СТЕНД ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ПО ВИБРАЦИОННЫМ И АКУСТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к исследованию оборудования, и может быть использована для диагностирования технического состояния центробежных насосов, в частности выявлению дисбаланса, дефектов подшипников качения, изгиба валов.
Известен измеритель шума и вибрации [1]. Основными его недостатками является невысокая точность при определении значений вибрации вала насоса и шарикоподшипников и невозможность при этом определить наличие изгиба вала.
Наиболее близким к предлагаемой полезно модели является стенд для вибрационной диагностики роторных систем [2]. Основным его недостатком является невозможность определения наличия изгиба вала и взаимосвязи между вибрационными и акустическими характеристиками.
Цель изобретения - упрощение устройства, повышение точности и достоверности при определении величин вибрации валов, подшипников, наличия изгиба валов центробежных насосов, связанных с временем наработки,
при диагностировании их состояния для расчета остаточного ресурса работы и определение зависимости между вибрационными и акустическими характеристиками.
Поставленная цель достигается за счет того, что в стенд для диагностирования центробежных насосов по вибрационным и акустическим характеристикам, содержащем ПЭВМ, аналого-цифровой преобразователь, электродвигатель, датчики вибрации, введены центробежный насос, задвижка на напорной линии, задвижка на всасывающей линии, резервуар с перекачиваемым продуктом, напорный трубопровод, всасывающий трубопровод, вал электродвигателя, соединенный с валом насоса муфтой, вал насоса, установленный на двух опорах, роль которых выполняют первый и второй шарикоподшипники, модуль связи, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй коммутируемые усилители, первый и второй фотоприемники, первый микрофон, выход которого соединен первым входом второго коммутируемого усилителя, второй микрофон, выход которого соединен со вторым входом второго коммутируемого усилителя, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко второму входу модуля связи, датчики вибрации, выполненные в виде первого волоконно-оптического датчика биения вала, волоконно-оптический канал которого соединен с входом первого фотоприемника, выход которого подключен к первому входу первого коммутируемого усилителя, второго волоконно-оптического датчика биения вала, волоконно-оптический канал которого соединен с входом второго фотоприемника, выход которого подключен ко второму входу первого коммутируемого усилителя, первый выход которого подключен к входу устройства поддержания стабильности светового потока, выход которого подключен к светодиодам первого и второго волоконно-оптического датчиков, второй выход первого коммутируемого усилителя подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу модуля связи, выход которого по интерфейсной линии подключен к ПЭВМ.
Полезная модель позволила получить технический результат, а именно: возможность определять наличие изгиба вала, вибросмещение вала, вибрации шарикоподшипников, и амплитуды звукового давления, соответствующие значениям вибросмещения вала и вибрации шарикоподшипников, связанным с временем наработки, что позволяет при диагностировании центробежного насоса определять значения виброхарактеристик и остаточный ресурс по измеренным значениям амплитуды звукового давления.
На фиг.1 приведена структурная схема полезной модели.
В состав структуры полезной модели входят: вал электродвигателя 1, электродвигатель 2, соединительная муфта 3, первый шарикоподшипник 4, вал насоса 5, второй шарикоподшипник 6, центробежный насос 7, первый фотоприемник 8, первый волоконно-оптический датчик 9, первый микрофон 10; второй волоконно-оптический датчик 11, второй микрофон 12, устройство поддержания стабильности светового потока 11, первый коммутируемый усилитель 14, первый аналого-цифровой преобразователь 15, второй фотоприемник 16, модуль связи 17, второй аналогово-цифровой преобразователь 18, второй коммутируемый усилитель 19, напорный трубопровод 20, напорная задвижка 21, резервуар с перекачиваемым продуктом 22, задвижка на всасывающей линии 23, всасывающий трубопровод 24, светодиод первого волоконно-оптического датчика 25, волоконно-оптический канал первого волоконно-оптического датчика 26, светодиод второго волоконно-оптического датчика 27, волоконно-оптический канал второго волоконно-оптического датчика 28, ПЭВМ 29, интерфейсная линия 30.
Вал электродвигателя 1 с помощью соединительной муфты 3 соединен с валом насоса 5, который установлен на первом 4 и втором 6 шарикоподшипниках, с помощью всасывающего трубопровода 24 и напорного трубопровода 20 насос 5 соединен резервуаром с перекачиваемым продуктом 22. Первый микрофон 10 соединен с первым входом второго коммутируемого усилителя 19, второй микрофон 12 соединен со вторым входом второго коммутируемого усилителя 19, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя 18, выход которого подключен ко второму входу модуля связи 17, датчики вибрации, выполненные в виде первого волоконно-оптического датчика биения вала 9, волоконно-оптический канал 26 которого соединен с входом первого фотоприемника 8, выход которого подключен к первому входу первого коммутируемого усилителя 14, второго волоконно-оптического датчика биения вала 11, волоконно-оптический канал 28 которого соединен с входом второго фотоприемника 16, выход которого подключен ко второму входу первого коммутируемого усилителя 14, первый выход которого подключен к входу устройства поддержания стабильности светового потока 13, выход которого подключен к светодиоду 25 первого волоконно-оптического датчика 9 и светодиоду 27 второго волоконно-оптического датчика 11, второй выход первого коммутируемого усилителя 14 подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя 15, выход которого подключен к первому входу модуля связи 17, выход которого по интерфейсной линии 30 подключен к ПЭВМ 29.
Работа стенда для диагностирования центробежных насосов по вибрационным и акустическим характеристикам, пример выполнения, которого приведен на фиг.1, происходит следующим образом.
Диагностируемый центробежный насос 7 выводится на режим перекачки. Нагрузка на валу насоса регулируется задвижкой 21. Из резервуара 22 по всасывающему трубопроводу 24 перекачиваемый продукт поступает в насос 7 и из насоса 7 поступает в напорный трубопровод 20, по которому поступает обратно в резервуар 22. В качестве перекачиваемого продукта, например, могут использоваться вода, дизельное топливо, автомобильный бензин и др.
Стенд позволяет определить зависимость между вибрационными и акустическими характеристиками центробежного насоса и имеет два канала измерения для определения вибрационных и акустических характеристик первого и второго подшипников.
Кроме того, волоконно-оптические датчики измерителя вибрации имеют малые габаритные размеры, что позволяет их устанавливать в труднодоступных местах, что необходимо при измерении вибрации вала насоса, где невозможно использование промышленных датчиков вибрации.
При измерении вибрационных и акустических характеристик первого подшипника 4 во втором коммутируемом усилителе 19 происходит усиление микрофонного сигнала, поступающего с первого микрофона 10, который зависит от амплитуды звукового давления, излучаемого составными деталями насоса, например, первым подшипником. Затем сигнал поступает на второй аналого-цифровой преобразователь 18, с которого поступает через модуль управления 17 на ПЭВМ 29.
Одновременно световой поток от светодиода 25 первого волоконно-оптического датчика 9 отраженный от вала насоса 5 и пропорциональный амплитуде биения вала поступает через волоконно-оптический канал 26 первого волоконно-оптического датчика 9 на первый фотоприемник 8, где он преобразуется в электрический сигнал напряжения, который поступает на первый вход первого коммутируемого усилителя 14, в котором происходит усиление сигнала. При этом устройство поддержания стабильности светового потока 13 изменяет ток светодиода 25 и соответственно световой поток так, чтобы интенсивность светового потока на входе фотоприемника 8 была постоянной, что обеспечивает калибровку устройства. Затем сигнал поступает на первый аналого-цифровой преобразователь 15, с которого через модуль управления 17 поступает на ПЭВМ 29.
Применение источника излучения непосредственно излучающего световой поток на поверхность, и подаче отраженного светового потока некогерентного излучения в торец оптоволоконного канала позволяет существенно повысить среднюю интенсивность светового потока в оптоволоконном канале, т.е. и уровень выходного сигнала. Это увеличивает помехоустойчивость устройства за счет существенного уменьшения влияния собственных шумов первого 8 и второго 16 фотоприемников усилителя за счет существенно большего полезного сигнала, существенно уменьшает требования к светодиодам 25, 27 и усилителям фотоприемников 8, 16, к конструктивному выполнению оптической части устройства и упрощает стенд, так как калибровка преобразователя по поддержанию постоянства интенсивности потока некогерентного излучения поддерживается автоматически, не требует дополнительных устройств для калибровки. Так, например, в качестве волоконно-оптического канала при этом возможно применение 400 микронного оптоволокна.
При измерении вибрационных и акустических характеристик второго подшипника 6 во втором коммутируемом усилителе 19 происходит усиление микрофонного сигнала, поступающего со второго микрофона 12, который зависит от амплитуды звукового давления, излучаемого составными деталями насоса, например вторым подшипником. Затем сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 18, с которого поступает через модуль управления 17 на ПЭВМ 29.
Одновременно световой от светодиода 27 второго волоконно-оптического датчика 11, отраженный от вала насоса 5 и пропорциональный амплитуде биения вала, поступает через волоконно-оптический канал 28 второго волоконно-оптического датчика 9 на второй фотоприемник 16, где он преобразуется в электрический сигнал напряжения, который поступает на второй вход первого коммутируемого усилителя 14, в котором происходит усиление сигнала. При этом устройство поддержания стабильности светового потока 13 изменяет ток светодиода 27 и соответственно световой поток так, чтобы интенсивность светового потока на входе фотоприемника 16 была постоянной, что обеспечивает калибровку устройства. Затем сигнал поступает на первый аналого-цифровой преобразователь 15, с которого через модуль управления 17 поступает на ПЭВМ 29.
Сигналы, полученные с первого аналого-цифрового преобразователя 15 и второго аналого-цифрового преобразователя 18, обрабатываются в ПЭВМ 29, например, для определения взаимосвязи между вибрационными и акустическими характеристиками, изменяющимися от времени наработки, например, выявление зависимости между амплитудой виброперемещений и амплитудой звукового давления.
Аналогично проводятся испытания насоса на режимах холостого хода и без нагрузки.
По полученным характеристикам, отражающим зависимость между вибрационными, акустическими характеристиками и временем наработки, проводят диагностику для выявления различных дефектов в центробежных насосах: износ уплотнений, износ шарикоподшипников, наличие изгиба вала.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает задачу упрощения устройства, повышение точности и достоверности при определении наличия изгиба вала, определении величин вибрации валов и подшипников центробежных насосов, связанных со временем наработки, вибрационными и акустическими характеристиками при диагностировании их состояния с целью определения остаточного ресурса работы.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент на полезную модель RU 55126, G01H 1/14, 2006.
2. Описание изобретения к патенту RU 2340882, G01M 13/00, 2006.