Способ индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи

 

Использование: в конструкциях контрольно-испытательного и защитного оборудования гидросистем. Сущность: по способу индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи, по которому измеряют значения среднего давления в двух точках цепи при установившемся режиме пропускания рабочей среды, определяют величину отношения измеренных значений и сравнивают ее с наперед заданным эталонным диапазоном с последующим формированием сигнала отказа при выявлении величин указанного отношения, выходящих за границы эталонного диапазона, определяют величину отношения значений среднего давления, измеренных в конце и начале дополнительно выбранного участка, не подверженного отказам и предшествующего контролируемому участку, причем при уменьшении величины отношения ниже нижней границы эталонного диапазона формируют сигнал о падении сопротивления на контролируемом участке, а при увеличении его выше верхней границы эталонного диапазона - о повышении сопротивления на контролируемом участке. 3 ил.

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в конструкциях контрольно-испытательного и защитного оборудования гидросистем.

Известен способ индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи, по которому измеряют давление в двух ее точках и сравнивают их с последующим формированием сигнала при выявлении отказа [1] Недостатком этого способа является низкая точность.

Известен также способ индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи, по которому измеряют значения среднего давления в двух точках цепи при установившемся режиме пропускания рабочей среды, определяют величину отношения измеренных значений и сравнивают ее с наперед заданным эталонным диапазоном с последующим формированием сигнала отказа при выявлении величин указанного отношения, выходящих за границы эталонного диапазона [2] Недостатком данного способа является узость его функциональных возможностей в связи с невозможностью выявления отказа на участке, расположенном за стабильным участком, как при повышении, так и при понижении сопротивления.

Технической задачей изобретения является создание способа индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи, обеспечивающего возможность выявления отказа на участке, расположенном за стабильным участком, как при повышении, так и при понижении сопротивления.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу индикации отказа на контролируемом участке последовательной гидравлической цепи, по которому измеряют значения среднего давления в двух точках цепи при установившемся режиме пропускания рабочей среды, определяют величину отношения измеренных значений и сравнивают ее с наперед заданным эталонным диапазоном с последующим формированием сигнала отказа при выявлении величин указанного отношения, выходящих за границы эталонного диапазона, определяют величину отношения значений среднего давления, измеренных в конце и начале дополнительно выбранного участка, не подверженного отказам и предшествующего контролируемому участку, причем при уменьшении величины отношения ниже нижней границы эталонного диапазона формируют сигнал о падении сопротивления на контролируемом участке, а при увеличении его выше верхней границы эталонного диапазона о повышении сопротивления на контролируемом участке.

На фиг.1 изображена схема последовательной гидравлической цепи; на фиг.2 диаграммы давлений; на фиг.3 конструктивная схема устройства для реализации способа.

Последовательная гидравлическая цепь содержит контролируемый участок 1 и участок 2, не подверженный отказам. В корпусе 11 устройства имеются две камеры: камера 10, подключенная к началу участка 2, и камера 3, подключенная к его концу и к началу участка 1. Камеры 10, 3 имеют мембраны 4, 5, соединенные жестким штоком 6, воздействующим на сигнализатор 7, имеющий две пары электрических контактов 8, 9. Отношение площадей F₄,F₅ мембран 4, 5 выполнено равным обратной величине среднего эталонного отношения А давлений в точках измерения, т.е. F₄ AF₅.

Способ индикации отказа на контролируемом участке последовательно гидравлической цепи реализуется следующим образом.

Через цепь протекает единый для всех ее элементов расход жидкости Q. Коэффициент сопротивления R_i каждого из участков 1, 2 цепи включает характерные для этого участка параметры приведенного сечения и сужения потока. Падение давления жидкости на этом участке (перепад давлений) ΔP_i определяется по формуле ΔP_i P_iн P_iк R_i Q^mi, где P_iн давление в начале участка; Р_iк давление в конце участка; m_i показатель степени, зависящий от характера потока в данном участке; i 1,2 номер участка.

Как правило, большая часть применяемых в технике гидравлических цепей может быть разделена на отрезки со сходными характеристиками потока в них. В частности, практически всегда можно выделить перед контролируемым участком 1 стабильный участок 2 с тем же характером потока и, следовательно, с одинаковым показателем m_i m_im₂m. С изменением расхода Q показатель m может меняться, но это изменение одинаково для обоих участков. Для цепи, изображенной на фиг.1, можно записать P_2н Р_2к R₂ ˙Q^m.

Р_1н Р_2к R₁ ˙Q^m.

Так как Р_1к 0 и Р_1н Р_2к, то Р_1н Р_2к R₁ ˙Q^m.

После подстановки в первое уравнение значения Р_2к получают Р_2н R₁ ˙Q^m R₂ ˙Q^m откуда Р_2н (R₂+R₁) ˙Q^m.

Фактическое отношение A_j давлений в конце и начале стабильного участка 2 определяется как A_j где j порядковый номер режима.

Из этого отношения видно, что A_j не зависит от расхода жидкости Q, а также от показателя m и определяется только коэффициентами R₂ и R₁сопротивления участков 1, 2. Поскольку R₂ стабильного участка не меняется, то A_j меняется только при изменении сопротивления R_vj участка 1.

На диаграмме фиг.2 каждому значению A_j и, следовательно, R_1jсоответствует луч из начала координат О, определяемый формулой
R_2к A_j˙ P_2н.

В любой гидравлической цепи может быть определен для каждого участка эталонный (номинальный) коэффициент A )луч ОВ) и его допустимые пределы изменения A₁ > A > A₂, определяемые техническими допусками, например, на размеры сечений или на их допустимое изменение в ходе эксплуатации. Этим пределам на диаграмме соответствуют лучи ОВ₁ и ОВ₂.

С ростом сопротивления участка 1 возрастают R1j и Aj.Предельное возможное значение R₁= ∞ (участок 1 перестал пропускать жидкость) и соответствующее ему A 1 (луч ОВ₃).

С падением сопротивления участка 1 уменьшаются R₁ и A, их предельные значения: Р₁ 0 (на участке 1 обрыв цепи) и A 0. В этом случае Р_2к постоянно равно нулю (луч ОВ₄).

Практически определяют или задают эталонный диапазон A₁ > A > A₂, которому на диаграмме фиг.2 соответствует сектор В₁ОВ₂, измеряют на любом режиме цепи давление Р_2кj в конце и Р_2нj в начале стабильного участка 2, определяют их отношение и сравнивают с эталонным диапазоном. Если A_j меньше A₂, то на участке 1 произошло недопустимое падение сопротивления (например, появилась утечка), а если Aj больше A₁, то на участке 1 недопустимо возросло сопротивление (например, он засорился).

Если эталонная область A задана в виде секторов B₁OB₂ на диаграмме фиг. 2, то оценка состояния цепи еще более упрощается. По замеренным на любом режиме величинам Р_2к и Р_2н определяют на этой диаграмме точку режима D_j, Если она лежит в секторе А₁ОВ₂ (например, точка D₁), то цепь исправна. Если точка режима попала в зону над сектором В₁ОВ₂ (например, точка D₂), то имеет место повышенное сопротивление участка 1, если она попала в зону под лучом ОВ₂ (например, точка D₃), то сопротивление участка 1 цепи недопустимо упало.

При эксплуатации гидравлической цепи усилие, действующее в камере 10 на мембрану 4 вниз, определяется соотношением
R₂ P_2нj ˙F₄, а усилие, действующее в камере 3 на мембрану 5 вверх, соотношением
R₃ P_2кj ˙F₅.

С учетом указанного выше соотношения площадей F₄ и F₅ имеют
R₂ P_2нj AF₅;
R₃ P_2кj ˙F₅.

Получают результирующее усилие от действия этих двух сил на шток 6 вниз:
R_Δ R₂ R₃ (P_2нj ˙A P_2кj)˙ F₅
Ранее было обозначено фактическое отношение давлений:
A_j откуда Р_2кj A_j ˙P_2нj.

После подстановки в предыдущую формулу находят
R_Δ (A A_j) P_2н ˙F₅.

Следовательно, направление результирующего усилия на штоке определяется только разностью
Δ A A_j эталонного и фактического соотношения давления Р_2кj на выходе и Р_2нj на входе стабильного участка 2 и не зависит ни от текущих значений этих давлений, ни от величины площадей подвижных элементов камер сигнализатора 7.

Если на каком-либо режиме эксплуатации индицируемой цепи A A_j, то Δ 0; R_Δ=0, шток 6 находится в равновесном среднем положении и не воздействует на контакты 8 и 9. Если A_j < A, то Δ > 0, R_Δ > 0, шток 6 движется вниз и включает контакт 9, дающий сигнал о падении сопротивления участка 1. Если A_j > A, то Δ < 0, R_Δ < 0, шток 6 движется вверх и включает контакт 8, дающий сигнал о росте сопротивления участка 1.

Оставляя некоторый свободный ход штока 6 между контактами 8 и 9, можно ввести в описанном устройстве зоны допустимых отклонений от эталона A_j > A и A_j < A, соответствующие секторам В₁ОВ и BОВ₂ на диаграмме фиг.2, внутри которых предложенное устройство не подает сигнал о неисправности.

Соотношение площадей F₄ и F₅ можно выполнить регулируемым, в этом случае одно и то же предложенное устройство может быть применено для индикации различных цепей и настраивается для каждой из них на принятое для нее свое эталонное отношение A.

На случай возможных пульсаций давление в потоке, например, вследствие резких изменений расхода Q на входах камер 10 и 3 могут быть установлены сглаживающие демпферы, предотвращающие ложные срабатывания сигнализатора из-за различий во времени поступления импульсов в камеры.

Формула изобретения

СПОСОБ ИНДИКАЦИИ ОТКАЗА НА КОНТРОЛИРУЕМОМ УЧАСТКЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЦЕПИ, при котором измеряют значения среднего давления в двух точках цепи при установившемся режиме пропускания рабочей среды, определяют величину отношения измеренных значений и сравнивают ее с заранее заданным эталонным диапазоном, с последующим формированием сигнала отказа при выявлении величин указанного отношения, выходящих за границы эталонного диапазона, отличающийся тем, что определяют величину отношения значений среднего давления, измеренных в конце и начале дополнительно выбранного участка, не подверженного отказам и предшествующего контролируемому участку, причем при уменьшении величины отношения ниже нижней границы эталонного диапазона формируют сигнал о падении сопротивления на контролируемом участке, а при увеличении его выше верхней границы эталонного диапазона - о повышении сопротивления на контролируемом участке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3