Датчик металлических включений в потоке жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N27/72 

(54) ДАТЧИК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПОТОКЕ

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для диагностики насосов, перекачивающих криогенные жидкости, где непрерывный контроль работоспособности подшипникрв является необходимым условием предотвращения аварий.

Известен датчик для обнаружения металлических частиц в потоке жидкости, содержащий корпус, и установленные соосно с ним обмотку .на цилиндрическом каркасе и щелевой фильтр 1

Недостатком данного устройства явля(втся низкая чувствительность к частицам металла размером меньше 1,О мм, так как уровень выходного сигнала зависит от степени удаления траектории частицы от внутренней поверхности каркаса катушки индуктивности.

При этом, частицы , чем размер ячейки фильтра, проходят внутри него и не регистрируются устройством, хоЖИДКОСТИ

тя они несут основную информацию о ранних стадиях износа подшипников.

В случае применения известного устройства для обнаружения частиц в потоке криогенной жидкости, типа водорода, азота, кислорода, иэ-за возникновения кавитащси на фильтре, приводящей к двухфазности потока и вибрации катущки индуктивности, возникают существенные искажения полезного сигнала.

Кроме того, указанное устройство характеризуется снижением ойцей чувствительности из-за размещения фильтра в магнитном поле катушки индуктивности.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Цель достигается тем, что в датчик металлических включений в потоке жиоKooTit, содержащий корпус и установленную сроено с ним обматку на цилиндоическом каркасе, введена.втулка с винтовыми лопастями установленная соосно с KOJ пусом, выходной торец втулки вьтолнен в виде обтекателя, конец которого совпа дает с началом обмотки, при этом угол подъема винтовых лопастей втулки лежи в пределах 43° р 52 а высота лопастей определяется иэ соот ношения е-т)-а-с, где 6 - высота лопастей; D - внутренний диаметр корпуса; 6 - диаметр втулки; С -; расстояние между поверхность обтекателя и внутренней поверкностью каркаса. На чертеже изображен предлагаемый датчик. Датчик металлических включений в потоке жидкости содержит корпус 1 уст . новленныйсоосно с трубопроводом 2, по которому проходит контролируемый поток, цилиндрический каркас 3, втулку 4 с винтовыми лопастями 5 и обтекателем 6 заостренный конец которого совпадае с началом о&лотки 7, при этом обтекатель 6 образует с цилиндрическим каркасом 3 кольцевой канал 8. Устройства работает следующим обра зом. Контролируемый поток жидкости, проходя из трубопровода 2 в полость корпу са ±5 встречает на своем пути втулку 4 с винтовыми лопастями 5, которые об разуют с внутренней поверхностью корпу са 1 винтовые каналы, суммарная площадь проходного сечения которых опреде ляется как где я - число каналов; {„ - площадь одного канала; Q - массовый расход жидкости, проходящей через устройство; О - плотность жидкости; - вращательная составляющая скорости потока, которая выт &1рается из условия . где р - давление контролируемого потока в трубопроводе; температура криогенной жидкости;поел скорость потока пр проходе через датчик; KI.K постоянные коэффициенты, характерные для каждого вида криогенной жидкости. Указанное значение вращательной составлятадей скорости по-тока обеспечивает с одной стороны надежное приближение частиц металла, содержащихся в потоке, к внутренней поверхности каркаса катущки индуктивности под действием центробежных сил, возникающих вследствие вращения потока, а с другой стороны отсутствие кавитации криогенной жидкости при проходе ее через устройство. Получив вращательную составляющую dKopocTH указанной величины, поток выходит по кольцевому каналу 8 в зону обмотки 7, где региртруются изменения амплитуды электромагнитных колебаний, создаваемыхобмоткой 7, в зависимости от концентрации и размеров меггаляических включений в потоке жидкости. Как показьгоают проведенные проливки на ряде криогенньк жидкостей, выполнение угла , подъема винтовых лопастей 5 менее 43 приводит к увеличению длины каналов, и, соответственно, габаритных размеров устройства, а также к росту гидравлического сопротивления и снижению чувствительности датчика. При выполнении угла подъема винтовых лопастей 5 более 52 на теневой стороне последних образуются локальные зоны турбулентных срьтных течений, в которых возникают отдельные очаги .вскипания криогенной жидкости, что недопустимо по условиям эксплуатации и также приводит к снижению чувствительности датчика. Кольцевой.канал 8 позволяет исключить возможнисть образования газового пузыря и срывных течений на выходе втулки 4. Таким образом, чувствительность устройстЬа повышается, так как все частицы металла, независимо от их размера, проходят вблизи витков катчтики. Выполнение устройства в соответствии с приведенньп 1и зависимостями полностью исключает возможность возникновения кавитации или срывных течений криогенной жидкости и не вносит существенного гидродинамического сопротивления в поток. Кроме того, предлагаемое устройсто исключает хаотичность траекторий частиц и влияние на величину сигнала асстояния от внутренней стенки кпркаca катушки до траектории частиц, так как все частицы проходят по внутренней стенке каркаса катушки. Следовательно в предлагаемом .устройстве величина сигнала зависит только от размера частиц. Это обстоятельство является существенным, так как стадия аварийного износа подшкпника, работающего в криогенной среде, отличается от стадии нормального износа размером образующихся металлических продуктов износа. Поэтому для определения ранних стадий развития аварийного износа необходимо непрерывно контролировэть разме проходящих через чувствительный элемет частиц.. Это требование в полной мере вьшолняется при применении предлагаемого устройства. Испытания показьтают, что предлагаемый датчик обладает чувствительностьк) в 2j5 раза вьпле, чем известный, .и способен регистрировать металлические включения В потоке криогенной жидкости размером 0,2 мм, т.е. по массе частиц чувствительность возрастает на два порядка. Формула изобретения Датчик металлических включений в по токе жидкости, содержащий корпус и раз мешенную соосно с ним на цилиндрическом каркасе, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введена втулка с винтовыми лопастями, расположенная соосно с корпусом, выходной торец втулки выполнен- в виде обтекателя, конец которого совпадает с началом обмотки, при этом угол подъема втгговых лопастей вгтупки лежит в пределах . , а высота лсшастей определяется из соотношенияе--т)-в--с, где 8 - Высота лопастей; Т) - внутренний диаметр корпуса; (3 - дааметр втулки; С - расстояние между поверхностью обтекателя и внутренчей поверхностью каркаса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство CGGP № 487362, кл. GOlN 3/1О, 05.1О.75.