EA019866B1 - Детектирование кавитации - Google Patents

Детектирование кавитации Download PDF

Info

Publication number
EA019866B1
EA019866B1 EA201000082A EA201000082A EA019866B1 EA 019866 B1 EA019866 B1 EA 019866B1 EA 201000082 A EA201000082 A EA 201000082A EA 201000082 A EA201000082 A EA 201000082A EA 019866 B1 EA019866 B1 EA 019866B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
signal
acoustic sensor
cavitation
pump
pass filter
Prior art date
Application number
EA201000082A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201000082A1 (ru
Inventor
Байрам Зеквири
Original Assignee
Ве Секретари Оф Стэйт Фор Трэйд Энд Индастри
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ве Секретари Оф Стэйт Фор Трэйд Энд Индастри filed Critical Ве Секретари Оф Стэйт Фор Трэйд Энд Индастри
Publication of EA201000082A1 publication Critical patent/EA201000082A1/ru
Publication of EA019866B1 publication Critical patent/EA019866B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088—Testing machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/42—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by frequency filtering or by tuning to resonant frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/333—Noise or sound levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02433—Gases in liquids, e.g. bubbles, foams
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
    • Y10T137/7759—Responsive to change in rate of fluid flow

Abstract

В изобретении раскрыты устройство и способ для детектирования кавитации в гидравлических машинах, например в насосах (100). В одном варианте осуществления пьезоэлектрическая прокладка (102) используется в качестве датчика, отслеживающего кавитацию. В некоторых вариантах осуществления высокочастотные фильтры (302), (501) используются для детектирования ультразвуковых акустических сигналов в мегагерцевом диапазоне. Если энергия в мегагерцевом диапазоне чрезмерная, считается, что происходит кавитация и частота вращения двигателя (110) может быть уменьшена пропорционально степени кавитации. В другом варианте осуществления (фиг. 5) энергия в мегагерцевом диапазоне нормализована относительно энергии в килогерцевом диапазоне. Также раскрыты датчики (600, 701).

Description

Настоящее изобретение относится к детектированию кавитации в гидравлических механизмах. В частности, настоящее изобретение относится к детектированию кавитации в насосах для перекачки жидкости (например, сверхкритической жидкости). Кавитацией является проблематичное явление, которое может произойти, когда насос эксплуатируют так, что давление в насосе падает ниже давления паров перекачиваемой жидкости. Образуются пузыри испаряющейся жидкости. При разрушении пузырей насос может быть поврежден. При большой кавитации шум разрушающихся пузырей может быть слышен человеку. Однако было бы лучше детектировать начало сильной и/или повреждающей кавитации и изменить условия эксплуатации насоса (в некоторых условиях небольшая кавитация допустима).
В документе ДР 11-037979 раскрыта система для детектирования кавитации в гидравлических механизмах, таких как насосы. Система в документе 1Р 11-037979 работает, сравнивая циклы форм последовательных акустических волн от насоса. Каждый цикл формы волны разлагается на несколько коэффициентов. Коэффициенты циклов форм последовательных акустических волн сравнивают почленно, беря целочисленное произведение форм последовательных акустических волн. Если циклы форм последовательных акустических волн достаточно сходны, то считается, что кавитация не происходит; если циклы достаточно разнятся, то считается, что происходит кавитация. Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагаются датчик-преобразователь, фильтр верхних частот для высокочастотной фильтрации сигнала от датчика, контрольный приемник для приема порогового значения, компаратор для сравнения отфильтрованного сигнала с пороговым значением.
Согласно другим аспектам изобретения предложены акустические датчики и способ детектирования кавитации.
Одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что требуется меньшая обработка сигнала по сравнению с некоторыми способами детектирования кавитации, известными из уровня техники. Другое преимущество некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что они детектируют кавитацию в мегагерцевом диапазоне, что позволяет более надежно выявлять кавитацию (или начало бурной кавитации). В одном варианте осуществления настоящего изобретения сигнал от датчика сравнивается с сигналом от датчика, отфильтрованном по нижним частотам. Преимуществом этого варианта осуществления является то, что он менее зависим от уровня сигнала от датчика и, таким образом, этот вариант осуществления более невосприимчив к неопределенностям в акустической связи датчика с контролируемым насосом.
Описание чертежей
На фиг. 1а показан перспективный вид насоса и двигателя;
на фиг. 1Ь показан вид насоса и двигателя, который позволяет видеть пьезоэлектрическую прокладку;
на фиг. 2 показан вид пьезоэлектрической прокладки с фиг. 1Ь;
на фиг. 3 показано схематическое изображение системы, которая может быть использована для детектирования начала кавитации и которая снижает частоту вращения двигателя, если выявлена кавитация;
на фиг. 4 показан пример форм акустических волн от насоса: (ί) когда насос работает без кавитации и (й) во время начала кавитации;
на фиг. 5 показано схематическое изображение системы на основе системы, показанной на фиг. 3, но которая сравнивает по-разному отфильтрованные варианты сигнала от датчика;
на фиг. 6 показан перспективный вид датчика, который может быть прижат к корпусу насоса, чтобы измерять акустический сигнал от насоса;
на фиг. 7 показан вид в разрезе части насоса, в которую введен акустический датчик.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг. 1а и 1Ь показан насос 100, соединенный с входным патрубком 101 через пьезоэлектрическую прокладку 102. Двигатель 110 имеет вал 110, который вращает рабочее колесо 112 насоса 100.
На фиг. 2 показан более детальный вид пьезоэлектрической прокладки 102. В этом варианте осуществления пьезоэлектрическая прокладка 102 круглая и имеет две плоские поверхности. Одна из поверхностей используется для образования гидравлического уплотнения на насосе 100; другая поверхность используется для образования гидравлического уплотнения на входном патрубке 101.
В этом варианте осуществления пьезоэлектрическая прокладка 102 выполнена из полимерного пьезоэлектрического материала, например ПВДФ (поливинилиденфторида), имеющего толщину 50 мкм. Провода 201а, 201Ь подсоединены к соответствующим поверхностям прокладки 102. Пьезоэлектрическая прокладка 102 может быть изготовлена из одного слоя пленки, последовательности ламинированных слоев или может представлять структурированный или имеющий определенную форму электрод. Когда пьезоэлектрическая прокладка 102 зажата между насосом 100 и входным патрубком 101, пьезоэлектрическая прокладка преобразует акустические сигналы от насоса в электрические сигналы. Пьезоэлектрическая прокладка 102 поэтому может быть использована для детектирования акустических сигналов от насоса 100.
В других вариантах осуществления вокруг прокладки 102 и/или проводов 201а, 201Ь может быть предусмотрен электростатический экран для уменьшения влияния внешних электрических сигналов.
- 1 019866
В других вариантах осуществления вместо полимерного пьезоэлектрического материала может быть использован керамический пьезоэлектрический материал или смешанный полимерно-керамический композитный материал. Если используется керамический пьезоэлектрический материал, может потребоваться покрыть керамику полимером, таким как резина, для предотвращения растрескивания керамики, когда керамический пьезоэлектрический материал зажимают между насосом 100 и входным патрубком 101.
Преимущество использования полимерного пьезоэлектрического материала заключается в том, что толщину полимера можно уменьшить легче, чем толщину керамического пьезоэлектрического материала. Относительно тонкий материал, в общем, будет лучше, чем более толстый материал при детектировании высокочастотных акустических сигналов из-за того, что тонкий материал небольшой по сравнению с длиной волны высокочастотного акустического сигнала. Например, слой ПВДФ толщиной 50 мкм имеет верхнюю частотную характеристику приблизительно 20 МГ ц и поэтому не может быть эффективно использован для отслеживания акустических сигналов, имеющих частоту выше приблизительно 20 МГц. При частотах ниже 20 МГц толщина слоя ПВДФ 50 мкм значительно меньше, чем длина волны звука, например, в воде. Кроме того, более тонкий материал будет иметь более высокую резонансную частоту (первый резонанс происходит, когда толщина материала становится равной половине длины акустической волны), что позволяет детектировать сигналы с более высокими частотами. На фиг. 3 показано схематическое изображение системы, которая может быть использована для детектирования начала кавитации и уменьшения частоты вращения двигателя после детектирования кавитации. На фиг. 3 показано, что электрический сигнал от пьезоэлектрической прокладки 102 усиливается усилителем 301 и затем отфильтровывается высокочастотным фильтром 302. (В альтернативных вариантах осуществления может быть предпочтительнее фильтровать и затем усиливать сигнал от пьезоэлектрической прокладки 102.) В этом варианте осуществления высокочастотный фильтр 302 ослабляет сигналы, имеющие частоту меньше 1 МГц. В этом варианте осуществления высокочастотный фильтр 302 является аналоговым фильтром второго порядка (т.е. ослабление повышается при 12 дБ на октаву), хотя в альтернативных вариантах осуществления может быть использован цифровой фильтр.
Выход высокочастотного фильтра 302 соединен с детектором 303. В этом варианте осуществления детектор 303 является детектором огибающей и преобразует сигнал от высокочастотного фильтра 302 в напряжение, показывающее силу сигнала от высокочастотного фильтра 302. В других вариантах осуществления детектор 303 может содержать датчик амплитуды или среднеквадратичный детектор.
Выход детектора 303 соединен с компаратором 304. Компаратор 304 сравнивает напряжение от детектора 303 с контрольным сигналом, полученным с контрольного входа 305. В этом варианте осуществления компаратор 304 вычитает контрольный сигнал из детектированного напряжения. В других вариантах осуществления компаратор 304 может делить детектированное напряжение на контрольный сигнал для получения отношения.
В этом варианте осуществления выход компаратора 304 соединен с контроллером 306 двигателя, который управляет частотой вращения двигателя 110. В том случае, если компаратор 304 покажет чрезмерную кавитацию, контроллер 305 двигателя уменьшит частоту вращения двигателя 110, чтобы уменьшить кавитацию. В других вариантах осуществления для уменьшения кавитации могут быть использованы другие способы. Например, может быть повышено давление на входе в насос 100.
На фиг. 4 показан пример форм акустических волн от насоса 100 и амплитуда форм акустических волн против частоты. Кривая 401 (сплошная линия) показывает амплитуду формы акустической волны против частоты, когда насос работает без существенной кавитации. Кривая 402 (пунктирная линия) показывает амплитуду форм акустических волн против частоты при начале бурной кавитации.
Как можно видеть на фиг. 4, во время кавитации амплитуда формы акустической волны немного увеличивается на килогерцовых частотах и значительно увеличивается на мегагерцовых частотах. Детекторы кавитации, известные из уровня техники, обычно детектируют кавитацию на килогерцовых частотах с интервалом 100 кГц. Варианты осуществления настоящего изобретения могут детектировать кавитацию на частоте по меньшей мере 0,5 МГц, по меньшей мере 1 МГц, по меньшей мере 2 МГц, по меньшей мере 4 МГц или по меньшей мере 8 МГц, путем соответствующего изменения частоты отсечки высокочастотного фильтра 302.
На фиг. 5 показано схематическое изображение системы, которая основана на системе, показанной на фиг. 3, но которая сравнивает по-разному отфильтрованные варианты сигнала от пьезоэлектрической прокладки 102.
На фиг. 5 показано, что выходной сигнал усилителя 301 фильтруется полосовым фильтром 501 (вместо высокочастотного фильтра 302). В этом варианте осуществления полосовой фильтр 501 ослабляет частоты, которые лежат за пределами полосы частот от 1 до 5 МГц. Выходной сигнал усилителя 301 также фильтруется низкочастотным фильтром 502, детектируется детектором 503 и используется в качестве контрольного входного сигнала в компараторе 304. В этом варианте осуществления низкочастотный фильтр 502 имеет частоту отсечки 1 кГц и ослабляет частоты выше 1 кГц. В альтернативных вариантах осуществления частота отсечки низкочастотного фильтра 502 может составлять 10, 100 кГц или 1 МГц.
Специалисты в данной области техники смогут понять, что полосовой фильтр 501 может концепту
- 2 019866 ально рассматриваться как высокочастотный фильтр на 1 МГц, последовательно соединенный с низкочастотным фильтром на 5 МГц (даже если полосовой фильтр 501 может быть фактически реализован как один полосовой фильтр, а не как соединенные высокочастотный и низкочастотный фильтры). Так, фиг. 5 включает функцию высокочастотного фильтра, которая эквивалентна функции высокочастотного фильтра 302 с фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления верхняя частотная характеристика пьезоэлектрической прокладки 102 может использоваться для определения низкочастотного фильтра полосового фильтра 501.
Система, показанная на фиг. 5, сравнивает акустическую энергию, исходящую от насоса 100 в частотном диапазоне от 1 до 5 МГц с акустической энергией ниже 1 кГц. Если существует избыток энергии в диапазоне от 1 до 5 МГц, то насос 100 считается имеющим чрезмерную кавитацию и контроллер 305 двигателя используется для уменьшения частоты вращения двигателя 110 (и соответственно насоса 100). Преимущество системы, показанной на фиг. 5, в сравнении с системой, показанной на фиг. 3, заключается в том, что система на фиг. 5 более невосприимчива к несовершенной акустической связи между пьезоэлектрической прокладкой 102 и насосом 100 и также более невосприимчива к несовершенной связи изза расстояния, которое должен пройти ультразвук от кавитирующей поверхности внутри насоса 100 до корпуса насоса 100. Система, показанная на фиг. 3, не может учитывать плохую акустическую связь (плохая акустическая связь может по ошибке привести к показанию, что кавитации нет). Напротив, система, показанная на фиг. 5, нормализует энергию в частотном диапазоне от 1 до 5 МГц относительно энергии в частотном диапазоне ниже 1 кГц. Таким образом, если пьезоэлектрическая прокладка 102 недостаточно хорошо связана с насосом 100, сигнал в частотном диапазоне от 1 до 5 МГц и сигнал в частотном диапазоне ниже 1 кГц будут ослаблены. Так, система, показанная на фиг. 5, может, по меньшей мере, частично компенсировать несовершенную акустическую связь. На фиг. 6 показан перспективный вид датчика 600, который может быть прижат к корпусу насоса, чтобы измерять акустический сигнал от насоса. Датчик 600 может быть использован во время сдачи насоса в эксплуатацию для определения условий эксплуатации насоса, которые не приводят к чрезмерной кавитации. После определения условий эксплуатации датчик 600 может быть более легко удален из насоса чем, например, пьезоэлектрическая прокладка 102. С другой стороны, преимущество пьезоэлектрической прокладки 102 заключается в том, что с ней можно постоянно контролировать насос 100 в реальном времени.
Как показано, датчик 600 содержит акустический соединитель 601, который может быть прижат к корпусу насоса. В этом варианте осуществления акустический соединитель 601 выполнен из резины и подводит акустическую энергию к трем слоям ПВДФ 602а, 602Ь, 602с. В этом варианте осуществления каждый из трех слоев ПВДФ 602 в сущности плоский. Использование трех слоев ПВДФ повышает напряжение выходного сигнала датчика 600 на коэффициент приблизительно три, а также снижает верхний частотный предел датчика 600 (по сравнению с использованием одного слоя ПВДФ; снижение верхнего частотного предела происходит из-за увеличенной толщины трех слоев ПВДФ по сравнению с одним слоем). В этом варианте осуществления твердость по Шору эластомерного соединителя 601 предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 20, хотя в других вариантах осуществления твердость по Шору может быть меньше 10 или больше 20.
Датчик 600 в этом варианте осуществления также имеет металлический хвостовик 603, который действует как захватная часть, позволяющая пользователю удерживать акустический соединитель 601 датчика 600 на наружной поверхности насоса или труб, подсоединенный к насосу. Провод 604 используется для соединения датчика 600 со схемой (не показана).
В альтернативных вариантах осуществления акустический датчик (не показан) может быть прикреплен или приклеен (например, с использованием клея) к наружной поверхности насоса. В таких вариантах осуществления акустический соединитель 601 и/или металлический хвостовик 603 могут не потребоваться.
На фиг. 7 показан вид в разрезе части насоса 700 (большая часть насоса 700 показана пунктирными линиями), в которую введен акустический датчик 701. Акустический датчик 701 введен в выемку 702 в корпусе 703 насоса 700. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что акустический датчик 701 расположен близко к жидкости, в которой может произойти кавитация. Напротив, вариант осуществления на фиг. 1 требует акустического сигнала для перехода от внутренней поверхности насоса 100 к пьезоэлектрической прокладке 102.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение можно использовать для уменьшения кавитации в насосах, например центробежных или осевых, или в гидравлических механизмах.
В некоторых ситуациях может быть выгодным снизить влияние электрического шума. Электрический сигнал от акустического датчика обычно требует значительного усиления, и существует риск ненамеренного приема блуждающих электрических сигналов. Хотя вышеупомянутый в связи с фиг. 2 электростатический экран может быть достаточным, в других вариантах осуществления может быть выполнен этап калибровки. В таких вариантах осуществления акустический сигнал измеряют в условиях, при которых известно, что кавитации не происходит (например, когда двигатель 110 не работает). Если сигнал, например, имеющий частоту 2 МГц, детектируется в состоянии отсутствия кавитации, то может
- 3 019866 быть использован конфигурируемый режекторный фильтр для подавления внешнего сигнала 2 МГц, чтобы избежать ложных предупреждений о кавитации, когда двигатель 110 работает.
В некоторых вариантах осуществления, например, когда акустический датчик должен быть установлен на заводское оборудование, которое эксплуатируется и не может быть остановлено, может быть неудобно останавливать двигатель, который приводит в действие насос. В таких случаях может быть более удобным отсоединить акустический датчик от корпуса насоса, этим обеспечивая сигнал нормализации о том, что кавитации нет. Альтернативно, акустический датчик может быть свободно подвешен в воздухе, датчик все еще может воспринимать фоновые электрические сигналы (в частности, если насос находится в электрически шумной среде) и фоновый электрический шум может быть использован в качестве сигнала нормализации.
В некоторых вариантах осуществления, если сигнал от пьезоэлектрической прокладки 102 достаточно сильный, использования усилителя 301 может не потребоваться.
Здесь раскрыты устройство и способ для детектирования кавитации в гидравлических машинах, например в насосах 100. В одном варианте осуществления пьезоэлектрическая прокладка 102 используется как датчик для отслеживания кавитации. В некоторых вариантах осуществления высокочастотные фильтры 302, 501 используются для детектирования ультразвуковых акустических сигналов в мегагерцевом диапазоне. Если энергия в мегагерцевом диапазоне чрезмерная, считается, что происходит кавитация и частота вращения двигателя 110 может быть снижена пропорционально степени происходящей кавитации. В еще одном варианте осуществления (фиг. 5) энергия в мегагерцевом диапазоне нормализована относительно энергии в килогерцевом диапазоне. Также раскрыты датчики 600, 701.
Раскрытия в реферате настоящей заявки и весь документ СВ 0714695.4 (на приоритет которого притязает настоящая заявка) включены в настоящий документ путем ссылки.

Claims (18)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система для детектирования кавитации при эксплуатации гидравлического механизма, содержащая акустический датчик (102, 602, 701);
    высокочастотный фильтр (302), имеющий частоту отсечки, больше или равную 1 МГц, и пропускающий частоты до 5 МГц для фильтрации сигнала от акустического датчика (102);
    первый детектор (303) для подачи сигнала, характеризующего энергию в сигнале от акустического датчика, отфильтрованном по высокой частоте;
    контрольный приемник (305) для приема контрольного сигнала от источника контрольного сигнала; компаратор (304) для сравнения сигнала от первого детектора (303) с контрольным сигналом и выдачи выходного сигнала, если сигнал от первого детектора превышает контрольный сигнал.
  2. 2. Система по п.1, содержащая усилитель (301) для усиления сигнала от акустического датчика (102).
  3. 3. Система по любому предшествующему пункту, отличающаяся тем, что высокочастотный фильтр (302) является частью полосового фильтра (502), содержащего низкочастотный фильтр.
  4. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что низкочастотный фильтр имеет верхнюю частотную характеристику акустического датчика.
  5. 5. Система по любому предшествующему пункту, содержащая низкочастотный фильтр (502) для фильтрации сигнала от акустического датчика (102);
    второй детектор (503) для подачи сигнала, указывающего энергию в сигнале от акустического датчика, отфильтрованном по низкой частоте, и являющегося источником контрольного сигнала, отличающаяся тем, что контрольный приемник (305) предназначен для приема сигнала от второго детектора (503) в качестве контрольного сигнала.
  6. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что низкочастотный фильтр (502) имеет частоту отсечки по меньшей мере одного значения из 1, 10, 100 кГц и 1 МГц.
  7. 7. Система по любому предшествующему пункту, содержащая контроллер (306), используемый для управления рабочим состоянием гидравлического механизма (100, 700), чтобы уменьшить кавитацию в том случае, если компаратор (304) укажет, что сигнал от первого детектора (303) превышает контрольный сигнал.
  8. 8. Система по любому предшествующему пункту, отличающаяся тем, что контроллер содержит контроллер (306) двигателя, выполненный с возможностью уменьшения частоты вращения двигателя (110) в том случае, если сигнал от первого детектора (303) превышает контрольный сигнал.
  9. 9. Система по п.8, содержащая двигатель (110).
  10. 10. Система по п.9, содержащая насос (100, 700), подсоединенный к двигателю (110), и отличающаяся тем, что акустический датчик (102, 602, 701) расположен относительно насоса так, чтобы отслеживать кавитацию в насосе (100).
  11. 11. Система по любому предшествующему пункту, отличающаяся тем, что акустический датчик (102) содержит прокладку (102) из пьезоэлектрического материала.
    - 4 019866
  12. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что пьезоэлектрический материал содержит полимерный пьезоэлектрический материал.
  13. 13. Система по п.12, отличающаяся тем, что прокладка содержит ПВДФ.
  14. 14. Система по любому одному из пп.11-13, отличающаяся тем, что прокладка расположена на входе (101) насоса (100).
  15. 15. Система по любому одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что акустический датчик (102) имеет резиновый акустический соединитель (601), один или больше полимерных пьезоэлектрических слоев (602а, 602Ь, 602с) и захватную часть (603).
  16. 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что резиновый акустический соединитель (601) содержит резину, имеющую твердость по Шору в диапазоне от 10 до 20.
  17. 17. Система по любому одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что акустический датчик (701) расположен в выемке (702) на корпусе (703) насоса (700).
  18. 18. Способ детектирования кавитации в гидравлической машине, включающий следующие этапы: прием сигнала от акустического датчика (303), который акустически связан с гидравлической машиной;
    высокочастотная фильтрация сигнала от акустического датчика (303) с помощью высокочастотного фильтра (302), имеющего частоту отсечки, больше или равную 1 МГц, и пропускающего частоты до 5 МГц;
    подача сигнала, указывающего на энергию в сигнале от акустического датчика, отфильтрованном по высокой частоте;
    сравнение сигнала, указывающего на энергию, с контрольным сигналом, полученным от источника контрольного сигнала, и выдача выходного сигнала, если сигнал, указывающий на энергию, превышает контрольный сигнал.
EA201000082A 2007-07-27 2008-07-25 Детектирование кавитации EA019866B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0714695A GB2451438B (en) 2007-07-27 2007-07-27 Cavitation detection
PCT/GB2008/002563 WO2009016355A2 (en) 2007-07-27 2008-07-25 Cavitation detection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201000082A1 EA201000082A1 (ru) 2010-10-29
EA019866B1 true EA019866B1 (ru) 2014-06-30

Family

ID=38513000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201000082A EA019866B1 (ru) 2007-07-27 2008-07-25 Детектирование кавитации

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8696321B2 (ru)
EP (1) EP2174123A2 (ru)
JP (1) JP5564424B2 (ru)
CN (1) CN101796405B (ru)
EA (1) EA019866B1 (ru)
GB (1) GB2451438B (ru)
WO (1) WO2009016355A2 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010043316B4 (de) 2010-11-03 2012-11-08 Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. Einrichtung und Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung von Kavitationsereignissen in Leistungsultraschall-Prozessanwendungen
CN102095796B (zh) * 2010-11-12 2012-12-12 中国科学院声学研究所 一种结合主动超声与被动声学探测流体空化的装置及方法
DE102012201539A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Gewinnen von Daten über einen Zustand einer Flüssigkeit
US9191762B1 (en) 2012-02-23 2015-11-17 Joseph M. Matesa Alarm detection device and method
US9546652B2 (en) * 2012-03-28 2017-01-17 Imo Industries, Inc. System and method for monitoring and control of cavitation in positive displacement pumps
US9151695B2 (en) 2012-06-19 2015-10-06 General Electric Company Systems and methods for diagnosing an engine
CN103018062B (zh) * 2012-11-26 2014-12-31 中国农业大学 一种文丘里施肥器空化发生的监测装置及监测判定方法
DE102013017828B4 (de) 2013-10-24 2015-05-13 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer in einem extrakorporalen Blutkreislauf oder einer in einem Dialysatkreislauf angeordneten Impellerpumpe und Blutbehandlungsvorrichtung
DE102014206038A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Steuereinrichtung für ein System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Verfahren zum Betreiben eines Systems, und Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System
US10247182B2 (en) 2016-02-04 2019-04-02 Caterpillar Inc. Well stimulation pump control and method
DE102016109520A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-30 pd2m GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kenngröße für die Auswirkung von Kavitationen
CN106895010B (zh) * 2017-03-07 2019-03-12 山东省科学院自动化研究所 一种低温余热发电工质泵气蚀检测装置及方法
CN108457912B (zh) * 2018-03-02 2019-11-08 大连理工大学 一种有效抑制叶片表面空化的射流装置及设计方法
GB2575827A (en) 2018-07-24 2020-01-29 Npl Management Ltd Method of an apparatus for producing nanomaterials
CN114263621B (zh) * 2021-11-26 2023-07-21 江苏科技大学 一种离心泵空化故障诊断模拟的试验方法及系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3548640A (en) * 1967-04-13 1970-12-22 Monsanto Co Cavitation detector
FR2404850A1 (fr) * 1977-09-30 1979-04-27 Commissariat Energie Atomique Appareil pour la detection du seuil de cavitation
JPS61228344A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Fuji Electric Co Ltd キヤビテ−シヨン検出装置
JPH01137979A (ja) * 1987-11-24 1989-05-30 Natl Food Res Inst グルコースイソメラーゼ遺伝子、該遺伝子を有する組換え体および該組換え体を有する微生物
EP0742372A1 (de) * 1995-05-11 1996-11-13 KSB Aktiengesellschaft Überwachungssystem zur Feststellung einer Kavitationsintensität
DE19903233A1 (de) * 1999-01-27 2000-08-10 Hrch Huppmann Gmbh Brauereianlage mit akustischer Überwachung
US6497140B1 (en) * 1999-09-16 2002-12-24 The Secretary Of State For Trade And Industry In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Cavitation sensor
US20030019297A1 (en) * 1999-09-30 2003-01-30 Siemens Ag Diagnostic system and method, especially for a valve
US6663349B1 (en) * 2001-03-02 2003-12-16 Reliance Electric Technologies, Llc System and method for controlling pump cavitation and blockage

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4926890B1 (ru) * 1970-12-04 1974-07-12
JPS57105580A (en) 1980-12-19 1982-07-01 Hitachi Zosen Corp Control method for pump operation
GB2097964A (en) * 1981-04-09 1982-11-10 Patscentre Benelux Sa Nv Improvements in the control of liquid level
IT1226633B (it) * 1988-07-15 1991-01-28 Enea Strumento di misura dell'intensita' di cavitazione o ebollizione in un liquido
JPH04235319A (ja) * 1991-01-10 1992-08-24 Oki Electric Ind Co Ltd キャビテーション雑音検出装置
US6260004B1 (en) * 1997-12-31 2001-07-10 Innovation Management Group, Inc. Method and apparatus for diagnosing a pump system
DE19848726A1 (de) * 1998-10-22 2000-04-27 Ziegler Albert Gmbh Co Kg Sicherungseinrichtung zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen, insbesondere Feuerlöschkreiselpumpen
US7198250B2 (en) * 2000-09-18 2007-04-03 Par Technologies, Llc Piezoelectric actuator and pump using same
US6700314B2 (en) * 2001-06-07 2004-03-02 Purdue Research Foundation Piezoelectric transducer
US6655922B1 (en) * 2001-08-10 2003-12-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for detecting and diagnosing pump cavitation
JP4580601B2 (ja) * 2001-09-21 2010-11-17 東京電力株式会社 水力発電機器のキャビテーション診断装置
GB0312818D0 (en) * 2003-06-04 2003-07-09 Univ Cambridge Tech Acoustic sensor
US7606184B2 (en) * 2005-01-04 2009-10-20 Tdk Corporation Multiplexers employing bandpass-filter architectures
US20070041273A1 (en) * 2005-06-21 2007-02-22 Shertukde Hemchandra M Acoustic sensor
US7995777B2 (en) * 2005-10-03 2011-08-09 Xun Yu Thin film transparent acoustic transducer
KR100811862B1 (ko) * 2006-12-28 2008-03-10 한국표준과학연구원 압전배열막을 이용한 음향센서

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3548640A (en) * 1967-04-13 1970-12-22 Monsanto Co Cavitation detector
FR2404850A1 (fr) * 1977-09-30 1979-04-27 Commissariat Energie Atomique Appareil pour la detection du seuil de cavitation
JPS61228344A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Fuji Electric Co Ltd キヤビテ−シヨン検出装置
JPH01137979A (ja) * 1987-11-24 1989-05-30 Natl Food Res Inst グルコースイソメラーゼ遺伝子、該遺伝子を有する組換え体および該組換え体を有する微生物
EP0742372A1 (de) * 1995-05-11 1996-11-13 KSB Aktiengesellschaft Überwachungssystem zur Feststellung einer Kavitationsintensität
DE19903233A1 (de) * 1999-01-27 2000-08-10 Hrch Huppmann Gmbh Brauereianlage mit akustischer Überwachung
US6497140B1 (en) * 1999-09-16 2002-12-24 The Secretary Of State For Trade And Industry In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Cavitation sensor
US20030019297A1 (en) * 1999-09-30 2003-01-30 Siemens Ag Diagnostic system and method, especially for a valve
US6663349B1 (en) * 2001-03-02 2003-12-16 Reliance Electric Technologies, Llc System and method for controlling pump cavitation and blockage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZEQIRI ET AL.: "Studies of a novel sensor for assessing the spatial distribution of cavitation activity within ultrasonic cleaning vessels", ULTRASONICS, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS LTD. GUILDFORD, GB, vol. 44, no. 1, 1 January 2006 (2006-01-01), pages 73-82, XP005222528, ISSN: 0041-624X, page 74, left-hand column, paragraph 3, page 74, right-hand column, paragraph 3, page 75, left-hand column, paragraph 2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009016355A2 (en) 2009-02-05
GB0714695D0 (en) 2007-09-05
US20100269574A1 (en) 2010-10-28
CN101796405A (zh) 2010-08-04
WO2009016355A3 (en) 2009-04-16
GB2451438A (en) 2009-02-04
GB2451438B (en) 2011-06-08
US8696321B2 (en) 2014-04-15
EP2174123A2 (en) 2010-04-14
EA201000082A1 (ru) 2010-10-29
CN101796405B (zh) 2013-12-18
JP2010534791A (ja) 2010-11-11
JP5564424B2 (ja) 2014-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019866B1 (ru) Детектирование кавитации
US11596737B2 (en) Infusion system and method of use which prevents over-saturation of an analog-to-digital converter
EP2211935B1 (en) Acoustic access disconnect detection system
CA2525815A1 (en) Device and method for examining a medical device
KR20050075936A (ko) 비교기 방식의 주파수 측정을 이용한 초음파 거리측정방법 및 장치
JP3273903B2 (ja) 超音波診断装置
JP6962270B2 (ja) 物体検知装置
SU1765528A1 (ru) Способ диагностики технического состо ни центробежного насоса
US6378536B1 (en) Ultrasonic cleaning device fault detector
KR101503125B1 (ko) 차량용 초음파 물체 감지시 오경보 방지 방법 및 오경보 방지를 위한 차량용 초음파 물체 감지 장치
JPH0999062A (ja) 気泡検知器
JPH01277775A (ja) 部分放電検出方法
JP4663205B2 (ja) ドライエッチング装置
TWI338126B (en) Method and device for detection of a pulsed mechanical effect on an installation component
WO2023027616A1 (en) Acoustic spectroscopy assembly and a method for determining a property of a fluid in a pipe using the acoustic spectroscopy assembly
JPS5846694B2 (ja) ガスロウエイケンチホウホウ
CN115327322A (zh) 一种电缆接头局部放电检测用警报装置及方法
AU2012200167B2 (en) Acoustic access disconnect detection system
JPH08320357A (ja) 超音波センサによる部分放電検出方法および装置
JPH05240903A (ja) 電力ケーブル接続部の部分放電判定方法
JPS5838400A (ja) ポンプの渦流検出装置
JPS6227922A (ja) 自動血圧測定装置
JPS5866056A (ja) 超音波ドツプラ−流量計
JPH10105177A (ja) 音響フィルタ及びこれを使用した音響計測装置
JPH05240904A (ja) プレハブ型接続部の部分放電位置標定方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU