Способ определения импеданса объемного насоса и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК F04B51/00 F15B19/00 

Изобретение относится к гидравлическим приводам и системам гидроавтоматики и может быть использовано для создания гидравлических систем, оказывающих минимальное динамическое воздействие на гидромашины объемного типа.

Цель изобретения - обеспечение высокой точности и эффективности оценки импеданса насоса.

На фиг, 1 показана схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - пример расположения четверти длины волны первой гармоники в пределах длины напорного трубопровода; на фиг. 3 - спектр пульсации давления, полученный на выходе испытываемого насоса в диапазоне частот от f 0 до f 1000 Гц.

Устройство для определения импеданса объемного насоса содержит испытываемый насос 1, напорный трубопровод 2, датчики 3 давления, установленные на напорном трубопроводе 2, технологическую регулируемую объемную гидромашину - плунжерный регулируемый гидромотор 4, датчики частоты вращения с умножающими устройствами 5 и 7, анализатор 6 спектра. Вместо анализатора спектра б можно использовать миниЭВМ.

При испытании насоса на заданной частоте вращения его вала и при определенном расходе жидкости агрегат генерирует в напорной полости пульсирующее давление ДРм(т.), которое передается в напорный трубопровод 2.

Одновременно с этим, при прохождении жидкости через технологическую гидро- машину (плунжерный регулируемый гидромотор) последняя генерирует в напорной полости пульсирующее давление A Pr(t), которое поступает в напорный трубопровод 2 и передается по трубопроводу в виде прямой волны к испытываемому насосу 1. Этот сигнал затем отражается от работающего насоса 1 и в виде отраженной волны возвращается к источнику колебаний, т.е. к технологической гидромашине,

В напорном трубопроводе 2 образуется сложное акустическое поле, в котором существуют прямые и отраженные волны нескольких гармоник, начиная с первой, генерированные как испытываемым насосом 1, так и технологической гидромашиной.

Вид волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, зависит от условия отражения, т.е. от величины и вида импеданса испытываемого насоса 1. Если импеданс определяется в основном гидравлическим (омическим) сопротивлением ZR насоса, которое больше волнового сопротивления трубопровода а о

ZB

тр

где ZB - волновое сопротивление трубопровода;

а - скорость звука;

р- плотность жидкости;

STp - площадь проходного сечения трубопровода,

то в районе его напорного штуцера располагается пучность (максимум) волны этой гармоники.

Если импеданс насоса 1 определяется

емкостным и гидравлическим сопротивлениями, то возможны два случая: гидравлическое сопротивление ZR равно волновому сопротивлению трубопровода Za, в этом случае отражение от испытываемого насоса отсутствует и в напорном трубопроводе существует только прямая волна первой гармоники; гидравлическое сопротивление ZR меньше волнового сопротивления трубопровода ZB, в этом случае в районе напорного штуцера насоса располагается узел (минимум) волны.

Для определения параметров волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной 4, необходимо иметь достаточное количество точек измерения давления на напорном трубопроводе, которое принято равным не менее десяти.

Для давления, замеренного в каждой

точке трубопровода, определяется спектр, из состава которого выделяют первую гармонику давления, генерируемого технологической гидромашиной 4. Данная операция осуществляется при помощи анализатора спектра (или миниЭВМ) 6, к которому поочередно подключаются датчики 3 давления.

Для обеспечения высокой точности выделения первой гармоники используется

опорная частота, которая определяется при помощи датчика частоты вращения, подключенного к валу технологической гидромашины, и умножающего устройства, точно соответствующая частоте первой гармоники

fl. ПР ZP

1т60

где пр - скорость вращения вала гидромашины, об/мин;

5 Zp - количество рабочих органов (плунжеров).

Опорная частота отдатчика и умножающего устройства подается на вход анализатора спектра.

Аналогично подводится частота, определяемая при помощи датчика частоты вращения, подключенного к валу испытываемого насоса, и умножающего устройства, точно соответствующая частоте первой гармоники давления, генерируемого испытываемым насосом.

На фиг. 3 показан спектр пульсации давления, полученный на выходе испытываемого насоса в диапазоне частот от f - 0 до f - 1000 Гц. По вертикальной оси отложены значения давления в логарифмическом масштабе, а по горизонтальной оси - значения частоты. Составляющие спектра показаны в виде вертикальных линий - сплошных и штриховых.

С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с балом насоса, определяется частота первой гармоники, ге- нерируемой испытываемым насосом f 1н - 225 герц, определяются высокочастотные гармоники f2H 450 Гц, fan 675 Гц и f4H S Ю Гц. Все насосные гармоники маркируются на спектре.

С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с валом технологического гидромотора, определяется частота первой гармоники, генерируемой гидромотором, fir ° 210 Гц. На спектре пульсации находят эту гармонику (на фиг. 3 показана штриховой линией) и фиксируют ее амплитуду Д Pi.

Аналогично поступают со спектром пульсации давления, полученным для других точек напорного трубопровода. По пол- ученным значениям амплитуд первой гармоники, генерируемой гидромотором, определяют зависимость

(х), которая показана на фиг. 2 (кривая 8).

Для получения полной информации о величине импеданса испытываемого насоса замеряют максимальное ДР1макс и минимальное ДРыин значения амплитуд волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной. Для обеспечения этого длина напорного трубопровода принимается из условия

1нтр ЈА/4,(1)

причем длина волны определяется по скорости звука в жидкости и по заданному ми- нимальному значению частоты первой гармоники давления, генерируемого, технологической гидромашиной.

Условие (1) обеспечивает одновремен- ре расположение в пределах длины напорото трубопровода пучности (максимума) и зла (минимума) волны первой гармоники,

что гарантирует замер максимального Д Ртмакс и минимального ДР1мин значений амплитуд.

В том случае, когда в районе напорного 5 штуцера насоса располагается пучность волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, импеданс насоса определяется соотношением

107 -7 А Р 1М8КСКГ

ZR ZB

ДРыин с-см4

Если в районе напорного штуцера насоса располагается узел волны первой гармоники давления, генерируемого тех- ° нологической гидромашиной, то

7-7 Д Р 1МИНКГ

ZR ZB

Л г 1макс с см

где ZB - волновое сопротивление трубопроQ вода.

В качестве примера применения предлагаемых способа и устройства рассмотрим определение импеданса плунжерного насоса переменной производительности, имею5 щего данные: число плунжеров 1рн 9; удельная подача (максимальная) WH ш 70 см /об; частота вращения вала (постоянная) WH 1500 об/мин; давление нагнета- ния Рн 100 кг/см ; диапазон частот

о определения импеданса Af 100-300 Гц.

Частота первой гармоники давления, генерируемого насосом,

ZPH 1500

f«i JbyL

- 225 Гц .

10

,-з

6060

5 Максимальный расход насоса ОнМакс WH Пр„ 70 1500

- 105дм /мин.

Выбираем в качестве технологической гидромашины такой же насос переменной 0 производительности: число плунжеров Zpr 9; удельная подача (максимальная) Wr 70 см /об; давление нагнетания Рн 100 кг/см2.

Частота вращения вала гидромашины, 5 соответствующая частоте первой гармоники, равной нижнему пределу заданного диапазона fr 100 Гц, Прг 666 об/мин

ргУ

0 Расход жидкости, необходимый для поддержания данной частоты вращения вала гидромашины,

QH Wr -npr 70 -666 46,62 дм3/мин.

5 Этот расход обеспечивается за счет регулирования производительности насоса.

Частота вращения вала гидромашины, соответствующая частоте первой гармоники, равной верхнему пределу заданного диапазона fr - 300 Гц,

Прг -

60 fr 60 300

2000 об/мин

. Zpr9

Учитывая максимальный расход насоса, регулируем подачу гидромашины для обеспечения указанной частоты

Wr

Q

нмакс

10

-3

105 10

гп л

2000

Прг

- 52,5 см3/об.

Таким образом, за счет регулирования производительности насоса или подачи технологической гидромашины можно обеспечить заданную частоту первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной.

Находим значение четверти длины волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной

з /А - а 1000 0 с,. Я /4 ---. ---- 2,5 м .

4 fг 4-100 Исходя из условия

Гнтр г А/4, принимаем длину напорного трубопровода

нтр - 1,1 А /4 - 2,5+0,25 - 2,75 м. Используем в качестве напорного трубопровода стальную трубу с внутренним диаметром d 16 мм. Волновое сопротивление трубопровода

ZB -

1000 10 0.8 10

этр

39,80,785 1,62 КГ

С СМ4

Пусть импеданс испытываемого насоса превышает волновое сопротивление трубопровода, а соотношение А Р 1макс /А Р 1мин 5,0, тогда импеданс насоса

др1макс 39.8-5.0 199 А г 1мин

кг

с см

Таким образом, использование предлагаемых способа и устройства обеспечивает высокую точность и эффективность определения импеданса объемного насоса в рабочих условиях, т.е. при заданных частоте вращения ротора, расходе жидкости, давлении нагнетания и т.д.

Формула изобретения

1.Способ определения импеданса объемного насоса, включающий измерение параметров стоячей волны пульсации

давления в напорном трубопроводе, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой точности и эффективности оценки импеданса насоса, регулируют насос и технологический плунжерный гидромотор,

подключенный к. напорному трубопроводу, до обеспечения заданной частоты пульсации давления, генерируемой гидромотором и облучающей насос, с помощью нагрузочного устройства, связанного с валом гидромотора, устанавливают заданное среднее давление в напорном трубопроводе, определяют состав спектра переменного давления, замеренного в нескольких точках трубопровода, используя частоту вращения

вала, выделяют из состава спектра каждой точки трубопровода первую гармонику пульсации, генерируемой гидромотором, определяют форму и параметры стоячей волны этой гармоники - максимальное и

минимальное значения амплидут, и по их отношению вычисляют импеданс объемного насоса.

2.Устройство для определения импеданса объемного насоса, содержащее испытуемый насос с напорным трубопроводом, измерительную аппаратуру, включающую анализатор спектра, датчики динамического давления, равномерно установленные по длине напорного трубопровода, отличающ е е с я тем, что. с целью обеспечения высокой точности и эффективности оценки импеданса насоса, оно снабжено технологическим регулируемым гидромотором с нагрузочным устройством, подключенным к

напорному трубопроводу, датчиками частоты вращения с умножающими устройствами, установленными на валах насоса и гидромотора, а длина напорного трубопровода равна не менее А /4, где А 5 длина волны; а - скорость звука; fiiMHH - заданное минимальное значение частоты первой гармоники пульсирующего давления, генерируемого технологическим гидромотором.

|

t-v

C2

. ГЧА- -I

l-

I

n- /-

I

I

D D D 3

3x

D

X

3 D

«C

«N

x

N

i

4

Изобретение м. б. использовано для создания гидравлических систем, оказывающих миним. динамическое воздействие на гидромашины объемного типа. Цель изобретения - обеспечение высокой точности и эффективности оценки импеданса объемного насоса. Измеряют параметры стоячей волны пульсации давления в напорном трубопроводе (ТП) 2. Регулируют насос 1 и технологический плунжерный гидромотор 4, подключенный к ТП 2, до обеспечения заданной частоты пульсации давления, генерируемой гидромотором 4 и облучающей насос 1. С помощью нагрузочного устр-ва, связанного с валом гидромотора 4, устанавливают заданное среднее давление в ТП 2. Определяют состав спектра переменного давления, замеренного в нескольких точках ТП 2. Используя частоту вращения вала, выделяют из состава спектра каждой точки ТП 2 первую гармонику пульсации, определяют форму и параметры стоячей волны этой гармоники - макс. и миним. значения амплитуд и по их отношению вычисляют импеданс насоса 1. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

JT:

D

250500750 f%

№01J