氣蝕現象探測制造技術

本發明專利技術公開一種用于在諸如泵（１００）的流體機械中探測氣蝕現象的裝置和方法。在一個實施例中，壓電襯墊（１０２）用作傳感器感應氣蝕現象。高通濾波器（３０２）、（５０１）用于在約兆赫茲的范圍內探測超聲信號。如果在兆赫茲范圍內的能量過多，那么判斷氣蝕現象正在發生，并且電機（１１０）的速度可以與判斷正在發生的氣蝕現象的程度成比例地減小。在另一個實施例（圖５）中，在兆赫茲范圍內的能量相對于千赫茲范圍內的能量被標準化。其它傳感器（６００，７０１）也被公開。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在流體機械中氣蝕現象的探測。特別的，本專利技術涉及用于抽吸流體(例如超臨界流體)或液體的泵中的氣蝕現象的探測。
技術介紹
當泵運行時可能發生的氣蝕現象是個難以解決的現象，以至于使泵中的壓力下降 到所抽吸液體的蒸汽壓力以下。蒸汽化液體的氣泡就形成了。當氣泡破裂時，會對泵造成 損害。在劇烈的氣蝕現象中，人能聽到破裂氣泡的聲音。不管怎樣，對劇烈和/或損害性氣 蝕現象的發生進行探測是有好處的，這樣可控制泵的運行條件(在某些應用中，少量的氣 蝕現象是允許的)。 JP11-037979公開了 一種在諸如泵的流體機械中探測氣蝕現象的系統。 JP11-037979通過比較來自泵的連續的聲音波形周期而操作。每個波形周期分解成多個系 數。通過求得連續聲音波形的點積(dot product)，在逐項的基礎上比較連續聲音波形周期 的系數。如果連續聲音波形的周期十分地相似，則判斷氣蝕現象沒有發生；如果連續聲音波 形的周期完全不同，則判斷氣蝕現象正在發生。
技術實現思路
根據本專利技術的一個方面，提供 傳感器； 高通濾波器，用于對來自傳感器的信號進行高通濾波； 參考接收器，用于接收臨界值； 比較器，用于比較高通濾波信號和臨界值。 根據本專利技術的其它方面，提供聲傳感器和探測氣蝕現象的方法。 與一些現有技術的氣蝕現象探測方法相比，本專利技術的一個好處是需要較少的信號 處理過程。本專利技術一些實施例的另一個好處是在兆赫茲(MHz)的范圍內探測氣蝕現象，使 得氣蝕現象(或者劇烈的氣蝕現象的開始)的確定更具可靠性。 本專利技術的一個實施例中，傳感器信號與來自傳感器信號的低通濾波形式相比較。 該實施例的一個好處是較少地依賴于傳感器信號的穩定，并且因而，這個實施例更能接受 傳感器與被監控泵的聲音耦合的不確定性。附圖說明 圖la顯示泵和電機的透視圖；圖lb顯示能看到壓電襯墊的泵與電機的視圖。 如2顯示圖lb中壓電襯墊的視圖。 圖3顯示系統的示意圖，該系統用于探測氣蝕現象的開始，并在探測到氣蝕現象 時減小電機的速度。 圖4顯示來自泵的聲音波形的示例(i)泵在沒有氣蝕現象的情況下運行和(ii)在氣蝕現象開始時。 圖5顯示基于圖3的系統示意圖，但是對來自傳感器信號的不同濾波形式進行了 比較。 圖6顯示傳感器的透視圖，該傳感器可被壓靠泵的外殼以測量來自泵的聲信號。 圖7顯示已壓入聲傳感器的泵的部分的剖面圖。具體實施例方式圖la和lb顯示泵100通過壓電襯墊102連結在入口管道101上。電機110具有 軸111，驅動泵100的推進器112。 圖2顯示壓電襯墊102的更詳細的視圖。在該實施例中，壓電襯墊102為環形并 具有兩個平面。 一個平面用于形成對于泵100的流體密封；另一個平面用于形成對于入口 管道101的流體密封。 在該實施例中，壓電襯墊102包括聚合物壓電材料，如PVDF (聚偏二氟乙烯)，具有 厚度50iim。導線201a、201b分別地連接襯墊102的各自的平面。壓電襯墊102可由單層 薄膜、一系列薄片層形成，或者可具有結構化的或圖案化的電極。當壓電襯墊102被夾在泵 IOO和入口管道IOI之間時，壓電襯墊會將來自泵的聲信號轉變為電信號。因此，壓電襯墊 102可用于探測來自泵100的聲信號。 在另一個實施例中，可在襯墊102和/或導線201a、201b的周圍設置靜電屏蔽以 減少外部電信號的影響。 在再一個實施例中，陶瓷壓電材料或混合的聚合物_陶瓷復合材料可代替聚合物 壓電材料使用。如果使用陶瓷壓電材料，那么需要給陶瓷涂上諸如橡膠的聚合物以在陶瓷 壓電材料被夾在泵100與入口管道101之間時防止陶瓷的開裂。 使用聚合物壓電材料的好處是，聚合物的厚度比起陶瓷壓電材料的厚度可以更容 易地減小。相對薄的材料通常比較厚的材料更適合于探測高頻聲信號；這是因為薄的材料 比高頻聲信號的波長要小。例如，50 ii m厚的PVDF層的上限頻率響應約20兆赫茲，因而不 能有效地用于感應具有比約20兆赫茲更高頻率的聲信號。在低于20兆赫茲的頻率處，厚 50 ii m的PVDF層的厚度明顯小于聲音如在水中的波長。而且，較薄的材料具有更高的響應 頻率(當材料的厚度變得等于聲音波長的一半時，發生初次響應)，因此，可能探測到更高 頻率的信號。 圖3顯示系統的示意圖，該系統可用于探測氣蝕現象的開始，并在探測到氣蝕現 象的情況下減小電機的速度。圖3顯示壓電襯墊102的電信號通過放大器301被放大，并 且然后通過高通濾波器302過濾。(在另一個實施例中，可優選地，過濾并且然后放大來自 壓電襯墊102的信號。)該實施例中，高通濾波器302減弱具有低于1兆赫茲頻率的信號。 雖然在代替的實施例中可使用數字濾波器，在該實施例中，高通濾波器302為二階的(也就 是每八度音衰減增加12dB)模擬濾波器。 高通濾波器302的輸出端連接到探測器303。在該實施例中，探測器303為包絡 探測器(envelope detector)，并將來自高通濾波器302的信號轉變為電壓，該電壓表示來 自高通濾波器302的信號的強度。在其它的實施例中，探測器303可以包括振幅傳感器或 RMS(均方根)探測器。 探測器303的輸出端連接到比較器304。比較器304對比來自探測器303的電壓 與從參考輸入端305接收的參考信號。在該實施例中，比較器304從探測到的電壓中減去 參考信號。在另一個實施例中，比較器304可將探測到的電壓除以參考信號以形成比率。 在該實施例中，比較器304的輸出端連接到控制電機110速度的電機控制器306。 在比較器304指示過量的氣蝕現象的情況下，電機控制器305減小電機110的速度以減少 氣蝕現象。在另一個實施例中，其他方法可用于減小氣蝕現象。例如，可以增加泵100的輸 入端處的壓頭。 圖4顯示來自泵100的聲音波形的示例，并顯示了聲音波形的振幅與頻率的關系。 曲線401 (實線)顯示當泵在沒有明顯的氣蝕現象的情況下運行時的聲音波形的振幅相對 于頻率的關系。曲線402(虛線)顯示在劇烈的氣蝕現象開始時聲音波形的振幅相對于頻 率的關系。 從圖4中可以看出，在氣蝕過程中，聲音波形的振幅在千赫茲頻率下稍微地增加， 而在兆赫茲頻率下明顯地增加。現有技術的氣蝕現象探測器一般地試圖探測具有數百千赫 茲(KHz)頻率的氣蝕現象。通過適當地改變高通濾波器302的截止(cutoff)頻率，本專利技術 的實施例可探測具有至少為0. 5兆赫茲、至少為1兆赫茲、至少為2兆赫茲、至少為4兆赫 茲或至少為8兆赫茲的頻率的氣蝕現象。 圖5顯示基于圖3的系統示意圖，但是對來自壓電襯墊102的信號的不同濾波形 式進行了比較。圖5顯示來自放大器301的輸出信號由帶通濾波器501(代替高通濾波器 302)進行過濾。在該實施例中，帶通濾波器501減弱了位于1兆赫茲至5兆赫茲通帶之外 的頻率。來自放大器301的輸出也由低通濾波器502進行過濾，由探測器503進行探測，并 用作到比較器304的參考輸入。在該實施例中，低通濾波器502具有1千赫茲的截止頻率， 并且因而減弱高于1千赫茲的頻率。在代替的實施例中，低通濾波器502的截止頻率可替 換為最大10千赫茲、100千赫茲或1兆赫茲。 如本領域技術人員所知，帶通濾波器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于探測氣蝕現象的系統，包括：聲傳感器（１０２；６０２；７０１）；高通濾波器（３０２），用于過濾來自所述聲傳感器（１０２）的信號；第一探測器（３０３），用于提供表示來自所述聲傳感器的高通濾波信號中的能量的信號；參考接收器（３０５），用于接收參考值信號；比較器（３０４），用于比較來自所述第一探測器（３０３）的信號與參考值信號，并在來自所述第一探測器的信號超過所述參考值信號時提供指示。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：巴伊拉姆澤奇爾，
申請(專利權)人：貿易及工業部部長，
類型：發明
國別省市：GB[英國]