Источник: Материалы VI-й Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов. Автоматизация технологических объектов и процессов.Поиск молодых. Донецк, 11-14 мая 2005.
СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ ШАХТНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ
Белинская Ю.П., студентка; Гавриленко Б.В, доцент
(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)Опыт эксплуатации шахтных водоотливных установок показывает, что динамические явления, сопровождающие процесс эксплуатации насосных[ агрегатов, а также силы, возникающие при различных видах движения их элементов и узлов, обуславливают появление вибрации, которая приводит к ряду неисправностей и выходу из строя работающего насосного агрегата. Действие вибрации приводит к износу кинематических пар, необратимой деформации материала нагруженных элементов, перераспределению в них внутренних напряжений и короблению в процессе длительной эксплуатации основных узлов насоса и несущих конструкций под действием внешних нагрузок, появлению и росту усталостных трещин [1].
Вибрации насосного агрегата обусловлены гидродинамическими и механическими источниками в насосе, двигателе и передаточном механизме [2]. Механическими источниками вибрации является действие неуравновешенных сил инерции движущихся масс и возмущения в муфтах, подшипниковых узлах передаточных механизмов и приводных двигателей.
К гидравлическим источникам вибрации относится возникающая воздушная и паровая кавитация, вихреобразования в потоке рабочей среды, неоднородности потока и турбулентные пульсации давления.
На рис. 1 представлена зависимость общего уровня вибрации лопастного центробежного насоса от числа оборотов n на подобных режимах работы и при постоянном кавитационном запасе , которая имеет три характерные области 1, 2 и 3.
Рисунок 1- Зависимость уровня вибрации лопастного насоса от числа оборотов
При переходе от бескавитационной работы насоса (область 1) к режиму с газовой кавитацией (область 2) происходит резкое возрастание уровня вибрации, которое становится менее интенсивным в области паровой кавитации 3. Газовая кавитация в насосе вызывает рост вибрации в диапазоне частот 1-10 кГц, а начальная стадия паровой кавитации проявляются в диапазоне 5-30 кГц и выше. Её дальнейшее развитие приводит к интенсивной вибрации насоса уже во всем звуковом диапазоне частот.
Для диагностики начала появления кавитации, а также её интенсивности в системе предлагается установка гидроакустического преобразователя, позволяющего фиксировать интенсивность возникающей кавитации по уровню шума из потока движущейся жидкости. Гидроакустический преобразователь устанавливается во всасывающем трубопроводе насосного агрегата, а его выходной сигнал после усиления используется в блоке логики. При превышении уровня шума в потоке жидкости над заданным значением (по условиям нормальной эксплуатации) в блоке логики формируется управляющий сигнал на регулирование режима работы насосной установки задвижкой в нагнетательном трубопроводе или отключение.
Кроме того, система осуществляет аппаратный контроль уровня возникающей вибрации узлов насосного агрегата по анализу спектрограммы, полученной с помощью пъезоэлектрических преобразователей Д-14 и набора перестраиваемых полосовых фильтров, настроенных на определенную частоту. На рис.2 представлена сглаженная спектрограмма вибрации насоса при вращении ротора в воздухе
Рисунок 2- Сглаженная спектрограмма вибрации насоса при вращении ротора в воздухе
Анализ спектрограммы позволяет по измеренному в определенном частотном диапазоне уровню вибрации определять дефектный узел насосного агрегата. После обработки спектрограммы микроконтроллер определяет уровень вибрации и для недопущения развития аварийной ситуации производит защитное отключение насосного агрегата. Применение в шахтном водоотливе системы диагностики и защиты от вибрации обеспечивает экономию электроэнергии, повышение производительности и продление срока службы насосных агрегатов.
Перечень ссылок