Способ определения импеданса объемного насоса и устройство для его осуществления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4312900/29 (22) 06.10.87 (46) 07.08.91. Бюл. М 29 (71) Пермский политехнический институт

{72) Ю.M.Oðëîâ и О.М,Орлов (53) 621.22,018 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1469217, кл. F 15 В 19/00, 1986, {54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПЕДАНСА ОБЬЕМНОГО НАСОСА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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

„„SU „„1668731 А1 (я)5 F 04 В 51/00, F 15 В 19/00 волны пульсации давления в напорном трубопроводе (Tll) 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 иэ 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.

1668731

30

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 6 можно исполл ьзо вать мин иЭВ M.

При испытании насоса на заданной частоте вращения его вала и при определенном расходе жидкости агрегат генерирует в напорной полости пульсирующее давление

Л P<(t), которое передается в напорный трубопровод 2.

Одновременно с этим, при прохождении жидкости через технологическую гидромашину (плунжерный регулируемый гидромотор) последняя генерирует в напорной полости пульсирующее давление Л 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 аиде 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. о» величины и вида импеданса испытываемого насоса 1. Если импеданс определяется в основном гидравлическим (омическим) сопротивлением ZR насоса, которое больше волнового соп ротивления трубопровода .

2в тр где ZB — волновое сопротивление трубопровода; а — скорость звука; р — плотность жидкости;

$тр — 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 Zg равно волновому сопротивлению трубопровода Za, вэтом 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, эамеренного 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

f 1r

60 где пр — скорость вращения вала гидромашины, об/мин

Zp — количество рабочих органов (плунжеров).

Опорная частота от датчика и умножающего устройства подается на вход анализатора спектра, 1668731

Аналогично подводится частота, определяемая при помощи датчика частоты вращения, подключенного к валу испытываемого насоса, и умножающего устройства, точно соответствующая частоте первой 5 гармоники давления, генерируемого испытываемым насосом.

На фиг, 3 показан спектр пульсации давления, полученный на выходе испытываемого насоса в диапазоне частот от f - 0 до 10

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 15 штриховых.

С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с валом насоса, определяется частота первой гармоники, ге- 20 нерируемой испытываемым насосом

f1H - 225 герц, определяются высокочастот- . ные гармоники f2 - 450 Гц, (зн = 675 Гц и f4H = 9. 0 Гц. Все насосные. гармоники маркируются на спектре. 25

С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с валом технологического гидромотора, определяется частота первой гармоники, генерируемой гидромотором, 30

f1r - 210 Гц. На спектре пульсации находят эту гармонику (на фиг. 3 показана штриховой линией) и фиксируют ее амплитуду Ь Р1;

Аналогично поступают со спектром пульсации давления, полученным для дру- 35 гих точек напорного трубопровода. По полученным значениям амплитуд первой . гармоники, генерируемой гидромотором, определяют зависимбсть

ЛP1 =P(X), 40 которая показана на фиг. 2 (кривая 8).

Для получения полной информации о величине импеданса испытываемого насоса замеряют максимальное ЬР1макс и мини

МаЛЬНОЕ Л Р1мин ЗНаЧЕНИЯ аМПЛИтУД ВОЛНЫ 45 первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной. Для о6еспечения этого длина напорного трубопровода принимается из условия

1.гр А/4, (1) 50 причем длина волны определяется по скорости звука в жидкости и по заданному минимальному значению частоты первой гармоники давления. генерируемого. технологической гидромашиной. 55

Условие (1) обеспечивает одновременое расположение в пределах длины напорого трубопровода пучности (максимума) и зла (минимума) волны первой гармоники, что гарантирует замер максимального

Ь Р1макс И МИНИМаЛЬНОГО ЛР1мин ЗНаЧЕНИй амплитуд.

В том случае, когда в районе напорного штуцера насоса располагается пучность волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, импеданс насоса определяется соотношением Р 1мэкс кг

1мин С ° СМ

Если в районе напорного штуцера насоса располагается узел волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, то

ЛР мин КГ

R — в Р 1м8кг где Z> — волновое сопротивление трубопровода, В качестве примера применения предлагаемых способа и устройства рассмотрим определение импеданса плунжерного насоса переменной производительности, имеющего данные: число плунжеров 2ри - 9; удельная подача (максимальная) 1л4= 70 см /об, частота вращения вала (постоянная) М4-1500 об/мин; давление нагнетания Рн = 100 кг/см; диапазон частот

2. определения импеданса Л f = 100-300 Гц.

Частота первой гармоники. давления, генерируемого насосом, f лдн 77дн — 1500 9 — 775 г

60 60

Максимальный расход насоса

Онмакс Wg прн 10 = 70 1500 10

105 дм /мин.

Выбираем в качестве технологической гидромашины такой же насос переменной производительности: число плунжеров

Zpr = 9; удельная подача (максимальная)

Wr = 70 см /еб, давление нагнетания Рн= 100 кг/см .

Частота вращения вала гидромашины, соответствующая частоте первой гармоники, равной нижнему пределу заданного диапазона fr = 100 Гц, npr — — — 666 об/мин .

60 fr 60 100

2рг

Расход жидкости, необходимый для поддержания данной частоты вращения вала гидромашины, Он- Wr прг 10 -70. 666 10

= 46,62дм /мин.

Этот расход обеспечивается за счет регулирования производительности насоса.

Частота вращения вала гидромашины, соответствующая частоте первой гармоники, равной верхнему пределу заданного диапазона fr 300 Гц, 1668731

10 прг 2000 об/мин .

60. г 60 300

Zpt 9

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

О нмакс 10 1.05 10 прг, 2000 = 52,5 см /об., Таким образом, за счет регулирования, производительности насоса или подачи тех нологической гидромашины можно обеспе;чить заданную частоту первой гармоники давления, генерируемого технологической, гидромашиной.

Находим значение четверти длины вол ны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной а 1000

4 fr 4 100

Исходя из условия нтр Ri1/4,, принимаем длину напорного трубопровода

1нтр 1,1 /4 2,5+0,25 - 2,75 м.

Используем в качестве напорного трубопровода стальную трубу с внутренним диаметром d - 16 мм, Волновое сопротивление трубопровода а р 1000 10 08 10 -в

Ятр - 0785 -16

= 39,8 с ° см4

Пусть импеданс испытываемого насоса превышает волновое сопротивление трубопровода, а соотношение

Л 1мекс Р 1мин = 5,0, тогда импеданс насоса

2р =Z " к =39,8 5,0 =199 тмин

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, 20

©ормула изобретения

1. Способ определения импеданса объемного насоса, включающий измерение параметров стоячей волны пульсации давления в напорном трубопроводе, о т л ич а ю шийся 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 даваения, 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, о т л и q а ющ 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 Х /4, гдеil,= а/бтмин— длина волны; а — скорость звука; 11тмнн— заданное минимальное значение частоты первой гармоники пульсирующего давления, генерируемого технологическим гидромотором, 166873t .

%1 фс@

Составитель С.Анисимов

Редактор НЛазаренко Техред М.Моргентал Корректор М.Пожо

Заказ 2643 Тираж Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101