Способ определения импеданса объемного насоса и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТ Ят ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Пермский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1469217, кл. Р 15 В 19/00, 1986,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПЕДАНСА ОБЬЕМНОГО НАСОСА И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение м.б. использовано для создания гидравлических систем, оказывающих миним, динамическое воздействие нагидромашины объемного типа. Цель изобретения - обеспечение высокой точности иэффективности оценки импеданса объемного насоса. Измеряют параметры стоячей ЬО 1668731 А 1)5 Е 04 В 51/00, Р 15 В 19/О 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, 166873110 15 20 30 45 50 55 Изобретение относится к гидравлическим приводам и системам гидроавтоматики и может быть использовано для создания гидравлических систем, оказывающих минимальное динамическое воздействие на гидромашины обьемного типа.Цель изобретения - обеспечение высокой точности и эффективности оценки импе- данса 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 1" 0 до 1= 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 М.При испытании насоса на заданной частоте вращения его вала и при определенном расходе жидкости агрегат генерирует в напорной полости пульсирующее давление Л Рнт), которое передается в напорный трубопровод 2.Одновременно с этим, при прохождении жидкости через технологическую гидро- машину (плунжерный регулируемый гидромотор) последняя генерирует в напорной полости пульсирующее давление Ь Рф), 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. от величины и вида импеданса испытываемого насоса 1, Если импеданс определяется в основном гидравлическим омическим) сопротивлением 2 й насоса, которое больше волнового сопротивления трубопровода.а ртргде 28 - волновое сопротивление трубопровода,а - скорость звука;р - плотность жидкости;Ьр - 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 Ек равно волновому сопротивлению трубопровода Еа, в этом случае отражение от испытываемого насоса отсутствует и в напорном трубопроводе существует только прямая волна первой гармоники; гидравлическое сопротивление Ев меньше волнового сопротивления трубопровода 28, 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 гидро- машины, и умножающего устройства, точно соответствующая частоте первой гармони- ки 1160 где пр - скорость вращения вала гидромашины,об/мин;Ер - количество рабочих органов (плунжеров).Опорная частота от датчика и умножающего устройства подается на вход анализатора спектра, 1668731Аналогично подводится частота, определяемая при помощи датчика частотывращения, подключенного к валу испытываемого насоса, и умножающего устройства, точно соответствующая частоте первой 5гармоники давления, генерируемого испытываемым насосом.На фиг, 3 показан спектр пульсациидавления, полученный на выходе испытываемого насоса в диапазоне частот от 1 - 0 до 10Ф - 1000 Гц. По вертикальной оси отложенызначения давления в логарифмическом масштабе, а по горизонтальной оси - значениячастоты. Составляющие спектра показаны ввиде вертикальных линий - сплошных и 15штриховых,С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с валом насоса,определяется частота первой гармоники, генерируемой испытываемым насосом11 н 225 герц, определяются высокочастот- .ные гармоники он - 450 Гц, 1 зн = 675 Гци 14 н = 9.0 Гц. Все насосные. гармоникимаркируются на спектре. 25С помощью частотомера и датчика частоты вращения с умножающим устройством, связанного с валом технологическогогидромотора, определяется частота первойгармоники; генерируемой гидромотором, 3011 г - 210 Гц. На спектре пульсации находятэту гармонику (на фиг. 3 показана штриховой линией) и фиксируют ее амплитуду Д Р 1;Аналогично поступают со спектромпульсации давления, полученным для других точек напорного трубопровода. По полученным значениям амплитуд первой. гармоники, генерируемой гидромотором,определяют зависимбстьДР 1 =р(х), 40которая показана на фиг. 2 (кривая 8).Для получения полной информации овеличине импеданса испытываемого насосаЗаМЕРЯЮт МаКСИМаЛЬНОЕ ДР 1 макс И МИНИМаЛЬНОЕ Л Р 1 мин ЗНаЧЕНИЯ аМПЛИтУД ВОЛНЫ 45первой гармоники давления, генерируемоготехнологической гидромашиной. Для обеспечения этого длина напорного трубопровода принимается из условиянтр А/4, (1) 50причем длина волны определяется по скорости звука в жидкости и по заданному минимальному значению частоты первойгармоники давления. генерируемого, технологической гидромашиной. 55Условие (1) обеспечивает одновременое расположение в пределах длины напорого трубопровода пучности (максимума) изла (минимума) волны первой гармоники,что гарантирует замер максимального Д Р 1 макс И МИНИМаЛЬНОГО ЬР 1 мин ЗНаЧЕНИй амплитуд.В том случае, когда в районе напорного штуцера насоса располагается пучность волны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, импеданс насоса определяется соотношениемД Р 1 мвкс кгД Р 1 мин ссм 4Если в районе напорного штуцера насоса располагается узел волны первойгармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, то2 Е ДР 1 микгВ = вДР 1 М 8 КС С л СМ,где Е - волновое сопротивление трубопровода,В качестве примера применения предлагаемых способа и устройства рассмотримопределение импеданса плунжерного насоса переменной производительности, имеющего данные: число плунжеров Урн " 9;УДЕЛЬНаЯ ПОДаЧа (МаКСИМаЛЬНаЯ) 1 Ин= 70 см /об, частота вращения вала (постоянная) Юн " 1500 об/мин; давление нагнетания Рн = 100 кг/см; диапазон частот2,определения импеданса Д = 100-300 Гц.Частота первой гармоники. давления, генерируемого насосом,1, лам2 2 н 15 ОО 9 225 г60 60Максимальный расход насосаОнмакс Янпрн 10 = 70150010105 дм /мин.Выбираем в качестве технологическойгидромашины такой же насос переменнойпроизводительности; число плунжеровЕрг = 9; удзельная подача (максимальная)ВГг - ТО еи /еб, давление нагнетания Рн= 100 кг/см .Частота вращения вала гидромашины,соответствующая частоте первой гармоники, равной нижнему пределу заданного ди- .апазона б = 100 Гц,прг 666 об/мин,60Фг 601002 ргРасход жидкости, необходимый дляподдержания данной частоты вращения вала гидромашины,Он 9/г прг 10 -70 666 10 З= 46,62 дм/мин.Этот расход обеспечивается за счет регулирования производительности насоса.Частота вращения вала гидромашины,соответствующая частоте первой гармоники, равной верхнему пределу заданного диапазона 1 гГц, 166873110 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,601 г 60 300прг -- 2000 об/мин .рг 9Учитывая максимальный расход насоса,регулируем подачу гидромашины для обеспечения указанной частоты0 нмакс10 10510прг, 2000= 52,5 см/обТаким образом, за счет регулированияпроизводительности насоса или подачи тех нологической гидромашины можно обеспе;чить заданную частоту первой гармоникидавления, генерируемого технологической, гидромашиной.Находим значение четверти длины вол ны первой гармоники давления, генерируемого технологической гидромашиной, принимаем длину напорного трубопровода1 нтр = 1,1 Л, /4 2,5+0,25- 2,75 м.Используем в качестве напорного трубопровода стальную трубу с внутреннимдиаметром О - 16 мм, Волновое сопротивление трубопроводааа р 1000 10 0,8 10= 39,8Пусть импеданс испытываемогонасоса превышает волновое сопротивление трубопровода, а соотношениеЬР 1 макс 1 ЬР 1 мнн =5,0, тОГда ИМПЕдаНСнасоса У,:У,макс:39,8. 5,0: 199 20 25 30 35 40 45 Формула изобретения 1. Способ определения импеданса объемного насоса, включающий измерение параметров стоячей волны пульсации давления в напорном трубопроводе, о т л ич а ю щ и й с я 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 гидро- мотора, устанавливают заданное среднее давление в напорном трубопроводе, определяют состав спектра переменного давления, 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 импе- данса 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 ч 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, ГдЕ А = а/т 1 тмин - дЛИНа ВОЛНЫ; а - СКОрОСтЬ ЗВуКа; 11 тмнн - заданное минимальное значение частоты первой гармоники пульсирующего давления, генерируемого технологическим гидро- мотором, 1668731 .