УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ НАСОСА Российский патент 2015 года по МПК F04D15/00 G01N29/04 H04B11/00 

Настоящее изобретение относится к устройству и к способу текущего контроля вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, содержащих центробежные насосы.

Центробежные насосы используются во множестве систем, где они время от времени подвергаются воздействию очень тяжелых условий. Следовательно, необходимо обеспечивать точный текущий контроль состояния центробежного насоса, в частности центробежного колеса в зависимости от применения во избежание повреждения центробежного насоса или всей системы.

В публикации заявки на патент DE N4005503 A1 представлено устройство для текущего контроля центробежного колеса посредством передатчика света и оптического датчика. Этот вид текущего контроля требует стационарной центровки передатчика света и датчика на передних кромках лопастей. Однако этот способ текущего контроля пригоден только для центробежного насоса, который подает зрительно прозрачную среду.

В публикации заявки на патент DE N102008019472 A1 раскрыт вакуумный насос со статором насоса и ротором насоса, в котором ротор насоса содержит приемопередатчик. Кроме того, в роторе расположены датчики, микроконтроллер и запоминающее устройство, которые соединены с приемопередатчиком. Считывающее устройство, которое расположено в статоре, считывает данные от датчика ротора с импульсного приемопередатчика. Текущий контроль этого типа предъявляет очень строгие требования к электромагнитной совместимости вакуумного насоса.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для текущего контроля вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, содержащих центробежные насосы, причем это устройство может использоваться для любых жидких нагнетаемых сред или нагнетаемых сред, которые нагружены твердыми телами, и являющегося независимым от внешних электромагнитных условий.

В техническом решении предложено устройство для текущего контроля вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, содержащих центробежные насосы, в котором передачу сигналов производят акустическим способом посредством звуковых волн. Это обеспечивает возможность простой и надежной передачи сигналов из контролируемого вращающегося компонента.

В одном усовершенствовании из настоящего изобретения обеспечено наличие жидких и твердых звукопроводящих сред на линии передачи между первым блоком, которым является передающий блок, и вторым блоком, которым является блок приемника. Здесь преимуществом является то, что звук может проходить вдоль тракта, и что свойства тракта могут быть отчетливо определены. При передаче могут быть учтены фазовые переходы звука между твердыми и жидкими средами. Соответствующее кодирование сигнала учитывает потери на фазовых переходах.

Еще одно преимущество получают в том случае, если первый блок имеет запоминающее устройство для значений уставок, в котором хранят сравнительные значения для измеренных сигналов от датчиков. В этом запоминающем устройстве для значений уставок могут храниться пороговые значения, которые сравнивают с измеренными значениями. Если достигнуто пороговое значение, то соответствующий сигнал передают в блок приемника.

Ухудшение переданного сигнала предотвращено за счет выбора для передачи информации иной частоты, чем частоты шума системы. Следует понимать, что термин "шум системы" означает всю акустическую эмиссию центробежного насоса и компонентов, соединенных с ним. В частности, комбинация различных компонентов возбуждает собственные частоты системы, которые зависят, в частности, от индивидуальной конфигурации системы. В результате этой меры предотвращены неправильные интерпретации при анализе принятых сигналов. В случае избирательной адаптации сигнала передача становится нечувствительной к помехам в результате вышеупомянутого шума системы.

Для обеспечения возможности отличать окружающий шум, то есть, акустические влияния на центробежный насос или на систему, которые вводятся извне, от акустически переданных сигналов во втором блоке предусмотрен датчик звуковых волн для определения шума окружающей среды. Посредством подходящего фильтра можно отделить шум окружающей среды от переданного сигнала, в результате чего улучшена сигнальная информация. Передающее устройство, которое постоянно соединено с рабочим колесом центробежного насоса, часто используется в очень жестки условиях для электронных блоков. Следовательно, целесообразно, если первый блок встроен в компонент, в частности, если он отлит вместе с компонентом. Следовательно, поверхность компонента одновременно защищает передающее устройство. Вследствие того, сто производится акустическая передача, первый блок может быть встроен в металлический компонент, поскольку акустическая передача сигналов исключительно хорошо функционирует в металлах. Аналогичным образом и второй блок, который содержит приемник, может быть встроен в металлический корпус или прикреплен к корпусу с наружной стороны.

Первый блок оснащен источником энергии, которым в простейшем случае является аккумулятор. Также может быть предусмотрено наличие генераторов, которые получают электроэнергию от перемещения компонента, от колебаний или от градиентов температуры. Автономное питание первого блока энергией является важным, в особенности, если последний герметично встроен в компонент. В этом случае должен быть обеспечен источник энергии на весь срок службы компонента.

В одном усовершенствовании из настоящего изобретения датчик первого блока выполнен так, что регистрирует свойства компонента центробежного насоса или системы, например температуру машины, механическое давление или механическую нагрузку, или разрушение компонента. В результате, может быть осуществлен выборочный текущий контроль отдельных компонентов. В частности, могут быть легко обнаружены разрушения компонентов посредством соответствующих датчиков разрушения, реализованных в виде проводов, проходящих через компонент, поскольку разрыв провода в случае разрушения компонента может быть обнаружен по простому короткому замыканию провода. Кроме того, посредством датчика могут быть зарегистрированы рабочие параметры. В случае центробежного насоса ими являются, например, скорость вращения, потребляемая мощность или продолжительность использования. Это дополнительно обеспечивает возможность текущего контроля тех компонентов, состояние которых может сильно зависеть от этих параметров.

В еще одном усовершенствовании датчик может регистрировать свойства нагнетаемой среды. В данном случае можно, например, регистрировать вязкость, температуру или концентрацию среды, которые затем оценивают посредством микропроцессора. Результаты их анализа передают наружу.

Кроме того, ниже описан способ текущего контроля компонентов, содержащихся в упомянутом выше устройстве, в котором опрос по меньшей мере одного датчика производят с циклически повторяющимися интервалами. Измеренные данные с датчика сравнивают со значениями уставок из запоминающего устройства для значений уставок, и когда пороговое значение превышено, то в принимающий блок передают сигнал. В альтернативном варианте передача сигнала может производиться непрерывно, в результате чего может быть обнаружена функциональность передающего устройства. В том случае, когда пороговое значение превышено, передачу сигнала, который указывает наличие повреждения, требующего проверки центробежного насоса или системы, больше не производят.

Блок приема непрерывно принимает шум и избирательно отфильтровывает возможный шум передачи, в особенности, заданные частоты и формы импульса. Если сигнал обнаружен, то производят его оценку и либо отображают на дисплее и/или передают дальше в системный контроллер более высокого уровня.

В еще одном усовершенствовании способа во время оценки сигналов используют информацию, которая учитывает шум среды, окружающей центробежный насос или систему. В результате, погрешности могут быть уменьшены.

Изобретение также включает в себя рабочее колесо центробежного насоса, оснащенное устройством для текущего контроля компонентов. Это простое и рентабельное устройство не обеспечивает возможность бесконтактного текущего контроля рабочего колеса, при котором во время бесконтактной или беспроводной передачи сигналов не нужно учитывать ни свойства нагнетаемой среды, ни электромагнитные влияния из окрестностей центробежного насоса.

Для встраивания устройства для текущего контроля компонентов в рабочее колесо особо пригодным вариантом является тот, в котором рабочее колесо изготовлено из полимерного материала, в частности из полимербетона или из минерального литья. Эти материалы отлиты без нагревания, в результате чего отсутствует необходимость в специальной защите отлитого первого блока.

Дополнительные варианты осуществления изобретения вытекают из сочетания вариантов осуществления изобретения, которые представлены выше, и, следовательно, их дополнительное объяснение здесь не приведено.

Приведенный в качестве примера вариант осуществления настоящего изобретения проиллюстрирован на чертеже, и его более подробное описание будет приведено ниже.

На чертеже показано устройство для текущего контроля вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, содержащих центробежные насосы, которое состоит из первого блока 1, который постоянно соединен с контролируемым компонентом. В дополнение к этой компоновке имеется возможность встраивания первого блока непосредственно в этот компонент в непосредственной близости от этого компонента. Это применимо, например, если компонент состоит из материала, полученного способом литья, который может быть отлит при низких температурах, например, из полимерного материала, в частности полимербетона или из минерального литья. Для этого уже сконфигурированный автономный первый блок, который сконфигурирован без кабелей, отливают, например, в рабочее колесо центробежного насоса. Сам компонент не изображен для упрощения иллюстрации.

Первый блок 1 содержит датчик 2 для регистрации свойств компонента, причем этот датчик 2 соединен с первым блоком 1 в месте соединения 3 с датчиком. К первому блоку 1 также может быть подключено множество датчиков 2. Возможными датчиками 2 являются, например, датчики температуры, давления и/или вещества, либо иные датчики. На чертеже указан датчик разрушения, который состоит по меньшей мере из одного провода, проходящего по областям компонента, риск разрушения которого существует. Если в компоненте образуется трещина в том месте, через которое проходит провод, то по мере развития трещины провод разрывается и электрическая цепь вдоль этого провода будет разорвана. Таким образом, могут быть легко обнаружены трещины в компоненте. При наличии множества проводов, соединенных параллельно, также можно наблюдать развитие образования трещин.

Микропроцессор 4 для анализа сигналов от датчиков производит непосредственную оценку данных, собранных датчиком 2, и передает результат анализа в передающий блок 5 для его передачи в приемник, который является пространственно отдельным от контролируемого компонента. Частота опроса датчика зависит от вероятности ожидаемого события. Упомянутая частота оказывает существенное влияние на потребности в энергии. Низкая частота контроля приводит к длительному сроку службы аккумулятора, и он еще больше увеличивается, если систему переводят в режим экономии энергии или отключают в интервалах между двумя опросами.

Предложенный в настоящем изобретении текущий контроль компонентов посредством акустической передачи данных представляет собой вариант, являющийся самым безопасным и самым рентабельным в рамках используемой конструкции. Сигнал 8 может быть реализован в виде телеграммы с акустическим сообщением, которая может содержать различные частоты, различные последовательности импульсов или из комбинации. За счет повторения одного и того же сигнала можно избежать неправильных передач. Вариант осуществления звукового генератора, который в этом варианте осуществления изобретения образует передающий блок 5, в значительной степени зависит от передаваемой информации, от используемых частот и от окружающей нагнетаемой среды, поскольку сигнал 8 должен проходить через эту среду. Здесь необходимо иметь в виду, что в случае встроенного первого блока сигнал сначала должен выйти из компонента, в котором имеет место переход между твердым компонентом и жидкой нагнетаемой средой или нагнетаемой средой, которая нагружена твердыми телами. Еще один переход сигнала имеет место в том случае, если второй блок также встроен в твердый компонент, например в корпус, или если второй блок установлен снаружи корпуса в пределах дальности обнаружения акустических волн. Кроме того, на первом блоке 1 размещен источник 6 для подачи энергии. Для этого пригоден аккумулятор и пригодно устройство, которое может получать энергию от перемещения вращающегося рабочего колеса или от распределений температуры в рабочем колесе.

На чертеже 1 также показан второй блок 9, который оснащен блоком 10 приемника. Последний установлен в или на корпусе насоса при использовании в центробежном насосе. Блок приемника должен быть снабжен защитой в зависимости от нагрузки нагнетаемой средой. Как и в первом блоке 1, может являться целесообразным, чтобы второй блок 9 был отлит непосредственно в корпусе насоса. Приемник 10 настроен на частотный диапазон передатчика 5, который может быть зарегистрирован. Зарегистрированные сигналы подают в блок 11 оценки. В показанном варианте осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, результат оценки может быть показан непосредственно на насосе, для чего предусмотрено соответствующее средство 12 отображения. Отображение может производиться акустически или визуально. В альтернативном варианте имеется возможность передачи результата оценки в системный контроллер более высокого уровня, для чего предусмотрено соединение 13.

Перечень номеров позиций:

1 - первый блок

2 - датчик

3 - соединение с датчиком

4 - микропроцессор

5 - передающий блок

6 - источник энергии

7 - линия передачи

8 - сигнал

9 - второй блок

10 - приемник

11 - блок оценки

12 - дисплей

13 - соединение

Группа изобретений относится к текущему контролю вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, их содержащих. Устройство контроля состоит из первого блока (1) и второго блока (9). Первый блок (1) постоянно соединен с контролируемым компонентом и содержит по меньшей мере один датчик (2) для регистрации свойств компонента, блок (4) оценки для анализа сигналов от датчиков, передающий блок (5) для передачи результата анализа в приемник, который расположен пространственно отдельно от контролируемого компонента, и источник для подачи энергии (6). Второй блок (9) содержит блок (10) приемника, средство (11) оценки переданного сигнала и средство (8) отображения и/или передачи (13) сведений о зарегистрированном свойстве компонента. Передачу результата анализа осуществляют акустическим способом с использованием звуковых волн. Группа изобретений направлена на осуществление текущего контроля. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для текущего контроля вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, содержащих центробежные насосы, состоящее из первого блока (1), который постоянно соединен с контролируемым компонентом, содержащего источник для подачи энергии (6) по меньшей мере один датчик (2), микропроцессор (4), передающий блок (5) для передачи сигнала (8) в приемник, который является пространственно отдельным от контролируемого компонента, и из второго блока (9), содержащего блок (10) приемника, средство (11) оценки переданного сигнала (8) и средство (12) для отображения и/или передачи (13) зарегистрированного свойства компонента,
отличающееся тем, что
сигнал (8) передают акустическим способом посредством звуковых волн.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в линии (7) передачи между передающим блоком (5) и блоком (10) приемника предусмотрено наличие жидких и твердых звукопроводящих сред.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блок (4) оценки из первого блока (1) содержит запоминающее устройство для значений уставок.

4. Устройство по одному из пп.1-2, в котором частота и положение фазы при передаче информации являются иными, чем частоты шума системы.

5. Устройство по одному из пп.1-2, отличающееся тем, что во втором блоке (9) предусмотрено наличие датчика звуковых волн для регистрации шума окружающей среды.

6. Устройство по одному из пп.1-2, в котором первый блок (1) является встроенным в компонент, в частности отлитым вместе с ним.

7. Устройство по одному из пп.1-2, в котором первый блок (1) имеет источник (6) энергии.

8. Устройство по одному из пп.1-2, в котором датчик (2) регистрирует рабочие параметры центробежного насоса или системы.

9. Устройство по одному из пп.1-2, в котором датчик (2) регистрирует свойства компонента центробежного насоса или системы.

10. Устройство по п.9, в котором датчиком (2) является датчик разрушения.

11. Устройство по одному из пп.1-2, в котором датчик (2) регистрирует свойства нагнетаемой среды.

12. Способ текущего контроля вращающихся компонентов с наличием устройства по пп.1-2, отличающийся тем, что опрос по меньшей мере одного датчика (2) производят с циклически повторяющимися интервалами, причем данные с датчика сравнивают со значениями уставок из запоминающего устройства для значений уставок, и когда пороговое значение превышено, то в принимающий блок (10) передают сигнал (8), причем принимающий блок (10) производит оценку сигнала (8) и отображает его на дисплее (12), и/или передает его в системный контроллер более высокого уровня.

13. Способ текущего контроля компонентов с наличием устройства по п.12, отличающийся тем, что для оценки сигналов используют элемент информации, который учитывает шум окружающей среды вокруг центробежного насоса или системы.

14. Рабочее колесо центробежного насоса, отличающееся тем, что оно оснащено устройством контроля по пп.1-2.

15. Рабочее колесо по п.14, отличающееся тем, что оно изготовлено из полимерного материала, в частности из полимербетона.