专利名称：磁力泵轴承磨损监测装置和方法
技术领域：
本发明属于位移测量领域。特指一种磁力泵轴承磨损监测装置和方法。
背景技术：
磁力泵不同于传统的密封泵，电动机轴与泵轴并不直接相连，电动机轴驱动外磁 钢环旋转，外磁钢环通过磁场耦合驱动内磁钢环旋转，内磁钢环驱动泵叶轮旋转，在内外磁 钢环之间有一个容纳过程流体的隔离套，将过程流体密封在泵内，因而无需对泵轴采取传 统的动态密封就可以获得非常优异的无泄漏特性，因而被广泛用于输送各种剧毒、易燃、易 爆等危险性介质，在石油、化工、医药、核动力、国防等领域发挥了重要作用。由于磁力泵内 支撑泵转子的滑动轴承是利用所输送过程流体进行润滑的，该过程流体往往润滑性较差； 其次在生产环境中，也可能会遇到泵内液体被抽空或液体减少等状况，此时磁力泵滑动轴 承快速发热、轴承磨损加速；此外，散布在流动液体中的固体会产生潜在的轴承或轴颈表面 的研磨。这些事件的累积效应会导致轴承过早磨损。结果导致泵转子轴严重偏离中心，转子和隔离套发生摩擦，并迅速将隔离套磨 穿，造成介质泄漏，有毒物质扩散，甚至引发重大灾难性事故。磁力泵虽然可以无泄漏的输 送危险性介质，然而没有像汽车防撞气囊之类的紧急状况时的安全监控装置，不能不说是 该产品的一个隐患。问题的困难在于磁力泵结构复杂、内外磁钢环和隔离套之间的间隙狭 小，没有安装传感器的空间。针对磁力泵轴承磨损及内磁钢与隔离套摩擦的实时监控问题， 利用磁力泵本身的内外磁钢环，用一根很细的固定于隔离套外表面的检测导线作为磁力泵 滑动轴承磨损监测传感器，在线检测磁力泵内转子轴承的磨损，应该说是一个简易、低成本 的有应用价值的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁力泵轴承磨损监测装置，能够检测磁力泵内转子轴 承的磨损，防止转子和隔离套发生摩擦。本发明的另一个目的是提供一种磁力泵轴承磨损 监测方法，能够消除磁力泵负载造成的磁力泵轴承磨损测量误差。本发明所需要解决的问题是通过如下的技术方案实现的它包括隔离套、分布在 隔离套两侧的内磁钢环和外磁钢环，其特征在于所述的监测装置由智能信号处理电路板、 采样控制器以及一组以上的轴承磨损检测器组成；每组轴承磨损检测器由2根或4根检测 导线及相应连线组成，检测导线为位于磁力泵隔离套与磁力泵外磁钢环之间、固定于隔离 套外表面与隔离套轴向平行的绝缘导线；检测导线为2根时，间隔角度为180度或Θ2，Θ2 为360度与磁力泵外磁钢数的比值；检测导线为4根时，间隔角度分别为θ 2、θ 3、θ 2、 θ 3 ； θ 3为180度减去θ 2的差；每组轴承磨损检测器的所有检测导线用绝缘导线沿隔离 套外表面相连，整体只有二个线端作为该组轴承磨损检测器的信号接口，各组轴承磨损检 测器的所有检测导线之间的间隔角度均满足为θ 2的整倍数关系；所述的智能信号处理电 路板含有一个以上轴承磨损检测信号输入口 [、一个采样控制信号输入口、一个信号输出口 ；各组轴承磨损检测器的信号接口分别与智能信号处理电路板的各轴承磨损检测信号输 入口相连后，连接到可控开关的信号输入端，采样控制器接口与智能信号处理电路板的采 样控制信号输入口相连后，与信号整形电路的输入端相连，信号整形电路输出为具有两种 逻辑电平状态方波信号，其输出端再分两路，一路连接到各可控开关的控制端，控制可控开 关的通断；一路连接到智能信号处理电路板，将可控开关的通断状态送到内嵌入式单片机 系统，各可控开关的信号输出端连接到智能信号处理电路板，将一组以上轴承磨损检测器 的检测信号送到嵌入式单片机系统；嵌入式单片机系统具有一个以上检测信号输入口和一 个开关状态信号输入口，可同时对各路检测信号进行测量和智能处理，并将最终计算得到 的磁力泵轴承磨损量通过信号输出口输出。本发明所述的采样控制器由2根采样控制导线及相应连线组成，采样控制导线为 位于磁力泵隔离套与磁力泵外磁钢环之间、固定于隔离套外圈表面与隔离套轴向平行、间 隔角度为θ 2的绝缘导线；采样控制导线用绝缘导线沿隔离套外表面相连，整体只有两个 线端作为采样控制器的信号接口 ；采样控制导线与所有轴承磨损检测器的检测导线之间的 相隔角度均满足为θ 2的整倍数关系，采样控制导线与轴承磨损检测器检测导线各自单独 设置、互不关联或为一体、共为同一段绝缘导线。本发明所述的采样控制器由采样测量器和采样槽组成，采样测量器固定在磁力泵 连接架上，由不导磁材料制造的采样测量器外壳、霍尔传感器、磁钢片组成，霍尔传感器检 测面几何中心、磁钢片几何中心与检测导线在磁力泵隔离套的同一径向方向上；霍尔传感 器的三根电气引脚构成采样控制器接口，采样槽位于磁力泵外磁钢铁轭环外表面，采样槽 的张角为外磁钢张角的一半，且采样槽与泵轴平行的一个边缘位于外磁钢张角的平分线 上，采样槽个数等于磁力泵外磁钢数。本发明所述的一种磁力泵轴承磨损监测方法，将检测导线在转角差内时的轴承磨 损检测信号屏蔽，检测导线在相吸角内时的轴承磨损检测信号不屏蔽。本发明所述的一种磁力泵轴承磨损监测方法，将转角差设定为其最大值，S卩外磁 钢张角的一半，并将检测导线在其范围内时的轴承磨损检测信号屏蔽，不在其范围内时的 轴承磨损检测信号不屏蔽。本发明采用的上述结构和方法，能够检测磁力泵内转子轴承的磨损，防止转子和 隔离套发生摩擦，可以提高磁力泵的运行安全、可靠性，也可消除磁力泵负载造成的磁力泵 轴承磨损测量误差，提高测量精确度。
下面结合附图对本发明做进一步的说明 图1所示为本发明磁力泵结构图
图2所示为本发明磁力泵轴承磨损检测器检测导线位置示意图 图3所示为本发明磁力泵轴承磨损检测器检测导线布线示意图 图4所示为本发明磁力泵轴承磨损检测器检测导线、采样控制导线布线示意图 图5所示为本发明采样槽结构示意图 图6所示为本发明采样槽结构示意图 图7所示为本发明采样槽结构示意8所示为本发明智能信号处理电路板原理框图 图9所示为本发明磁力泵轴承磨损监测方法原理示意图
其中1.轴承磨损检测器2.采样测量器 3.智能信号处理电路板4.磁力泵隔 离套5.磁力泵外磁钢环6.检测导线8.采样测量器外壳9.霍尔传感器10.磁钢 片11.外磁钢铁轭环12.采样槽13.轴承磨损检测器的信号接口 14.采样控制器 接口 15.检测信号输入口 16.采样控制信号输入口 17.信号输出口 18.采样槽的 张角19.外磁钢张角20.磁力泵连接架21.磁力泵内磁钢环22.外磁钢张角的平分 线23.磁力泵24.泵内部滑动轴承25.电机轴26.泵轴27.可控开关28.整形电 路29.可控开关信号输入端30.可控开关信号输出端31.可控开关控制端32.信 号整形电路的输入端 33.信号整形电路的输出端 34-45.检测导线 46.直流电源 47.内嵌入式单片机系统48.内外磁钢转差角49.内外磁钢相吸角。
具体实施例方式
实施例图2中，磁力泵外磁钢数为14个，轴承磨损检测器设为3组，每组轴承磨损检测 器检测导线由2根组成，分别为34、35，38,39, 42,43,每组轴承磨损检测器检测导线间隔 角度分别为θ 2，θ 2为360度与磁力泵外磁钢数14的比值。每组轴承磨损检测器的组内 各检测导线用与隔离套轴向垂直的导线沿隔离套外表面相连，整体只有两个线端作为该组 轴承磨损检测器的信号接口 13。所有检测导线之间的角度为θ 2的整倍数。图3、图4中，磁力泵外磁钢数为14个，轴承磨损检测器设为3组，每组轴承磨损 检测器检测导线由4根组成，分别为34、35、36、37，38、39、40、41，42、43、44、45，每组轴 承磨损检测器检测导线间隔角度分别为Θ2、θ3、Θ2、θ 3 ; θ 2为360度与磁力泵外磁钢 数14的比值，θ 3为180度减去θ 2的差。每组轴承磨损检测器的组内各检测导线用与隔 离套轴向垂直的导线沿隔离套外表面相连，整体只有两个线端作为该组轴承磨损检测器的 信号接口 Ea、Eb、Ec。所有检测导线之间的角度为θ 2的整倍数。图4中，采样控制器由位于磁力泵隔离套4与磁力泵外磁钢环5之间、固定于隔离 套外圈表面与隔离套轴向平行的2根采样控制导线34、35组成，采样控制导线34、35间隔 角度为θ 2，与轴承磨损检测器检测导线34、35共为同一段绝缘导线。采样控制导线用绝缘 导线延隔离套外表面相连，整体只有两个线端作为采样控制器的信号接口 Ekz。所有采样控 制导线与所有轴承磨损检测器的检测导线之间的相隔角度均为θ 2的整倍数。 图5、图6、图7中，磁力泵外磁钢数为14个，采样测量器2固定在磁力泵连接架 20上，采样测量器2包括不导磁材料制造的采样测量器外壳8、霍尔传感器9、磁钢片10。霍 尔传感器9检测面几何中心、磁钢片10几何中心与某一根检测导线6在磁力泵隔离套的同 一径向方向上。采样槽12位于磁力泵外磁钢铁轭环11外表面，采样槽的张角18为外磁钢 张角19的一半，且槽的与泵轴平行的一个边缘位于外磁钢张角的平分线22上。采样槽12 的个数等于磁力泵外磁钢的个数。由于霍尔传感器有三个端子，分别是电源端子、地端子和 信号端子，所以共有三个线端作为采样控制器的信号接口。图8中，智能信号处理电路板含有一个以上轴承磨损检测信号输入口 15、一个采样控制信号输入口 16、一个信号输出口 17。各组轴承磨损检测器的信号接口 13分别与智 能信号处理电路板的各轴承磨损检测信号输入口 15相连后，连接到可控开关27的信号输 入端29。采样控制器接口 14与智能信号处理电路板的采样控制信号输入口 16相连后，与 信号整形电路28的输入端32相连，信号整形电路28输出为具有两种逻辑电平状态方波 信号，其输出端33再分两路，一路连接到各可控开关27的控制端31，控制可控开关27的 通断；一路连接到智能信号处理电路板，将可控开关的通断状态送到内嵌入式单片机系统 47。各可控开关27的信号输出端30连接到智能信号处理电路板，将一个以上轴承磨损检 测器的检测信号送到内嵌入式单片机系统47。嵌入式单片机系统47具有一个以上检测信 号输入口和一个开关状态信号输入口，可同时对各路检测信号进行测量和智能处理，并将 最终计算得到的磁力泵轴承磨损量通过信号输出口 17输出。
图9中，磁力泵旋转时，由于磁力泵负载的存在，内磁钢环21与外磁钢环5存在 转角差48，转角差48内的间隙磁场不稳定，造成磁力泵轴承磨损测量产生较大误差。但内、 外磁钢环的相吸角49内的间隙磁场稳定，根据权利要求2制作的采样控制器，将检测导线 在转角差48内时的轴承磨损检测信号屏蔽，检测导线在相吸角49内时的轴承磨损检测信 号不屏蔽。根据权利要求3制作的采样控制器，将转角差48设定为其最大值，即外磁钢张 角的一半，并将检测导线在其范围内时的轴承磨损检测信号屏蔽，不在其范围内时的轴承 磨损检测信号不屏蔽。由于所有检测导线6之间的间隔角度均满足为θ 2的整倍数关系。 所以只要一根检测导线不在转角差内，所有检测导线就都不在转角差内，因而本方法可消 除磁力泵负载造成的磁力泵轴承磨损测量误差。
权利要求
1.一种磁力泵轴承磨损监测装置，包括隔离套W]、分布在隔离套两侧的内磁钢环 [21]和外磁钢环[5]，其特征在于所述的监测装置由智能信号处理电路板[3]、采样控制器 以及一组以上的轴承磨损检测器[1]组成；每组轴承磨损检测器由2根或4根检测导线[6] 及相应连线组成，检测导线W]为位于磁力泵隔离套[4]与磁力泵外磁钢环[5]之间、固 定于隔离套外表面与隔离套轴向平行的绝缘导线；检测导线[6]为2根时，间隔角度为180 度或θ 2，θ 2为360度与磁力泵外磁钢数的比值；检测导线[6]为4根时，间隔角度分别 为θ 2、θ 3、θ 2、θ3;θ3为180度减去θ 2的差；每组轴承磨损检测器的所有检测导线 [6]用绝缘导线沿隔离套外表面相连，整体只有二个线端作为该组轴承磨损检测器的信号 接口 [13]，各组轴承磨损检测器的所有检测导线[6]之间的间隔角度均满足为θ 2的整倍 数关系；所述的智能信号处理电路板含有一个以上轴承磨损检测信号输入口 [15]、一个采 样控制信号输入口 [16]、一个信号输出口 [17]；各组轴承磨损检测器的信号接口 [13]分别 与智能信号处理电路板的各轴承磨损检测信号输入口 [15]相连后，连接到可控开关[27] 的信号输入端[四]，采样控制器接口 [14]与智能信号处理电路板的采样控制信号输入口[16]相连后，与信号整形电路[28]的输入端[32]相连，信号整形电路[28]输出为具有两 种逻辑电平状态方波信号，其输出端[33]再分两路，一路连接到各可控开关[27]的控制 端[31]，控制可控开关[27]的通断；一路连接到智能信号处理电路板，将可控开关的通断 状态送到内嵌入式单片机系统[47]，各可控开关[27]的信号输出端[30]连接到智能信号 处理电路板，将一组以上轴承磨损检测器的检测信号送到嵌入式单片机系统W7]；嵌入式 单片机系统W7]具有一个以上检测信号输入口和一个开关状态信号输入口，可同时对各 路检测信号进行测量和智能处理，并将最终计算得到的磁力泵轴承磨损量通过信号输出口[17]输出。
2.根据权利要求1所述的一种磁力泵轴承磨损监测装置，其特征在于所述的采样控制 器由2根采样控制导线及相应连线组成，采样控制导线为位于磁力泵隔离套[4]与磁力泵 外磁钢环[5]之间、固定于隔离套外圈表面与隔离套轴向平行、间隔角度为θ 2的绝缘导 线；采样控制导线用绝缘导线沿隔离套外表面相连，整体只有两个线端作为采样控制器的 信号接口 [14]；采样控制导线与所有轴承磨损检测器的检测导线之间的相隔角度均满足 为θ 2的整倍数关系，采样控制导线与轴承磨损检测器检测导线[6]各自单独设置、互不关 联或为一体、共为同一段绝缘导线。
3.根据权利要求1所述的一种磁力泵轴承磨损监测装置，其特征在于所述的采样控制 器由采样测量器[2]和采样槽[12]组成，采样测量器[2]固定在磁力泵连接架[20]上， 由不导磁材料制造的采样测量器外壳[8]、霍尔传感器[9]、磁钢片[10]组成，霍尔传感器 [9]检测面几何中心、磁钢片[10]几何中心与检测导线[6]在磁力泵隔离套的同一径向方 向上；霍尔传感器的三根电气引脚构成采样控制器接口 [14]，采样槽[12]位于磁力泵外磁 钢铁轭环[11]外表面，采样槽的张角[18]为外磁钢张角[19]的一半，且采样槽与泵轴平 行的一个边缘位于外磁钢张角的平分线[22]上，采样槽[12]个数等于磁力泵外磁钢数。
4.根据权利要求2所述产品的一种磁力泵轴承磨损监测方法，其特征在于将检测导 线在转角差W8]内时的轴承磨损检测信号屏蔽，检测导线在相吸角W9]内时的轴承磨损 检测信号不屏蔽。
5.根据权利要求3所述产品的一种磁力泵轴承磨损监测方法，其特征在于将转角差[48]设定为其最大值，即外磁钢张角的一半，并将检测导线在其范围内时的轴承磨损检测 信号屏蔽，不在其范围内时的轴承磨损检测信号不屏蔽。
全文摘要
本发明公开了一种磁力泵轴承磨损监测装置及方法。它包括隔离套[4]、分布在隔离套两侧的内磁钢环[21]和外磁钢环[5]，监测装置由智能信号处理电路板[3]、采样控制器以及一组以上的轴承磨损检测器[1]组成；每组轴承磨损检测器由2根或4根检测导线[6]及相应连线组成。智能信号处理电路板含有一个以上轴承磨损检测信号输入口[15]、一个采样控制信号输入口[16]、一个信号输出口[17]。本发明采用的上述结构和方法，能够检测磁力泵内转子轴承的磨损，防止转子和隔离套发生摩擦，可以提高磁力泵的运行可靠性，也可消除磁力泵负载造成的磁力泵轴承磨损测量误差，提高测量精确度。
文档编号F04B51/00GK102094804SQ201110009378
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者曾培 申请人:江苏大学