УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ НАСОСОВ

Устройство относится к испытательной технике, более конкретно к устройствам для безразборной диагностики насосов.
Известен стенд для испытания насосов, содержащий нагрузочное устройство в виде вспомогательного насоса, гидравлически связанного с испытываемым насосом, источник питания, подключенный к электродвигателям обеих насосов (см. авторское свидетельство СССР №954611, F 04 B 51/00, приоритет от 14.01.81 г.).
Недостаток этого стенда - высокие капитальные затраты, т.к. для него необходимы значительные производственные площади (установка двух насосов).
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели является «Устройство для диагностики насосов» (см. авторское свидетельство СССР №898115, F 04 B 51/00, приоритет от 10.04.80 г.). Известное устройство содержит датчики давления, датчик подачи насоса и частоты вращения вала насоса, выходы которых подключены ко входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала. Оно так же содержит блок коррекции диагностируемого насоса по подаче, вход которого подключен к выходу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, а выход - к индикатору.
Известное устройство имеет узкую область применения, т.к.:
- для установки датчика подачи насоса необходимы прямолинейные участки трубопроводов, длины которых более чем в 10 раз превышают их диаметр. При диагностировании насосов большой производительности, например, при диаметре трубопровода 1200 мм, необходимая длина прямого участка должна превышать 12 м. В условиях действующих и при проектировании новых насосных станций выполнить это условие не представляется возможным;
- при помощи него не представляется возможным диагностировать параметрические характеристики насосов, например, коэффициент полезного действия.
Задачей настоящей полезной модели является расширение области применения известного устройства.
Поставленная задача решена так, что известное устройство для диагностики насосов, включающее датчик подачи насоса, по меньшей мере, два датчика давления и датчик частоты вращения вала насоса, выходы которых подключены к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, согласно нашей полезной модели дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным датчиком подачи насоса, блоком сравнения подач, измерителем потребляемой мощности, блоком коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса, блоком анализа диагностируемых параметров, блоком ввода эталонного диагностируемого параметра. При этом, выходы датчика подачи насоса и, по меньшей мере, одного дополнительного датчика подачи насоса подключены к входу блока сравнения подач, выходы блока сравнения подач и измерителя потребляемой мощности подключены к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, вход блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса подключен к выходу блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса, а выходы блоков коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса и ввода эталонного диагностируемого параметра - к входу блока анализа диагностируемых параметров.
Имеется вариант развития, когда устройство дополнительно снабжено насосом с всасывающим и напорным трубопроводами, а, по меньшей мере, два датчика давления установлены соответственно на всасывающем и напорном трубопроводах.
Имеется вариант развития, когда датчик подачи насоса и, по меньшей мере, один дополнительный датчик подачи насоса установлены в разных плоскостях одного сечения всасывающего или напорного трубопровода.
Отличительными признаками заявляемого устройства для диагностики насосов являются:
1. Дополнительное снабжение устройства, по меньшей мере, одним дополнительным датчиком подачи насоса (новый конструктивный элемент);
2. Дополнительное снабжение устройства измерителем потребляемой мощности (новый конструктивный элемент);
3. Дополнительное снабжение устройства блоком коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса (новый конструктивный элемент);
4. Дополнительное снабжение устройства блоком анализа диагностируемых параметров (новый конструктивный элемент);
5. Дополнительное снабжение устройства блоком ввода эталонного диагностируемого параметра (новый конструктивный элемент);
6. Дополнительное снабжение устройства насосом с всасывающим и напорным трубопроводами (новый конструктивный элемент);
7. Установка датчиков давления на всасывающем и напорном трубопроводах (новая связь между элементами);
8. Установка датчиков подачи насоса в разных плоскостях одного сечения всасывающего или напорного трубопровода (новое взаимное расположение элементов);
9. Подключение выходов датчиков подачи насоса к входу блока сравнения подач (новое взаимное расположение элементов);
10. Подключение выхода блока сравнения подач и измерителя потребляемой мощности к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала (новое взаимное расположение элементов);
11. Подключение выходов блока сравнения подач и измерителя потребляемой мощности к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала (новое взаимное расположение элементов);
12. Подключение входа блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса к выходу блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса (новое взаимное расположение элементов);
13. Подключение выхода блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса к входу блока анализа диагностируемых параметров (новое взаимное расположение элементов);
13. Подключение выхода блока эталонного диагностируемого параметра к входу блока анализа диагностируемых параметров (новое взаимное расположение элементов).
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 6 и 7 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный и новый эффект.
Положительный эффект заключается в том, что расширяется область применения устройства, т.к.:
- исключается необходимость в прямолинейных участках трубопроводов, длины которых более чем в 10 раз превышают их диаметр. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №6-11, т.к. появляется возможность исключать из диагностики режимы, при которых подачи измерены не достоверно, например, в переходных режимах;
- появляется возможность диагностировать параметрические характеристики насосов, например, коэффициент полезного действия. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-5, 12-14.
Новый эффект заключается в том, что повышается достоверность диагностики. Это достигается благодаря отличительному признаку №2, т.к. появляется возможность проведения измерений во время пуска насоса, когда его подача равна нулю. В это время измеряется только развиваемое (максимально возможное) давление. Его знание повышает достоверность построения фактической зависимости КПД от подачи.
Таким образом, заявляемое устройство для диагностики насосов отвечает критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемое авторами устройство отличается от прототипа конструктивно.
На фиг.1 представлена конструкция устройство для диагностики насосов, на фиг.2 - пример сравнения паспортной (эталонной) и фактической (измеренной) зависимостей КПД насоса от его подачи.
Устройство содержит (см. фиг.1):
- по меньшей мере, датчик 1, датчики 2 давления и датчик 3 частоты вращения вала насоса, выходы которых подключены к входу блока 4 коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала;
- датчик 5 подачи насоса.
Устройство так же дополнительно снабжено:
- по меньшей мере, одним дополнительным датчиком 6 подачи насоса;
- блоком 7 сравнения подач. При этом, выходы датчика 5 подачи насоса и, по меньшей мере, одного дополнительного датчика 6 подачи насоса подключены к входу блока 7 сравнения подач, а выход блока 7 -к входу блока 4 коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала;
- измерителем 8 потребляемой мощности. Выход измерителя 8 подключен к входу блока 4 коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала;
- блоком 9 коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса. Выход блока 4 коррекции диагностируемого параметра по
частоте вращения вала подключен к входу блока 9 коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса;
- блоком 10 анализа диагностируемых параметров. Выход блока 9 коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса подключен к входу блока 10 анализа диагностируемых параметров;
- блоком 11 ввода эталонного диагностируемого параметра. Выход блока 11 ввода эталонного диагностируемого параметра подключен к входу блока 11 анализа диагностируемых параметров.
Возможен вариант развития, когда устройство дополнительно снабжено насосом 12 с всасывающим 13 и напорным 14 трубопроводами. При этом, по меньшей мере, два датчика давления (1 и 2) установлены соответственно на всасывающем и напорном трубопроводах.
Возможен вариант развития, когда датчик подачи насоса 5 и, по меньшей мере, один дополнительный датчик 6 подачи насоса установлены в разных плоскостях одного сечения всасывающего 13 или напорного 14 трубопроводов.
ф
ф
n
n
ф
ф
n
n
ф
n
1
n
n
1
n
Для примера, в качестве диагностируемого параметра принята фактическая зависимость коэффициента полезного действия (КПД) η насоса от подачи Q, т.е. зависимость η=f(Q). Этот диагностируемый параметр доступен для понимания специалистами на основании уровня техники их смыслового содержания, т.к. содержится в паспорте любого насоса. Паспортная зависимость η=f(Q) в данном случае является эталонной. В процессе эксплуатации (возможно длительной) фактическая зависимость η=f(Q) за счет износа насоса начинает отличаться от η=f(Q). Причем, при фиксированном Q η<η. Это приводит к перерасходу энергии при работе насоса. Перерасход энергии имеет место и в тех случаях, когда насос развивает подачу, например Q, при которой η=f(Q) менее максимально возможного η.
Устройство работает следующим образом. Все датчики (1-3, 5, 6, 8) синхронно (т.е. в одно и тоже время) и через один и тот же интервал времени (например, 1 минуту) снимают показания.
При этом, сигналы от датчиков 1 и 2 давления, измеряют давления соответственно на всасывающем 13 и напорном 14 трубопроводах. Сигнал от датчика 3 частоты вращения вала насоса 12 измеряет скорость вращения вала (на фиг.1 не показан) насоса.
Сигналы от датчика 5 подачи насоса и, по меньшей мере, одного дополнительного датчика 6 подачи насоса измеряет подачи насоса 12 в разных плоскостях одного сечения всасывающего 13 или напорного 14 трубопроводов (на фиг.1 показан вариант, когда измерение осуществляется на всасывающем трубопроводе). Две измеренных подачи поступают в блок 7 сравнения подач.
Измеритель 8 потребляемой мощности определяет потребляемую мощность приводом (не показан) насоса 12.
Измеренные значения от всех датчиков (1-3, 8) и блока 7 сравнения подач поступают в блок 4 коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, где производится приведение измеренных значений к номинальной частоте вращения вала, т.е. паспортной. Измеренная (фактическая) частота вращения может отличаться от паспортной по следующим причинам: установка двигателя с другой частотой вращения; установка регулятора частоты вращения; скольжение в двигателях и т.п.).
Если в блоке 7 в результате сравнения определена значительная разница между измеренными подачами (например, больше допустимой погрешности измерений), то результаты измерений всех датчиков (включая датчиков подач), выполненные в это время, не учитываются. В противоположном случае подача определяется, как средняя величина меду показаниями датчика 5 подачи насоса и, по меньшей мере, одного дополнительного датчика 6 подачи насоса.
Откорректированные таким образом все измеренные значения поступают в блок 9 коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса. В нем осуществляется приведение измеренных значений к номинальному (паспортному) диаметру рабочего колеса.
В процессе синхронных измерений все откорректированные таким образом значения поступают в блок 10 анализа диагностируемых параметров, где накапливается массив фактических параметров, отражающих зависимость от подачи Q следующих значений:
- потребляемой мощности N;
- развиваемого давления Р;
ф
- коэффициента полезного действия η.
ф
ф
На основании полученных данных в блоке 10 определяется фактическая зависимость коэффициента полезного действия (КПД) η насоса от подачи Q, т.е. зависимость η=f(Q). Она может быть определена либо в процессе аппроксимации данных, либо посредством графического построения, либо другими методами. Чем больше данных, тем выше точность ее построения.
ф
ф
Для уменьшения объема измерений и повышения их достоверности имеется возможность проведения измерений во время пуска насоса 12, когда его подача равна нулю. В это время измеряется только развиваемое (максимально возможное) давление. Его знание повышает достоверность построения фактической зависимости η=f(Q).
n
n
ф
ф
В блок 10 анализа диагностируемых параметров через блок 11 ввода эталонного диагностируемого параметра поступает паспортная (эталонная) зависимость η=f(Q). Ее сравнение с фактической η=f(Q) позволяет ответить на вопрос о перерасходе энергии при работе насоса.
В качестве примера на фиг.2. представлен вариант такого сравнения. Из него видно, что максимальное значение паспортного КПД насоса находится на уровне 89%, а фактического - на уровне 68%. Следовательно имеет место перерасход энергии. Требуется или капитальный ремонт, или замена насоса на новый.