Датчик металлических включений в потоке жидкости

 

В, И. Богатов, В. Я. Громыко, В. Л. Семенов и Н. A. Семин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ДАТЧИК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПОТОКЕ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для диагностики насосов, перекачивающих криогенные жидкости, где непрерывный. контроль работоспособности подшипников является необкодимым условием предотвра5 щения аварий.

Известен датчик для обнаружения металлических частиц в потоке жидкости, содержащий корпус, и установленные соосно с ним обмотку .на цилиндрическом каркасе и шелевой фильтр (1) .

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность к частицам металла размером меньше 1,0 мм, так как уровень выходного сигнала зависит от степени удаления траектории частицы от внутренней поверхности ко каса катушки индуктивности.

При этом, частицы мельче, чем размер ячейки фильтра, проходят внутри него и не регистрируются устройством, хс тя они несут основную информацию о ранних стадиях износа подшипников.

В случае применения известного уст ройства для обнаружения частиц в потоке криогенной жидкости, типа водорода, азота, кислорода, из-за возникновения кавитации на фильтре, приводящей к двухфазности потока и вибрации катушки индуктивности, возникают сушественные искажения полезного сигнала.

Кроме того, указанное устройство характеризуется снижением обшей чувствительности из-эа размешения фильтра в магнитном поле катушки ийдуктивности.

Бель изобретения — п овышение чувствительности.

Цель достигается тем, что в датчик металлических включений в потоке жидкости, содержащий корпус и установленную соосно с ним обмотку на цилиндоическом каркасе, введена. втулка с винтовыми лопастями, установленная соосно с кор3 1004 пусом, выходной торец втулки выполнен в виде обтеквтеля, конец которого совпадает с началом обмотки, при этом угол подъема винтовых лопастей втулки лежит в пределах $

43о< c 52 а abIcoI B лопастей определяется из соотношения

860

К1,К вЂ” постоянные коэффициенты, характерные для каждого вида криогенной жидкости.

Указанное значение вращательной coc— тавляющей скорости потока обеспечивает с одной стороны надежное приближение частиц металла, содержащихся в потоке, к внутренней поверхности каркаса катушки индуктивности под действием центробежных сил, возникающих вследствие вращения потока, в с другой стороны— отсутствие кавитации криогенной жидкоСти при проходе ее через устройство.

П олучив вращательную составляющую скорости указанной величины, поток выходит по кольцевому каналу 8 в зону обмотки 7, где региструются изменения амплитуды электромагнитных колебаний, создаваемых обмоткой 7, в зависимости от концентрации и размеров металлических включений в потоке жидкости.

Квк показывают проведенные проливки на ряде криогенных жидкостей, выполнение угла, подъема винтовых лопастей 5 менее 43 приводит к увеличению длины каналов, и, соответственно, габаритных размеров устройства, а также к росту гидравлического сопротивления и снижению чувствительности датчика.

При выполнении угла подъема винтовых . лопастей 5 более 52 на теневой стороне последних образуются локальные зоны турбулентных срывных течений, в которых возникают Отдельные очаги,вскипания криогенной жидкости, что недопустимо по условиям эксплуатации и также приводит к снижению чувствительности датчика.

Кольцевой канал 8 позволяет исключить возможность образования газового

1 пузыря и срывных течений нв выходе втулки 4.

Таким образом, чувствительность устройстЬа повышается, так как все частицы металла, независимо m их размера, проходят вблизи витков катушки.

Выполнение устройства в соответствии с приведенными зависимостями полностью исключает возможность возникнове1 ния кавитвции или срывных течений кри— огенной жидкости и не вносит существенного гидродинамического сопротивления в поток.

nf. — — Чп, а а уЧ Я.с

40 где И

4$ =D-d=с, где C — высота лопастей;

З вЂ” внутренний диаметр корту . а;

-- диаметр втулки;

Q — расстояние между поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью каркаса. !$

На чертеже изображен предлагаемый датчик.

Датчик металлических включений в потоке жидкости содержит корпус 1 . установленный соосно с трубопроводом 2, по которому проходит контролируемый поток, цилиндрический каркас 3, втулку 4 с винтовыми лопастями 5 и обтекателем

6, заостренный конец которого совпадает с началом 06MOTKII 7, IIpH sToM обтекательь 6 образует с цилиндрическим каркасом 3 кольцевой канал 8.

Устройство. работает следующим образом.

Контролируемый поток жидкости, про30 ходя из трубопровода 2 в полость корпуса 1, встречает на своем пути втулку

4 с винтовыми лопастями 5, которые образуют с внутренней поверхностью корпуса 1 винтовые каналы, суммарная площадь проходного сечения которых опреде-3$ ляется как

ЧИСЛО KBHBIIOB> плошадь ОднОГО канала массовый расход жидкости, проходящей через устройство; плотность жидкости; враща"гельная составляющая скорости потока, которая вы-.. бирается из условия

Ч =4 — (Р-К 1 К, Ч„рок

$P 1 Я где P — давление контролируемого потока в трубопроводе;

Т ОК,) - температура криогенной жидко- $$ сти;

V — продольная скорость потока при проходе через датчик;

Кроме того, предлагаемое устройство исключает хаотичность траекторий частиц и влияние нв величину сигнала расстояния от внутренней сгонки кврка1 004 где — высота лопастей;

13 — внутренний диаметр корпуса; щ Д - диаметр втулки; — расстояние между поверхностью обтекателя и внутре чей поверхностью каркаса. са катушки до траектории частиц, так как все частицы проходят по внутренней стенке каркаса катушки. Следовательно в предлагаемом у:тройстве величина сигнала зависит только от раз- S мера частиц. Это обстоятельство являет ся существенным, .так как стадия аварийного износа подшипника, работакщего в криогенной среде, отличается от стадии нормального износа размером образукяцихся металлических продуктов износа. Поэтому для определения ранних стадий развития аварийного износа необходимо непрерывно контролировать размер проходящих через чувствительный элемент 1 частиц.. Это требование в полной мере выполняется при применении предлагаемого устройства.

Испытания показывают, что предлагаемый датчик обладает чувствительностью в 2,5 раза выше, чем известный, и способен регистрировать металлические включения в потоке криогенной жидкости размером 0,2 мм, т.е. по массе частиц чувствительность возрастает 25 на два порядка.

Ф ормул а изобре тения

Датчик металли.ческих включений в по-гоке жидкости, содержащий корпус и раз860 6 мешенную соосно с ним обмотку на цилиндрическом каркасе, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введена втулка с винтовыми лопес"гями, расположенная соосно с корпусом, выходной торец втулки выполнен в виде обтекателя, конец которого совпадает с началом

l обмотки, прк этом угол подъема винтовых лопастей втулки лежит в пределах

45о.с < 52î а высота лопастей определяется из соотношения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 448877336622, кл. 601É 3/10, 05;10.75.

Составитель С. Шумилишская

Редактор М. Бандура Техред Т. Маточка Корректор О. Билак

Заказ 1873/55 Тираж 871 П одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Филиал ППП "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4