RU2322660C2

RU2322660C2 - Mode of control of wearing of tube systems of mechanisms and machines using technological liquids

Info

Publication number: RU2322660C2
Application number: RU2006116811/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Хулла (RU); Владимир Дмитриевич Хулла; Федор Иванович Кукоз (RU); Федор Иванович Кукоз; Марина Владимировна Хулла (RU); Марина Владимировна Хулла
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2008-04-20
Also published as: RU2006116811A

Abstract

FIELD: invention refers to measuring technique.

SUBSTANCE: mode of wearing of tube systems of mechanisms and machines using technological liquids is in measuring of value of dielectric permeability of technological liquid by way of measuring of capacity of sensor installed in fluid main pipeline , in control of deviation of value of capacity of sensor from reference values received for not working and maximally polluted liquid, in evaluation of technical condition and residual resource of engine. Moreover they measure correlation of values of dielectric permeability of liquids used by machine and same liquid not used by machine by way of measuring correlation of condenser capacity with liquid installed in fluid main pipeline to capacity of condenser with same liquid but not mixing with liquid in fluid main pipeline of machine. They control deviation of value of correlations of capacities of condensers from reference values received for not working and maximally polluted liquid in fluid main pipeline of machine and evaluation of technical condition and residual resource of engine, execute by way of definition of values and speed of deviation of correlation of electrical capacities from reference received at condition of most effective work of fluid system.

EFFECT: provides increase of accuracy of evaluation of condition of mechanisms and machines.

1 ex, dwg

Description

Изобретение относится к технической диагностике механизмов и машин, работающих с различными жидкостными системами, и может быть использовано для анализа содержания частиц износа в работающих жидкостях.The invention relates to the technical diagnosis of mechanisms and machines operating with various fluid systems, and can be used to analyze the content of wear particles in working fluids.

Известен «Способ анализа жидкостей на металлы - продукты износа узлов и механизмов, омываемых этими жидкостями» (Пат. №2167407, опуб. 20.05.2001 г.), предназначенный для определения содержания примеси в различных специальных жидкостях, таких как масло, топливо и гидравлические жидкости. Способ включает подготовку пробы к анализу, подготовку стандартных образцов, построение градуировочных графиков, измерение концентрации определяемых элементов, при этом пробу предварительно центрифугируют, осадок помещают в делительную воронку с чистой анализируемой жидкостью и после седиментации частиц отбирают объемы жидкости с узкими классами частиц, которые анализируют по градуировочному графику, соответствующему известной крупности частиц, а концентрацию элементов в пробе рассчитывают как суммарную массу элемента, деленную на исходный объем анализируемой жидкости.The well-known "Method of analysis of liquids on metals - products of wear of assemblies and mechanisms washed by these liquids" (Pat. No. 2167407, publ. 05.20.2001), designed to determine the content of impurities in various special fluids, such as oil, fuel and hydraulic liquids. The method includes preparing a sample for analysis, preparing standard samples, constructing calibration graphs, measuring the concentration of the elements to be determined, the sample being pre-centrifuged, the sediment is placed in a separatory funnel with a clean analyzed liquid, and after sedimentation of particles, volumes of liquid with narrow classes of particles are taken, which are analyzed by the calibration curve corresponding to the known particle size, and the concentration of elements in the sample is calculated as the total mass of the element divided by and the initial volume of the analyzed fluid.

Недостатком способа является сложность, высокая трудоемкость и низкая оперативность.The disadvantage of this method is the complexity, high complexity and low efficiency.

Наиболее близким к предлагаемому является «Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания» (Пат. №97103839, опуб. 27.03.1999 г.), заключающийся в том, что при работе двигателя измеряют показатели состояния диагностируемых систем двигателя, определяют их изменения сравнительно с исходными, полученными при условии наиболее эффективной работы маслоочистителя, проводят вычисления и по результатам оценивают техническое состояние двигателя, причем в качестве показателей принимают параметры амплитудных и фазовых частотных характеристик, получаемых в заданном диапазоне частот путем разложения в гармонический ряд несинусоидальных периодических сигналов на входе и выходе масляного фильтра, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности процесса диагностирования одновременно проводят измерение величины диэлектрической проницаемости смазочного масла путем измерения электрической емкости датчика, установленного в масляной магистрали, контролируют отклонение величины емкости датчика от эталонных значений, полученных для неработавшего и максимально загрязненного масла, а оценку технического состояния и остаточного ресурса двигателя осуществляют путем определения величин и скорости отклонения параметров амплитудных и фазовых частотных характеристик и электрической емкости датчика от эталонных, полученных при условии наиболее эффективной работы системы смазки.Closest to the proposed is the "Method for assessing the technical condition of the internal combustion engine" (Pat. No. 97103839, publ. 03/27/1999), which consists in the fact that when the engine is running, the state of the diagnosed engine systems is measured, their changes are compared with the original , obtained under the condition of the most efficient operation of the oil scrubber, carry out calculations and evaluate the technical condition of the engine according to the results, and the parameters of the amplitude and phase frequency characteristics are taken as indicators characteristics obtained in a given frequency range by expanding in a harmonic series of non-sinusoidal periodic signals at the input and output of the oil filter, characterized in that in order to increase the efficiency of the diagnostic process, the dielectric constant of the lubricating oil is simultaneously measured by measuring the electrical capacitance of the sensor installed in the oil line control the deviation of the sensor capacitance from the reference values obtained for the idle and maximum contaminated oil, and the assessment of the technical condition and residual life of the engine is carried out by determining the values and the rate of deviation of the parameters of the amplitude and phase frequency characteristics and the electric capacity of the sensor from the reference ones, obtained under the condition of the most efficient operation of the lubrication system.

Этот способ имеет два недостатка, ведущих к получению недостоверных диагностических сведений (под датчиком, электрическая емкость которого измеряется, понимается электрический конденсатор):This method has two drawbacks leading to false diagnostic information (a sensor whose electrical capacitance is measured means an electric capacitor):

1. Емкость конденсатора в масляной магистрали будет изменяться не только от степени загрязнения масла, используемого системой, но и при переходе от масла одной марки к маслу другой марки, например, при переходе от синтетического масла к минеральному и наоборот. Известно, что масла (и другие технологические жидкости) разных марок и разных производителей содержат разный набор присадок, состав которых, к тому же зачастую не оглашается. Поэтому диэлектрические проницаемости различных неработавших масел различаются. Это ведет к тому, что, даже заправив систему неработавшими маслами разных производителей, не содержащими продуктов эксплуатационного износа оборудования, мы будем иметь различную емкость датчика.1. The capacity of the condenser in the oil line will vary not only from the degree of contamination of the oil used by the system, but also during the transition from one brand of oil to another brand of oil, for example, when switching from synthetic to mineral oil and vice versa. It is known that oils (and other process fluids) of different brands and different manufacturers contain a different set of additives, the composition of which, moreover, is often not disclosed. Therefore, the dielectric constant of various non-working oils vary. This leads to the fact that, even filling the system with non-working oils from different manufacturers that do not contain products of operational wear of the equipment, we will have a different sensor capacity.

2. Само масло, находясь в контакте с деталями трибосистем машин и механизмов, нагретыми зачастую до весьма высоких температур, контактирующее, возможно, при этом с атмосферой, изменяет свои свойства, окисляется, стареет, оводняется, а следовательно, изменяет свою диэлектрическую проницаемость. Это также ведет к изменению емкости конденсатора, не зависящему от наличия в масле продуктов износа.2. The oil itself, being in contact with the parts of the tribosystems of machines and mechanisms, often heated to very high temperatures, in contact with, possibly, the atmosphere, changes its properties, oxidizes, ages, hydrates, and therefore changes its dielectric constant. This also leads to a change in the capacitance of the capacitor, independent of the presence of wear products in the oil.

В результате возникает неоднозначность соответствия информации предлагаемого датчика степени износа систем машин и механизмов.As a result, there is ambiguity in the correspondence of the information of the proposed sensor of the degree of wear of machine systems and mechanisms.

Все это относится не только к маслам, но и к любым другим технологическим жидкостям, в которые попадают продукты износа трибоузлов машин и механизмов.All this applies not only to oils, but also to any other process fluids into which the wear products of the tribunals of machines and mechanisms fall.

Задачей изобретения является повышение точности оценки технического состояния машин и механизмов, использующих технологические жидкости.The objective of the invention is to improve the accuracy of assessing the technical condition of machines and mechanisms using process fluids.

Решение задачи заключается в следующем: способ контроля износа трибосистем механизмов и машин, использующих технологические жидкости, заключающийся в измерении величины диэлектрической проницаемости технологической жидкости путем измерения электрической емкости датчика, установленного в жидкостной магистрали, контроле отклонения величины емкости датчика от эталонных значений, полученных для неработавшей и максимально загрязненной жидкости, оценке технического состояния и остаточного ресурса двигателя, причем измеряют отношение величин диэлектрических проницаемостей жидкости, используемой машиной, и такой же жидкости, но не используемой машиной, путем измерения отношения емкости конденсатора с жидкостью, установленного в жидкостной магистрали, к емкости конденсатора с такой же жидкостью, но не смешивающейся с жидкостью в жидкостной магистрали, контролируют отклонение величины отношения емкостей конденсаторов от эталонных значений, полученных для неработавшей и максимально загрязненной жидкости в жидкостной магистрали машины, а оценку технического состояния и остаточного ресурса двигателя осуществляют путем определения величин и скорости отклонения отношения электрических емкостей от эталонных, полученных при условии наиболее эффективной работы жидкостной системы.The solution to the problem is as follows: a method for controlling the wear of tribosystems of mechanisms and machines using technological fluids, which consists in measuring the dielectric constant of a technological fluid by measuring the electric capacitance of a sensor installed in a liquid line, monitoring the deviation of the sensor capacitance from the reference values obtained for the idle and the most contaminated fluid, assessing the technical condition and residual life of the engine, and measure the ratio the dielectric constant of the liquid used by the machine and the same liquid but not used by the machine, by measuring the ratio of the capacitance of the capacitor to the liquid installed in the liquid line to the capacity of the capacitor with the same liquid but not miscible with the liquid in the liquid line, control the deviation the ratio of the capacitance of the capacitors from the reference values obtained for the idle and maximum contaminated liquid in the liquid line of the machine, and the assessment of the technical condition It and the residual life of the engine are carried out by determining the values and the rate of deviation of the ratio of electric capacitance from the reference, obtained under the condition of the most efficient operation of the liquid system.

В предлагаемом способе измеряют не абсолютное значение емкости конденсатора, а ее значение относительно емкости такого же конденсатора, содержащего такую же жидкость, но не используемую системой, т.е. не смешивающуюся с жидкостью в жидкостном контуре системы. Этот конденсатор (конденсатор сравнения) заправляют той же технологической жидкостью (например, тем же маслом при очередной смене масла в двигателе внутреннего сгорания). Жидкость в конденсаторе сравнения, как и рабочая жидкость, может иметь связь с атмосферой или герметизируется аналогично условиям эксплуатации рабочей жидкости. Конденсатор сравнения и жидкость между его обкладками может находиться в тепловом контакте с контуром рабочей жидкости, и, следовательно, технологическая жидкость в нем будет иметь ту же температуру и продолжительность работы при данной температуре, что и рабочая жидкость. Различие в условиях эксплуатации технологических жидкостей в этих конденсаторах заключается только в том, что в конденсаторе сравнения жидкость не омывает работающие узлы машин и механизмов. Но она того же состава, той же температуры, так же окисляется, стареет, оводняется, как и рабочая жидкость, которая используется машиной.In the proposed method, it is not the absolute value of the capacitance of the capacitor that is measured, but its value relative to the capacitance of the same capacitor containing the same liquid, but not used by the system, i.e. not miscible with the fluid in the fluid circuit of the system. This capacitor (comparison capacitor) is charged with the same process fluid (for example, the same oil when the next oil change in the internal combustion engine). The liquid in the comparison condenser, like the working fluid, can be connected to the atmosphere or sealed in the same way as the working fluid. The comparison capacitor and the liquid between its plates can be in thermal contact with the circuit of the working fluid, and, therefore, the process fluid in it will have the same temperature and duration at this temperature as the working fluid. The difference in the operating conditions of process fluids in these capacitors lies only in the fact that in the comparison capacitor, the liquid does not wash the working units of machines and mechanisms. But it is of the same composition, of the same temperature, it also oxidizes, ages, hydrates, as does the working fluid that is used by the machine.

Поэтому основной причиной различия диэлектрических проницаемостей жидкостей в этих конденсаторах, а следовательно, и их емкостей в предлагаемом способе является только наличие в рабочей жидкости продуктов износа омываемых ею узлов машин и механизмов. Измерение отношения емкостей этих конденсаторов и позволяет более точно диагностировать состояние этих узлов, износ и остаточный ресурс машин и механизмов, контролируя величину и скорость отклонения отношения от эталонных значений, полученных для неработавшей и максимально загрязненной жидкости, используемой системой.Therefore, the main reason for the difference in the dielectric permittivities of the liquids in these capacitors, and therefore their capacities in the proposed method, is only the presence in the working fluid of wear products of the machine components and mechanisms washed by it. Measurement of the ratio of the capacitances of these capacitors allows you to more accurately diagnose the condition of these nodes, wear and residual life of machines and mechanisms, controlling the magnitude and rate of deviation of the ratio from the reference values obtained for the idle and maximum contaminated fluid used by the system.

Пример осуществления способа поясняется на фиг.1.An example implementation of the method is illustrated in figure 1.

Конденсатор сравнения С2 находится в объеме, заполненном такой же жидкость, что и жидкостная магистраль машины, но отделенном от нее, в результате чего жидкости не смешиваются. Между жидкостью в конденсаторе сравнения С2 и жидкостью в конденсаторе С1, установленном в жидкостной магистрали машины, возможен только тепловой контакт.The comparison capacitor C2 is located in a volume filled with the same liquid as the liquid line of the machine, but separated from it, as a result of which the liquids do not mix. Between the liquid in the comparison capacitor C2 and the liquid in the capacitor C1 installed in the fluid line of the machine, only thermal contact is possible.

Схема, с помощью которой измеряют величину и скорость отклонения диэлектрических проницаемостей жидкостей в конденсаторах С1 и С2 представлена на фиг.2. Измерение осуществляют путем контроля отношения емкости рабочего конденсатора С1 к емкости конденсатора сравнения С2 при помощи мостовой схемы, которая балансируется во время заправки системы жидкостью. В этот момент в рабочей жидкости частицы износа еще отсутствуют, температуры жидкостей одинаковы, поэтому диэлектрическая проницаемость жидкостей в обоих конденсаторах одинакова. Под балансировкой понимается начальная установка нулевого напряжения на выходных контактах при помощи переменного резистора. Мост питается переменным напряжением. При работе машины или механизма происходит загрязнение рабочей жидкости продуктами износа, в то время как жидкость в конденсаторе сравнения, не смешиваясь с рабочей жидкостью, таких продуктов износа не содержит. В результате емкости конденсаторов в ходе эксплуатации машины изменяются на различную величину и мост разбалансируется. Величина напряжения разбаланса пропорциональна концентрации частиц износа в жидкости и в конечном счете определяет степень износа узлов, омываемых этой жидкостью. Измеряя это напряжение и сравнивая его с напряжением, полученным для нерабочей и максимально загрязненной жидкости, можно оценить степень износа и остаточный ресурс узлов машины, омываемых данной рабочей жидкостью.The circuit with which to measure the magnitude and speed of the deviation of the dielectric constant of the liquids in the capacitors C1 and C2 is presented in figure 2. The measurement is carried out by monitoring the ratio of the capacitance of the working capacitor C1 to the capacitance of the comparison capacitor C2 using a bridge circuit that is balanced during the filling of the system with liquid. At this moment, there are still no wear particles in the working fluid, the temperatures of the fluids are the same, so the dielectric constant of the fluids in both capacitors is the same. By balancing is meant the initial setting of zero voltage at the output contacts using a variable resistor. The bridge is powered by alternating voltage. When the machine or mechanism is operating, the working fluid is contaminated with wear products, while the liquid in the comparison condenser, without mixing with the working fluid, does not contain such wear products. As a result, the capacitance of the capacitors during operation of the machine is changed by a different amount and the bridge is unbalanced. The magnitude of the unbalance voltage is proportional to the concentration of wear particles in the liquid and ultimately determines the degree of wear of the nodes washed by this liquid. By measuring this voltage and comparing it with the voltage obtained for a non-working and maximally contaminated fluid, it is possible to assess the degree of wear and residual life of the machine components washed by this working fluid.

Claims

A method for controlling the wear of tribosystems of mechanisms and machines using technological fluids, which consists in measuring the dielectric constant of a technological fluid by measuring the electric capacitance of a sensor installed in a liquid line, monitoring the deviation of the sensor's capacitance from the reference values obtained for an idle and maximum contaminated liquid, evaluating the technical state and residual life of the engine, characterized in that they measure the ratio of the dielectric the permeability of the liquid used by the machine and the same liquid, but not used by the machine, by measuring the ratio of the capacitance of the capacitor to the liquid installed in the liquid line to the capacity of the condenser with the same liquid, but not miscible with the liquid in the liquid line, control the deviation of the ratio capacitor capacities from the reference values obtained for idle and maximum contaminated liquid in the fluid line of the machine, and an assessment of the technical condition and residual life vigatelya performed by determining the magnitudes and speed ratio deviation from reference capacitances obtained provided the most efficient operation of the fluid system.