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电磁泵轴承磨损检测方法


试验样机电磁泵内、外磁钢环径向充磁磁钢各为14,内磁钢环外半径53mm,外磁钢环内半径58.5mm,隔离套内径55.75mm,外径56.75mm.无磨损时内、外磁钢环之间气隙为5.5mm,内磁钢环与隔离套之间气隙为2.75mm.采用3根绝缘导线,每根绝缘导线有两个弯曲为矩形的部分,构成两对检测导线,组成一个径向差动轴承磨损传感器,3根绝缘导线在互成120°的3个径向方向上,组成3个径向差动轴承磨损传感器对轴承磨损进行监测.如图3所示为将环形磁钢环拉直后的电磁泵轴承磨损检测导线安装位置及连线示意图,检测导线a1,a2a3,a4监测0°方向,检测导线b1,b2b3,b4监测120°方向,检测导线c1,c2c3,c4监测240°方向.


根据样机电磁泵和监测导线的结构尺寸、材料特性及其各项参数,对电磁泵内、外磁钢环之间的磁场进行分析,建立其数学模型,代入式(2),可得如图4所示特性曲线,该曲线反映传感器差动输出电压与电磁泵轴心径向偏移关系,该传感器与轴心偏移均在相同的径向方向.(3)是其解析表达式,

电磁泵轴承磨损检测导线安装位置

E = f(δ)= 1.32δ3+ 63.076δ, (3)

式中E为传感器的差动电压,δ为泵轴偏移.对于0°径向方向,传感器差动电压E0如式(4)所示,

E0= Va1+Va2-Va3-Va4, (4)

式中Va1,Va2,Va3,Va4为该传感器相应检测导线上的感应电压,电压的假设方向如图3所示.4轴心偏移的0点对应无磨损状态.0°径向方向的轴心偏移δ如图5所示.

鉴于电磁泵特殊的迷宫式结构,难以用涡流传感器或其他传感器测量内磁钢环或内转子轴心实际径向偏移位置,因此不易对测量数据误差大小进行比较.所以在传感器磨损检测试验中,采用两套试验用电磁泵滑动轴承,一套为不偏心的正常轴承,另一套滑动轴承的内圆与外圆不同轴,两圆轴心距离1.5mm,如图6所示.先安装不偏心轴承模拟电磁泵无磨损状况进行试验,3个径向方向差动传感器上测量电压数据.然后再换偏心轴承重新安装电磁泵,安装时注意此时两个偏心轴承的偏心方向应该一致,并指向0°径向方向,此时电磁泵转子轴心偏离1.5mm.3个径向方向差动传感器上测量电压数据.

试验数据

偏心0mm,在样机电磁泵上安装不偏心轴承,此时内磁钢与隔离套之间的间隙均为5.5mm,用示波器分别观察0°,120°,240°方向差动检测导线传感器感应电势信号波形,并测量传感器电压.偏心1.5mm,安装1.5mm偏心轴承,偏心方向指向0°,用示波器分别观察0°,120°,240°方向差动检测导线传感器感应电势信号波形,并测试传感器电压.

1为试验数据,磨损测量量程2.5mm,磨损测量值的负号表示实际磨损方向与传感器径向方向相差180°.δ为轴承0°方向偏心量,θ为传感器径向方向角度,d实为轴承磨损实际值,d测为轴承磨损测量值,u为传感器感应电压测量值,μ为磨损测量绝对误差.

微型电磁泵轴承磨损监控主要目的是防止内转子与隔离套摩擦,即隔离套摩擦保护.根据轴承磨损规律,磨损量分为3个阶段,即预磨损、正常磨损和过磨损,其中预磨损期和过磨损期,磨损速度很快,正常磨损期是一个长期的磨损过程.因此电磁泵轴承磨损检测主要目的是当电磁泵滑动轴承磨损进入过磨损期时报警、关泵,以防止内转子与隔离套摩擦,发生重大事故.

当轴承单边磨损量在正常值范围,设为安全绿灯亮,磨损量在过磨损期范围内时红灯亮.磨损量在正常值与过磨损量之间时,设为黄灯报警.考虑电磁泵电机轴心与泵转子轴心的机械安装不同轴、滑动轴承起始间隙、传感器检测导线噪声干扰、检测受电磁泵内外磁钢磁性的不均匀、温度、速度、负载特性和外磁钢的摆动的影响,当磨损量在过磨损期范围内选择有一定误差裕度的关机点强制关机.

7所示为电磁泵安全、警告、危险的磨损量划分示意图,根据样机电磁泵结构尺寸,内磁钢环的轴心偏移量为2.75mm,可与隔离套发生摩擦,取其70%作为允许磨损量,距隔离套发生摩擦还有0.825mm的裕度.以允许磨损量作为基准,当轴承磨损大于70%、小于100%基准值时,电磁泵处于危险区,要强制关机;大于50%、小于70%基准值时,引发出报警信号;小于50%基准值时,电磁泵处于安全工作区.

电磁泵安全、警告、危险的磨损量划分示意图

试验中电磁泵轴承磨损测量值的最大绝对误差为0.44mm,其中包括了电磁泵机械加工、安装间隙等误差.所以作为电磁泵的紧急状况时的安全监控装置,试验中的磨损测量最大绝对误差值是可以接受的.


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