальной установки расстояния между вращающимся и невращающимся элементами. Такие данные служат в качестве базы, от которой устанавливают относительное положение вращающегося и невращающегося элементов, а затем производят соответствующее регулирование, определяемое отслеживанием условий внутри насоса с помощью сенсорных устройств.

Систему управления также можно запрограммировать на оптимальные размеры зазора - таким образом, что при обнаружении контакта между вращающимся и невращающимся элементами исполнительному механизму подается сигнал выполнить задний ход, или "отвод", невращающегося элемента относительно вращающегося элемента.

Система управления также может иметь достаточный объем памяти запоминающего устройства, чтобы хранить данные о предыдущих сеансах регулирования и о времени регулирования, чтобы определить скорость износа компонентов. Затем расчетную скорость износа можно использовать для определения прогнозируемой скорости износа и запуска процедуры регулирования, чтобы поддерживать постоянное или почти постоянное относительное положение вращающегося и невращающегося элементов без взаимного контакта. Периодически может быть инициирована процедура введения элементов в контакт, позволяющая обновить данные о скорости износа. В качестве альтернативы может быть определена сигнатура датчика или датчиков положения, соответствующая относительному положению регулируемых элементов. Данная сигнатура затем используется для определения и прогнозирования вышеупомянутой скорости износа.

Краткое описание чертежей

На чертежах, иллюстрирующих наилучший на данный момент вариант осуществления изобретения:

Фиг.1 - вертикальный вид сбоку центробежного насоса, на котором схематично показаны основные наружные элементы настоящего изобретения;

Фиг.2 - изометрическое изображение центробежного насоса, на котором показана сторона впуска насоса и иллюстрируется размещение участка исполнительного механизма, содержащего множество регулировочных устройств и различных датчиков;

Фиг.3 - увеличенный вид в разрезе мокрой части насоса для суспензий, иллюстрирующий внутренние элементы изобретения;

Фиг.4 - частичный вид в разрезе насоса, на котором показано расположение датчика вибрации;

Фиг.5 - частичный вид в разрезе насоса, на котором показан альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором используется регулируемое кольцо для компенсации износа;

Фиг.6 - блок-схема, на которой схематично проиллюстрирована процедура включения регулировочных устройств изобретения;

Фиг.7 - блок-схема, на которой схематично проиллюстрировано средство задания прогнозирующих установок в насосе.

Подробное описание изобретения

На чертежах, где одинаковые или подобные элементы указаны одними и теми же номерами ссылочных позиций, Фиг.1 иллюстрирует автоматическую систему 10 регулирования, охватываемую объемом настоящего изобретения, которая установлена в динамическом насосе 12. Динамический насос 12 в общем случае содержит корпус 14 с впускным отверстием 16 для текучей среды и выпускным отверстием 18 для выпуска текучей среды. Кроме того, насос 12 включает в себя приводной механизм 20 для приведения в движение вращающихся элементов насоса, при этом приводной механизм 20 присоединен к корпусу насоса посредством держателя 22, к которому корпус 14 насоса прикреплен известным способом.

Автоматическая система 10 регулирования согласно изобретению в общем состоит из, по меньшей мере, одного сенсорного или отслеживающего (детекторного) механизма 30 (при этом с целью иллюстрации показано множество различных сенсорных или отслеживающих механизмов), по меньшей мере, одного регулировочного устройства 32 и системы 34 управления. Настоящее изобретение предпочтительно может содержать множество регулировочных устройств 32, которые, как более ясно показано на Фиг.2, могут, например, располагаться вокруг впускного отверстия 16 для текучей среды насоса 12. Каждое регулировочное устройство 32 на иллюстрации подсоединено к системе 34 управления, как будет более подробно объяснено далее.

На Фиг.3, иллюстрирующей внутреннее устройство насоса 12, видно, что рабочее колесо 36 расположено внутри корпуса 14 насоса 12 и присоединено к приводному механизму 20 для вращения внутри корпуса 14 насоса, обычным способом. Рабочее колесо 36 может принадлежать к любому типу и иметь любую конструкцию, но здесь показано колесо, имеющее, по меньшей мере, одну лопатку 38, расположенную между передним ободом 40 и задним ободом 42, которые соответствуют стороне всасывания и стороне привода насоса соответственно. Рабочее колесо 36 может, как показано в данном примере, иметь выталкивающие лопатки 44, расположенные на переднем ободе 40, и выталкивающие лопатки 46, расположенные на заднем ободе 42. Выталкивающие лопатки могут и отсутствовать, и тип исполнения рабочего колеса может широко варьироваться в зависимости от конкретного применения и типа насоса.

Конструкция и исполнение корпуса 14 насоса 12 также могут варьироваться в широком диапазоне. Исключительно в качестве примера, проиллюстрированный насос 12 содержит корпус 14, состоящий из корпуса 50 со стороны привода и отдельного переднего корпуса 52, или корпуса со стороны всасывания, прикрепленного к корпусу 50 болтами 54. Корпус 52 со стороны всасывания имеет отдельную крышку 56 со стороны всасывания, прикрепленную к корпусу 52 со стороны всасывания болтами 58. В конкретном представленном на чертежах исполнении корпус 14 насоса дополнительно содержит отдельные вкладыши, включая вкладыш 60 корпуса со стороны привода и вкладыш 62 корпуса со стороны всасывания, которые служат в качестве противоизносных компонентов. Насос 12 также может содержать корпус со стороны привода, состоящий из множества деталей (например, крышку со стороны привода (не показана), аналогично корпусу 52 и крышке 56 со стороны всасывания).

В представленном исполнении насоса вкладыш 60 корпуса со стороны привода расположен внутри корпуса 50 со стороны привода и закреплен болтами. Вкладыш 62 корпуса со стороны всасывания расположен внутри корпуса 52 со стороны всасывания и закреплен болтами. Отдельный, невращающийся вкладыш 64 со стороны всасывания расположен внутри вкладыша 62 корпуса со стороны всасывания и примыкает к стороне всасывания рабочего колеса 36. К вкладышу 64 со стороны всасывания примыкает усиливающая пластина 66. На основании данной конструкции вкладыш 64 со стороны всасывания и усиливающую пластину 66 вместе можно назвать вкладышем со стороны всасывания в сборе, как более подробно описано в патенте США № 5591536, описание изобретения к которому включено в данный документ путем ссылки. Аналогично стороне всасывания, насос 12 может содержать вкладыш 68 со стороны привода, примыкающий к стороне привода рабочего колеса 36, и усиливающая пластина 70 может быть расположена напротив вкладыша 68 стороны привода, образуя вкладыш со стороны привода в сборе.

Пример конструкции и расположения регулировочных устройств согласно изобретению будет описан в отношении стороны всасывания насоса 12, то есть, по сути, той стороны, где расположена система автоматического регулирования. Однако система автоматического регулирования согласно изобретению может дополнительно содержать регулировочные устройства, расположенные со стороны привода насоса, соединенные с вкладышем в сборе со стороны привода, аналогично описанному для стороны всасывания насоса.

На Фиг.3 видно, что положение вкладыша 64 со стороны всасывания вблизи стороны всасывания рабочего колеса 36 образует зазор 72, через который жидкость может рециркулировать, или просачиваться, под действием различных описанных ранее условий. Желательно ограничить подобные утечки, поддерживая соответствующий жесткий допуск на зазор между вкладышем 64 со стороны всасывания и рабочим колесом 36. Таким образом, конструкция вкладыша со стороны всасывания в сборе позволяет ему перемещаться в осевом направлении к рабочему колесу, чтобы поддерживать нужную осевую величину зазора 72 с целью ограничения утечек и износа.

С этой целью настоящее изобретение обеспечивает регулировочные устройства 32, один конец 76 которых прикреплен к усиливающей пластине 66 вкладыша со стороны всасывания в сборе. Второй конец 78 каждого регулировочного устройства 32 содержит исполнительный механизм 80.

Исполнительный механизм 80, как показано на Фиг.1, 2 и 3, находится в электрической связи с системой 34 управления по изобретению, например, при помощи провода 82, как показано в данном примере. Однако исполнительный механизм 80 может быть подсоединен к системе управления 34 и беспроводным способом. Регулировочное устройство 32, как более четко показано на Фиг.3, может содержать шток 86, который прикреплен к усиливающей пластине 66 и перемещается в ответ на приведение в действие исполнительного механизма 80. Исполнительный механизм 80 может представлять собой любую подходящую конструкцию или устройство, такое как сервомеханизм, и может быть электромеханическим, гидравлическим или пневматическим, или представлять собой любое сочетание вышеупомянутых средств. То есть силовой исполнительный механизм 80 может быть любым устройством, преобразующим электрическую, гидравлическую или пневматическую энергию в необходимое механическое движение для осуществления перемещения регулировочного устройства 32.

Исполнительный механизм 80 каждого регулировочного устройства 32 подсоединен к центральному процессору (ЦП), схематично показанному на Фиг.1 позицией 90, который способен посылать сигнал регулировочным устройствам 32 в ответ на информацию, полученную от упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма 30. Таким образом, ЦП 90 также связан, проводным или беспроводным способом, с сенсорным механизмом 30 - для сбора данных, подлежащих обработке. Система управления 34 также включает в себя возможности хранения и обработки данных, как показано позицией 92 на Фиг.1, для расчета и хранения информации, касающейся оптимальных размеров зазора, периодичности регулировки и протоколов контроля износа в противоутечном механизме, например во вкладыше 64 со стороны всасывания.

Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения сенсорные механизмы 30 связаны с системой управления 34, такой как ЦП 90, проводным или беспроводным способом, и посылают данные системе управления 34. Система управления 34 снабжена сигнальным устройством 88 или эквивалентным ему устройством, обеспечивающим индикацию состояния насоса, которое требует проведения регулировки относительного положения вращающегося и невращающегося элементов насоса. В ответ на уведомление сигнального устройства 88 можно выполнить ручное регулирование, как описано.

Сенсорный или отслеживающий механизм 30 по изобретению может представлять собой любое подходящее устройство, которое может контролировать и обнаруживать определенные условия внутри насоса, в соответствии с которыми задается необходимость регулирования вкладыша со стороны всасывания в сборе, и/или сигнализировать о том, что зазор устранен, после проведения процедуры регулирования - автоматического или ручного. Фиг.1 и 2 иллюстрируют множество сенсорных механизмов 30. Первый тип сенсорного механизма 30 может представлять собой датчик линейного смещения 94, проходящий сквозь корпус насоса и расположенный вблизи рабочего колеса 36, чтобы отслеживать линейное, или осевое, взаимное смещение рабочего колеса 36 и вкладыша 64 со стороны всасывания. Датчик линейного смещения 94, следовательно, может отследить, достаточно ли велик зазор 72 между данными элементами, чтобы дать сигнал о необходимости регулирования вкладыша 64 со стороны всасывания, или обнаружить, что зазор устранен, и регулирование завершено.

Другой тип сенсорного механизма 30, показанный на Фиг.1, 2 и 4, представляет собой датчик вибрации 96, отслеживающий уровень вибрации насоса или компонента насоса. Контакт рабочего колеса 36 с вкладышем 64 со стороны всасывания меняет упомянутый уровень вибрации, что позволяет определить, контактируют ли эти два элемента. В зависимости от конструкции противоутечного устройства данная информация может повлечь за собой осуществления процедуры регулирования, а может указать, что в результате процедуры регулирования, инициированной другими факторами, зазор устранен. На Фиг.4 видно, что датчик вибрации 96 расположен очень близко к усиливающей пластине 66.

Третий тип сенсорного механизма 30, показанный на Фиг.1, представляет собой датчик крутящего момента 98, расположенный на приводном механизме 20. Датчик крутящего момента 98 может определять изменения крутящего момента при вращении колеса 36, которые, в свою очередь, сигнализируют о наличии или отсутствии контакта между рабочим колесом 36 и вкладышем 64 стороны всасывания, указывая на необходимость регулирования или на то, что зазор устранен в результате выполнения процедуры регулирования. Датчики крутящего момента 100 также могут быть расположены на регулировочных устройствах 32 или вблизи них, как схематично показано на Фиг.1.

Четвертый тип сенсорного механизма 30 схематично представлен на Фиг.1 в виде амперметра 102, или детектора, связанного с приводным двигателем 104 насоса. Обнаружение повышения силы тока, потребляемой двигателем 104, может указывать на наличие контакта между вращающимся и невращающимся элементами насоса.

Любая комбинация этих и любых других подходящих сенсорных механизмов и устройств может быть использована для мониторинга и определения условий внутри насоса, являющихся основанием для регулирования положения невращающегося элемента (т.е. вкладыша со стороны всасывания) относительно вращающегося элемента (т.е. рабочего колеса), или указывающих на то, что в процессе регулирования зазор устранен.

Сенсорный или отслеживающий механизм по изобретению, задействованный в режиме обеспечения автоматического регулирования регулировочного устройства 32, связан с системой управления 34 электрическим, механическим или электромеханическим способом. Это можно осуществить, например, путем обеспечения провода 106 между сенсорным механизмом (например, датчиком вибрации 96) и системой управления 34.

Фиг.5 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором невращающийся элемент представляет собой противоутечное кольцо, или кольцо 108 для компенсации износа, расположенное между невращающимся и нерегулируемым боковым вкладышем 110 и рабочим колесом 36, вблизи лопаточного пространства рабочего колеса 36. Регулировочное устройство 32 проходит сквозь корпус 54 насоса и контактирует с кольцом 108 для компенсации износа. Исполнительный механизм 80 регулировочного устройства 32 расположен снаружи насоса 12 и подсоединен к системе управления (не показанной на чертеже). Сенсорный механизм 30, такой как, например, датчик вибрации 96, показан расположенным вблизи регулировочного устройства и установлен, как описано ранее, с целью отслеживания определенного условия, такого как усиление вибрации вращающихся и/или невращающихся элементов насоса. Хотя на чертеже показан датчик вибрации 96, может быть использован любой другой сенсорный механизм 30, как описано ранее, включая тензометрический датчик.

Фиг.6 содержит схематичную блок-схему, описывающую в общем виде, как обрабатываются и хранятся данные, получаемые с сенсорных механизмов и регулировочных устройств, с целью обеспечения автоматического регулирования и контроля системы, как описано выше. Фиг.7 - схематичная блок-схема, на которой показано, как прогнозирующие установки, такие как, например, основанные на расчетных скоростях изнашивания, могут быть определены для осуществления непрерывной или периодической самонастройки регулировочных устройств. На схематичных блок-схемах, представленных на Фиг.6 и 7, величины Х и Y обозначают выбранные периоды времени, причем Х обычно больше Y, и значения периодов времени могут быть основаны на конкретном применении насоса.

Система с самоконтролем и саморегулированием по настоящему изобретению может быть установлена в любом динамическом насосе или адаптирована для использования в нем, а также может быть установлена на существующие насосы в процессе модернизации. Таким образом, элементы и исполнения описанной здесь системы самоконтроля и регулирования могут варьироваться в зависимости от типа насоса и применения. Отсюда, ссылки на конкретные детали изобретения приведены исключительно в качестве примеров и не носят никакого ограничительного характера в отношении объема изобретения.

Изобретение относится к динамическим насосам, а конкретнее - к средству контроля и автоматизации регулировочных устройств для ограничения рециркуляции жидкости и уменьшения износа от взаимодействия вращающегося и невращающегося элементов в динамических насосах, особенно в насосах, работающих с суспензиями, причем данные насосы содержат или могут содержать регулируемые элементы компенсации износа, выполняющие роль противоутечных устройств. Конструкция регулировочной системы предусматривает самоконтроль для определения времени, когда условия внутри насоса требуют регулирования противоутечного механизма, и снабжена регулировочными механизмами, самонастраивающимися в ответ на отслеживаемые условия внутри насоса, хотя существует также возможность ручного регулирования. Изобретение направлено на ограничение утечек и установление нужных размеров зазора между вращающимся и невращающимся элементами насоса. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система с саморегулированием и самоконтролем для оценки и осуществления регулирования противоутечного механизма в динамических насосах, содержащих вращающийся элемент, расположенный вблизи с невращающимся элементом, содержащая: по меньшей мере, одно регулировочное устройство, установленное для осуществления пространственного перемещения между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами насоса; по меньшей мере, один сенсорный механизм, расположенный для отслеживания условий внутри насоса; и систему управления, сообщающуюся с упомянутым, по меньшей мере, одним сенсорным механизмом и выполненную с возможностью приема данных с упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма, указывающих на необходимость пространственного регулирования между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами насоса.

2. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутая система управления дополнительно сообщается с упомянутым, по меньшей мере, одним регулировочным устройством, чтобы выдавать сигнал на перемещение упомянутому, по меньшей мере, одному регулировочному устройству для осуществления автоматического регулирования между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами насоса.

3. Система с самоконтролем по п.2, дополнительно содержащая исполнительный механизм, являющийся частью каждого упомянутого, по меньшей мере, одного регулировочного устройства, которое принимает сигнал от упомянутой системы управления для активирования исполнительного механизма для осуществления перемещения упомянутого, по меньшей мере, одного регулировочного устройства.

4. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой датчик вибрации.

5. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой датчик силы.

6. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой датчик давления.

7. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой датчик крутящего момента.

8. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой амперметр, сообщающийся с приводным двигателем насоса.

9. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой датчик линейного смещения.

10. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм расположен вблизи упомянутого противоутечного элемента, расположенного между вращающимся и невращающимся элементами насоса.

11. Система с самоконтролем по п.10, в которой упомянутый, по меньшей мере, один сенсорный механизм представляет собой тензометрический датчик.

12. Система с самоконтролем по п.2, в которой упомянутая система управления включает в себя обрабатывающее устройство, выполненное с возможностью обработки данных, полученных от упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма и упомянутого, по меньшей мере, одного регулировочного устройства для расчета скоростей износа в насосе, а также использования рассчитанных скоростей износа для осуществления автоматического регулирования между вращающимся и невращающимся элементами насоса.

13. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутое, по меньшей мере, одно регулировочное устройство расположено со стороны всасывания насоса.

14. Система с самоконтролем по п.13, дополнительно включающая в себя, по меньшей мере, одно регулировочное устройство, расположенное со стороны привода насоса.

15. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый невращающийся противоутечный элемент упомянутого насоса представляет собой пластину для компенсации износа.

16. Система с самоконтролем по п.1, в которой упомянутый невращающийся противоутечный элемент упомянутого насоса представляет собой кольцо для компенсации износа.

17. Система с самоконтролем для осуществления регулирования противоутечного механизма в динамических насосах, содержащих вращающийся элемент, расположенный вблизи с невращающимся элементом, содержащая: по меньшей мере, одно регулировочное устройство, установленное для осуществления пространственного перемещения вращающегося и невращающегося противоутечных элементов насоса; и по меньшей мере, один сенсорный механизм, расположенный для отслеживания условий в насосе, причем конструкция упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма обеспечивает индикацию условий в насосе или относительного положения в пространстве между вращающимся и невращающимся элементами насоса, исходя из чего можно принять решение о ручном регулировании упомянутого, по меньшей мере, одного регулировочного устройства.

18. Система с самоконтролем по п.17, дополнительно содержащая систему управления, сообщающуюся с упомянутым, по меньшей мере, одним сенсорным механизмом, причем упомянутая система управления содержит сигнальное устройство, уведомляющее о том, что принято решение о необходимости осуществления ручного регулирования между вращающимся и невращающимся элементами насоса.

19. Способ обеспечения самоконтроля и саморегулирования противоутечных элементов в динамических насосах, содержащих расположенные рядом друг с другом вращающийся и невращающийся элементы, причем способ содержит следующие этапы: обеспечивают систему самоконтроля и саморегулирования, содержащую: по меньшей мере, одно регулировочное устройство, установленное для осуществления пространственного перемещения между вращающимся и невращающимся противоутечными элементами насоса; по меньшей мере, один сенсорный механизм, расположенный для отслеживания условий в насосе; и систему управления, сообщающуюся с упомянутым, по меньшей мере, одним сенсорным механизмом и выполненную с возможностью приема данных с упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма, указывающих на необходимость осуществления регулирования между вращающимся и невращающимся элементами насоса; отслеживают условия в насосе посредством упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма; посылают сигнал от упомянутого, по меньшей мере, одного сенсорного механизма в упомянутую систему управления после обнаружения упомянутого условия; оценивают условия в насосе с использованием системы управления и посылают сигнал с системы управления на упомянутое, по меньшей мере, одно регулировочное устройство для осуществления регулирования положения в пространстве между вращающимся и невращающимся элементами насоса.