СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Полезная модель относится к компрессоростроению, предназначена для предупреждения обслуживающего персонала о механических неисправностях и защиты компрессора от аварийных режимов.
В процессе эксплуатации поршневых компрессоров загрузка узлов крепления механизмов движения может ослабляться, что способствует появлению вибраций - стуков, ударов и даже разрушений, приводящих к возникновению аварийных ситуаций. Измерение такой характеристики, как ударная нагрузка, может быть использована в качестве источника информации о состоянии узлов поршневого компрессора.
Известны системы диагностики компрессора, в которых определяют характеристики вибрации узлов компрессора с помощью вибродатчиков, выходные сигналы от вибродатчиков в последующем преобразуют в цифровую форму, анализируют соответствующим образом в анализирующем устройстве и, по результатам анализа, формируют информацию, характеризующую состояние узлов компрессора, которую передают на индикаторное устройство. [Обзорная информация «Компрессорное машиностроение», серия ХМ-5. Техническая диагностика поршневых компрессорных машин. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1980, с.с.13-16, 18-22].
Известна также система защиты поршневого компрессора от механических неисправностей, которая содержит четыре датчика ускорения вибрации, закрепленные на средней части внешней боковой поверхности цилиндров сжатия низкого и высокого давлений компрессора, и на внешней поверхности рамы компрессора вблизи левого и правого крейцкопфов. Выходы датчиков ускорения вибрации через соответствующие преобразователи сигналов ускорения вибрации соединены с входами данных процессорного блока, выходы которых соединены с входами данных индикаторного блока и блока управления приводом компрессора. Процессорный блок выполнен обеспечивающим формирование предупредительного и аварийного сигналов [Патент РФ №2206795, 7 МПК F04D 27/00, G01H 1/08, з. №2001128684, приоритет 24.10.2001, опубл. 20.06.2003].
Таким образом, в сопоставляемой части с заявляемой конструкцией, одна ступень известной системы защиты компрессора от механических неисправностей содержит два датчика ускорения вибраций, один из которых установлен на средней части внешней боковой поверхности цилиндра, а другой - на внешней поверхности рамы компрессора вблизи крейцкопфа.
Недостатком известных систем является наличие значительного количества датчиков, определяющих неисправности в поршневом компрессоре.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств получения информации о возникновении механических неисправностей в поршневом компрессоре.
Поставленная задача в системе защиты поршневого компрессора от механических неисправностей, включающей датчик вибросигналов, преобразователь вибросигналов, процессорный и индикаторный блоки, причем выход датчика вибросигналов через преобразователь вибросигналов соединен с входом процессорного блока, выход которого соединен с входом индикаторного блока, процессорный блок выполнен обеспечивающим формирование предупредительного и аварийного сигналов, решается тем, что в качестве датчика вибросигналов система содержит датчик ударных нагрузок, закрепленный на средней части внешней поверхности направляющей компрессора.
Отличием заявляемой системы защиты является то, что в качестве датчика вибросигналов система содержит датчик ударных нагрузок, закрепленный на средней части внешней поверхности направляющей компрессора.
В качестве датчика ударных нагрузок используется датчик марки IMPACT IT6810, который снабжен пьезоэлектрическим элементом и обладает функцией таймера, как необходимой составляющей для определения порога ударных нагрузок. Счетчик количества ударных нагрузок и запоминающее устройство, которые содержит датчик, используются для записи ударных нагрузок с целью установки соответствующей амплитуды уровня порога. Выходной сигнал датчика (от 4 мА до 20 мА) соответствует количеству ударных нагрузок выше уровня порога в заданном временном окне.
Временное окно - это отрезок времени, за который подсчитывается количество ударных нагрузок, которые превышают уровень порога, измеряется в секундах. Размер временного окна вычисляется по эмпирической формуле: 960/RPM, где RPM - число оборотов двигателя за минуту. Размах временного окна составляет 0,8-3,6 секунды. Максимальное количество ударных нагрузок равно 16, что соответствует на выходе 20 мА, а минимальное равно 0, что соответствует на выходе 4 мА.
Уровень пороговой нагрузки - количество импульсов пиков виброускорений с соответствующей амплитудой уровня порога за 1 оборот двигателя.
Датчик имеет три винта, под которыми расположены регулируемые переменные резисторы, вращением которых производится настройка нуля, временного окна и уровня срабатывания счетчика количества ударных нагрузок.
Наличие датчика ударных нагрузок марки IMPACT IT6810 за счет регистрации пиковых значений виброускорения и подсчета количества импульсов, превышающих уровень срабатывания в течение заданного временного окна, обеспечивает получение сигнала о неисправности и производит обработку измеренной информации.
Благодаря такому конструктивному выполнению предлагаемой системы защиты достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности выявления механических неисправностей в поршневом компрессоре с использованием одного датчика, что позволяет упростить систему диагностирования неисправностей.
На фиг.1 представлена схема системы защиты одного ряда поршневого компрессора от механических неисправностей, на фиг.2 представлена часть диаграммы технического состояния за 22.07.2008 с 8,35 до 8,57 час.
Поршневой компрессор является оппозитным, одноступенчатым, и может состоять из нескольких рядов цилиндров. Каждый ряд включает цилиндр 1 с поршнем 2, который посредством штока 3 соединен с крейцкопфом 4, расположенным в направляющей 5. На средней части наружной поверхности направляющей 5 жестко закреплен датчик 6 ударных нагрузок марки IMPACT IT6810 с пьезоэлементами и счетчиком (на схеме не показаны). Выход датчика 6 соединен с входом преобразователя 7 вибросигналов. Выход преобразователя 7 вибросигналов соединен с входом процессорного блока 8, выход которого соединен с входом индикаторного блока 9.
Процессорный блок 8 обеспечивает формирование предупредительного и аварийного сигналов.
Система защиты поршневого компрессора от механических неисправностей работает следующим образом.
Предварительно производится настройка датчика 6 ударных нагрузок при помощи винтов (на схеме не показаны), под которыми расположены регулируемые переменные резисторы (на схеме не показаны), вращением которых и производится настройка параметров на установку «0». Измеряется уровень нуля, и если он отличен от 4 мА, например 3,95-4,05, то выставляется - 4 мА, что соответствует количеству ударных нагрузок, равных нулю.
При любой неисправности компрессора, в нем возникают вибрации (шумы, удары, колебания и т.д.), которые воздействуют на пьезоэлементы датчика 6 ударных нагрузок. Датчик 6 регистрирует короткие ударные импульсы (пиковые значения виброускорения). Счетчик датчика 6 подсчитывает количество импульсов, превышающих уровень срабатывания в течение заданного временного окна, которое заранее настраивается в зависимости от скорости вращения коленчатого вала 10 (по формуле 960/RPM). Результаты измерений представляются токовым сигналом от 4 мА до 20 мА, который отражает количество превышений порогового уровня ударных импульсов в течение временного окна. Токовый сигнал поступает на вход преобразователя 7 вибросигналов, где преобразуется в цифровой сигнал, который затем поступает на вход процессорного блока 8. В процессорном блоке 8 происходит формирование предупредительного или аварийного сигналов путем сравнения поступившего цифрового сигнала с заранее выставленными пороговыми значениями (норма, предупреждение, авария) в соответствующей области памяти, к которой обращается процессорный блок 8.
Далее с процессорного блока 8 выходной сигнал поступает на вход индикаторного блока 9, на экране которого появляется предупредительная текстовая информация для оператора о техническом состоянии компрессора. Регистрируется три состояния агрегата: нормальное (4,0-11,9 мА), предупреждение о неисправности (12,0-15,9 мА) и аварийное (16,0-20,0 мА).
Таблица соответствия
Уровень пороговой нагрузки
Выходной сигнал
Питание отключено
0 мА
Нагрузок больше порога нет
4 мА
2 нагрузки больше порога
6 мА
4 нагрузки больше порога
8 мА
6 нагрузок больше порога
10 мА
8 нагрузок больше порога
12 мА
10 нагрузок больше порога
14 мА
12 нагрузок больше порога
16 мА
14 нагрузок больше порога
18 мА
16 нагрузок больше порога
20 мА
На представленной диаграмме (фиг.2) наглядно видно, что от точки А до точки В компрессор работал в нормальном режиме; от точки В до точки С система показывает предупреждающий сигнал, а от точки С до точки D сформировался аварийный сигнал, после которого компрессор был выключен.
Таким образом, получение информации о неисправностях в поршневом компрессоре осуществляется с помощью одного датчика ударных нагрузок.
Выявленные механические неисправности требуют их устранения, что влечет за собой проведение мероприятий по отключению компрессора и вывода его в ремонт.
Заявляемая система не требует специального программного обеспечения и сложных математических расчетов. Все вычисления производятся непосредственно в датчике, а на выходе получают стандартный сигнал, пропорциональный количеству ударных нагрузок. Система однозначно идентифицирует дефекты и неисправности, возникающие в период эксплуатации компрессора.
В настоящее время заявляемая система проходит опытно-промышленные испытания на Оренбургском Гелиевом заводе.