PL150162B1 - Sposób kolmatacyjny wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w cieczach, głowica kolmatacyjna i układ do kolmatacyjnego wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w cieczach - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY 150 162

POLSKA

RZECZPOSPOLITA

LUDOWA

URZĄD

PATENTOWY

PRL

Patent dodatkowy do patentu nr-Int. Cl.* G01N 15/06

Zgłoszono: 85 07 23 (P. 254650)

Pierwszeństwo-Zgłoszenie ogłoszono: 87 02 09

Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31

Twórcy wynalazku: Stanisław Borowik, Aleksander Hager, Bogdan Wiślicki, Lech Sitnik

Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska, * Warszawa (Polska)

Sposób kolmatacyjny wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w cieczach, głowica kolmatacyjna i układ do kolmatacyjnego wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w cieczach

Przedmiotem wynalazku jest sposób kolmatacyjny wyznaczania zawartości zanieczyszczeń zwłaszcza liczby cząstek o określonych przedziałach wymiarowych w jednostce objętości płynu, szczególnie w olejach hydraulicznych, paliwach i smarach oraz głowica kolmatacyjna i układ do kolmatacyjnego wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w cieczach.

Znany sposób określania liczby cząstek zanieczyszczeń w cieczach według patentu polskiego nr 112018 polega na wykorzystaniu zmian natężenia przepływu cieczy spowodowanego kolmatacją zanieczyszczeń, w stosunku do początkowego maksymalnego natężenia przepływu. Pomiar objętości cieczy, która przepłynęła w czasie w którym nastąpiła ta zmiana jest miarą zawartości zanieczyszczeń.

Jeżeli jednyk poziom zanieczyszczeń w cieczy jest niski, to również i zmiana natężenia przepływu jest niewielka w stosunku do maksymalnej i tym sposobem pomiaru trudno jest wyznaczyć wiarygodnie liczbę cząstek.

Dodatkowa niedogodność tego sposobu polega na tym, że określanie zmian natężenia przepływu odbywa się w układzie przetworników analogowych. Napięcia powstające w układzie kondensatorów i odpowiadające natężeniom przepływu na skutek upłynności ulegają zmianom, co powoduje obniżenie dokładności odczytu, szczególnie w dłuższych cyklach pomiarowych.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 137062 sposób określania liczby cząstek zanieczyszczeń cieczy polegający na tym, że znana liczba impulsów proporcjonalna do zmiany objętości cieczy przepływającej przez szczelinę kolmatacyjną jest dodawana do zerowej wartości licznika w danym okresie czasu, a nastąpnie w takim samym okresie czasu odczyt licznika jest zmniejszony o liczbą impulsów proporcjonalną do objętości cieczy, która przepłynęła przez szczelinę i osiąga wartość określoną wzorem podanym w polskim opisie patentowym nr 137062.

150 162

Niedogodność tego sposobu polega na ograniczonej możliwości wyboru progów dyskryminacji określanych wielkością wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej i objętości badanej cieczy. Utrudnia to pomiar cieczy bardzo czystych i bardzo zanieczyszczonych, ponieważ czasy pomiaru są wtedy zbyt krótkie lub zbyt długie. Inną niedogodnością tego sposobu jest brak sprzężenia zwrotnego między nastawą wielkości szczeliny w głowicy kolmatacyjnej z progiem dyskryminacji nastawionym w układzie elektronicznym. W wielu przypadkach prowadzi to do zupełnie błędnych wyników.

Inny sposób ciągłego pomiaru i rejestracji zanieczyszczeń w cieczy roboczej polega na wykorzystaniu zmian spadku ciśnień w układzie dwuoporowej kaskady hydraulicznej i liczeniu spadków ciśnień w ustalonej objętości cieczy. Liczba zarejestrowanych zmian spadków ciśnień jest miarą zawartości zanieczyszczeń.

Ten sposób opisany w patencie polskim nr 94481 umożliwia uzyskanie poprawnych wyników pomiaru tylko wtedy gdy spełniony jest warunek stałości ciśnienia i lepkości badanej cieczy. Natomiast w przypadku zmiany progu dyskryminacji wymiarów mierzonych cząstek powstaje konieczność zmian nie tylko wielkości wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej ale również dobrania odpowiedniej rezystancji oporu stałego kaskady hydraulicznej.

W znanych głowicach kolmatacyjnych nie udało się w zupełności wyeliminować wpływu ciśnienia zasilania i ciśnienia pomiarowego mierzonej cieczy na zmiany przekroju przepływowego oraz na wiarygodność wyników. W głowicy kolmatacyjnej według polskiego opisu patentowego nr 137062 celem wyeliminowania wszelkich oddziaływań zakłócających pochodzących od ciśnienia cieczy zastosowano elementy konstrukcyjne w postaci wkładek, przetyczek i nakrętek do wywoływania odkształceń sprężystych, które wytwarzają duży zapas sił kompensujących. Jednak przy wysokich ciśnieniach ten sposób jest niewystarczający, ponieważ następuje odkształcenie tłoka i komory głowicy kolmatacyjnej. Głowica została dodatkowo wyposażona w kołki zabezpieczające ostrze kryzy przed wykruszeniem. Spowodowało to ograniczenie minimalnego zakresu pomiarowego. Wada tej konstrukcji polega na braku sprzężenia wskazań czujnika kontrolującego wymiar charakterystyczny szczeliny kolmatacyjnej z urządzeniem do nastawiania tego wymiaru oraz z jego nastawą w elektronicznym urządzeniu pomiarowo-przetwarzającym. W rezultacie wynik pomiaru dokonanego w głowicy kolmatacyjnej przy nastawionej wartości wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej może zostać przez pomyłkę wyliczony dla innego progu dyskryminacji nastawionego w elektronicznym urządzeniu pomiarowo-przetwarzającym. Inna niedogodność tej głowicy polega na tym, że nastawianie wielkości szczeliny kolmatacyjnej odbywa się co najmniej w dwóch etapach, jest żmudne i zależy od czynników subiektywnych.

Również i w kolmatomierzu szczelinowym według patentu polskiego nr 94481, w którym zastosowano dwuoporową kaskadę hydrauliczną i tłok różnicowy nie zdołano wyeliminować wpływu ciśnienia zasilania na wyniki pomiarów, a to z powodu nieliniowości charakterystyki kaskady hydraulicznej.

Znane układy do kolmatacyjnego określania liczby cząstek zanieczyszczeń w cieczach służą albo do otrzymywania informacji o zmianie spadku ciśnienia i objętości przepływającej cieczy, np. w patencie polskim nr 94481, lub stanowią układ pomiarowo-sygnalizacyjny do zapamiętywania i przetwarzania natężenia przepływu cieczy przez detektor wartości ekstremalnej, jak to ma miejsce w rozwiązaniu według patentu polskiego nr 112018, bądź też służą do sterowania przepływem cieczy w dwukanałowym urządzeniu pomiarowym przedstawionym w wynalazku według patentu polskiego nr 122416.

Znane układy pomiarowe są zależne od konstrukcji zastosowanej głowicy kolmatacyjnej.

W żadnym ze znanych układów nie ma sprzężenia zwrotnego pomiędzy czynnością nastawiania i pomiarem aktualnej wielkości progu dyskryminacji określanego przez wielkość wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu kolmatacyjnego wyznczania zawartości zanieczyszczeń, zwłaszcza liczby cząstek o określonych przedziałach wymiarowych w jednostce objętości płynu, pozbawionego wad dotychczasowych sposobów. Celem wynalazku jest również opracowanie konstrukcji głowicy kolmatacyjnej zrównoważonej hydraulicznie i układu który zapewni sprzężenie zwrotne pomiędzy wielkością wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej i czujnikiem określającym aktualną wielkość progu dyskryminacji.

150 162

Sposób według wynalazku polega na tym, że mierzy się czas przepływu przez szczelinę kolmatacyjną dowolnie obranej objętości początkowej płynu i w następnym dowolnym przedziale czasu korzystnie takim samym mierzy się objętość która przez tę szczelinę przepłynęła. Objętość płynu wybrana do pomiaru sposobem według wynalazku zależy od wymiarów i koncentracji zanieczyszczeń.

Wynik pomiaru w postaci liczby cząstek większych od progu dyskryminacji zawartych w jednostce objętości cieczy, uzyskuję się w wyniku przeliczenia wielkości dwóch objętości, czasów ich przepływu i wielkości stałej zależnej od wymiaru charakterystycznego ustawionego progu dyskryminacji.

W porównaniu ze znanymi sposobami, w sposobie według wynalazku można nastawiać dowolną interesującą użytkownika wielkość progu dyskryminacji i przyjmować do pomiaru dowolną objętość przepływającej cieczy. Wynik pomiaru jest zależny jedynie od relacji objętościowo czasowych badanego płynu przepływającego przez głowicę kolmatacyjną i wybranego progu dyskryminacji, natomiast jest niezależny od ciśnienia, temperatury, lepkości i czasu przepływu cieczy.

W głowicy kolmatacyjnej według wynalazku elementy tworzące przestrzeń pomiarową, a więc kryza, ruchomy tłoczek i popychacz są zrównoważone hydraulicznie. Efekt ten uzyskano dzięki temu, że zastosowano wydrążony tłoczek o średnicy zewnętrznej równej średnicy pierścienia kryzy, średnica zewnętrzna części tłoczka współpracującego z pierścieniem kryzy jest większa od średnicy pierścienia kryzy. Zwiększona w ten sposób powierzchnia czołowa tłoczka jest poddawana działaniu zrównoważonych sił od tego samego ciśnienia podobnie jak pozostałe części głowicy. Tłoczek jest mniejszą średnicą prowadzony w tulei zamocowanej w obudowie głowicy kolmatacyjnej i jest dociskany do pierścienia kryzy za pomocą sprężyny opartej o pierścień osadzony w tulei prowadzącej tłoczek. W rezultacie tłoczek jest zawsze poddawany działaniu tych samych sił. Zrównoważenie hydrauliczne popychacza uzyskano w ten sosób, że część popychacza nad kołnierzem który opiera się o otwór wewnątrz tłoczka i część popychacza umieszczona w pierścieniu o który opiera się sprężyna dociskająca tłoczek do pierścienia kryzy mają takie same średnice. Przez takie powiązanie środków technicznych uzyskano głowicą kolmatacyjną odciążoną zarówno od ciśnienia wlotowego jak i również od ciśnienia wypływającego płynu, niezależnie od sposobu jej połączenia z układem.

Inną zaletą głowicy kolmatacyjnej według wynalazku jest stały docisk popychacza do tłoczka oraz tłoczka do pierścienia kryzy, uzyskany za pomocą sprężyn o różnych sztywnościach. Dzięki temu przy ustalaniu różnych progów dyskryminacji uzyskuje się stałe dociski pomiędzy tymi elementami.

Realizację sposobu według wynalazku umożliwia układ w którym głowica kolmatacyjna jest połączona przez przekładnię zębatą, korzystnie przekładnię ślimakową z silnikiem skokowym, a za pomocą popychacza umieszczonego w tłoczku z czujnikiem położenia tłoczka. Silnik skokowy i czujnik położenia tłoczka są połączone z elektronicznym zespołem sterowania i przetwarzania. Zespół ten steruje rozdzielaczem drogowym połączonym z oporem tłumiącym i objętościomierzem który jest połączony z przetwornikiem natężenia przepływu lub objętości. Układ może być sterowany przez specjalizowany sterownik elektroniczny posiadający urządzenie przeliczające i rejestrujące lub poprzez ten sterownik sprzężony z komputerem który przejmuje część lub całość czynności związanych ze sterowaniem, wyliczeniami, rejestracją i obróbką statystyczną wyników.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy głowicy kolmatacyjnej, a fig. 2 - układ do stosowania sposobu według wynalazku.

Wydrążony tłoczek 1 o dwóch różnych średnicach zewnętrznych jest umieszczony mniejszą średnicą w tulei 2 połączonej rozłącznie z kryzą 3. Tuleja 2 jest zamocowana w obudowie 4 głowicy kolmatacyjnej za pomocą docisku 5. Na powierzchni czołowej kryzy 3 jest wykonany pierścień 6, który tworzy z tłoczkiem 1 szczelinę kolmatacyjną. Średnica pierścienia 6 jest równa średnicy zewnętrznej tłoczka 1 umieszczonego w tulei 2. Średnica zewnętrzna górnej części tłoczka 1 przylegającej do pierścienia 6 jest większa od średnicy tego pierścienia. Wewnątrz tłoczka 1 jest umieszczony popychacz 7 wyposażony w kołnierz 8 i pierścień oporowy 9 o który opiera się sprężyna 10. Drugi koniec sprężyny 10 opiera się o dno 11 otworu 12 tłoczka 1. W otworze 12 jest

150 162 również umieszczona sprężyna 13 której drugi koniec opiera się o pierścień oporowy 14 osadzony w tulei 2. Popychacz 7 współpracuje ze śrubą nastawną 15 wkręconą w ślimacznicę 16 współpracującą ze ślimakiem 17. Na ślimacznicę 16 jest nałożona sprężyna 18 do kasowania luzów w przekładni ślimakowej. Część popychacza 7pomiędzy kołnierzem 8 i śrubą nastawną 15 oraz poniżej pierścienia oporowego 9 mają takie same średnice.

W przykładzie wykonania układu według wynalazku głowica kolmatacyjna 19 jest połączona poprzez ślimacznicę 16 i ślimak 17 z silnikiem skokowym 20 za pośrednictwem popychacza 7 z czujnikiem położenia tłoczka 21. Silnik skokowy 20 i czujnik położenia tłoczka 21 są połączone z elektronicznym zespołem sterowania i przetwarzania 22. Zespół ten steruje rozdzielaczem drogowym 23 połączonym z oporem tłumiącym 24 i objętościomierzem 25 który poprzez przetwornik natężenia przepływu lub objętości 26 jest połączony z elektronicznym zespołem sterowania i przetwarzania 22. Zespół ten jest połączony poprzez komputer 27 z urządzeniem rejestrującym 28.

Sposób kolmatacyjny wyznaczania zawartości zanieczyszczeń w płynach przebiega następująco. Po przesterowaniu rozdzielacza drogowego 23 do położenia a badana ciecz ze źródła cieczy pod ciśnieniem 29 dopływa przewodem 30 do otworu 31 w obudowie 4 głowicy kolmatacyjnej 19. Oś otworu 31 jest usytuowana pod pewnym kątem do osi pionowej głowicy kolmatacyjnej 19 w celu spowodowania zawirowania badanej cieczy i zapobieżeniu przedwczesnemu osadzaniu się zanieczyszczeń. Szczelina kolmatacyjna w głowicy kolmatacyjnej 19 jest ustawiona przez silnik skokowy 20 za pośrednictwem ślimaka 17, ślimacznicy 16, śruby nastawnej 15 i popychacza 7. Wielkość szczeliny kolmatacyjnej jest mierzona za pomocą czujnika położenia tłoczka 21.

Badana ciecz wypełnia całą przestrzeń nad i pod tłoczkiem 1 głowicy kolmatacyjnej 19. Ciecz zanieczyszczona cząstkami o wymiarach większych niż ustawiony próg dyskryminacji przepływa przez szczelinę kolmatacyjną a następnie przewodami 31 i 32 przez objętościomierz 25 spływa do zbiornika spływowego 33. Sygnały z objętościomierza 25 poprzez przetworniki objętości lub natężenia przepływu 26 są kierowane do elektronicznego zespołu sterowania 22, gdzie podlegają obróbce i skorelowaniu z sygnałem z czujnika położenia tłoczka 21 a następnie zostają skierowane do komputera 27 połączonego z urządzeniem rejestrującym 28. Tu następuje dalsze przetworzenie informacji i zaprezentowanie jej na monitorze komputera 27 lub przedstawienie w postaci graficznej w urządzeniu rejestrującym 28.

Po zakończeniu cyklu pomiarowego następuje przesterowanie rozdzielacza drogowego 23 do położenia 0 i zwiększenie progu dyskryminacji w głowicy kolmatacyjnej 19 do wartości powyżej największych wymiarów występujących w cieczy cząstek zanieczyszczeń. Następnie elektromagnes 34 przesterowuje rozdzielacz drogowy 23 do pozycji b w celu przepłukania głowicy kolmatacyjnej 19. Ciecz wpływa otworem 31 do głowicy kolmatacyjnej 19, przepływa przez powiększoną szczelinę kolmatacyjną a następnie przez opór tłumiący 24 do zbiornika spływowego 33.

Następny cykl pomiarowy odbywa się w takiej samej kolejności po przesterowaniu rozdzielacza drogowego 23 do pozycji 0 i ustawieniu przez silnik skokowy 20 wielkości wymiaru charakterystycznego szczeliny kolmatacyjnej zadanej przez elektroniczny zespół sterowania 33.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób kolmatacyjny wyznaczania zawartości zanieczyszczeń zwłaszcza liczby cząstek o określonych przedziałach wymiarowych w jednostce objętości płynu, szczególnie w olejach hydraulicznych, paliwach i smarach, znamienny tym, że dla wybranego progu dyskryminacji mierzy się czas przepływu dowolnie obranej objętości początkowej płynu i w następnym dowolnym przedziale czasu korzystnie takim samym mierzy się objętość płynu która przepłynęła, a wynik pomiaru jest przeliczeniem dwóch objętości, czasów ich przepływu i stałej progu dyskryminacji cząstek.
2. 2. Głowica kolmatacyjna do ciągłego pomiaru i rejestracji zanieczyszczeń w płynach a zwłaszcza w olejach hydraulicznych, paliwach i smarach, składająca się z kryzy i tłoczka tworzących płaską szczelinę kolmatacyjną, znamienna tym, że wewnątrz wydrążonego tłoczka (1) o dwóch różnych średnicach zewnętrznych jest umieszczony popychacz (7), przy czym mniejsza średnica zewnętrzna tłoczka (1) jest równa średnicy pierścienia (6) kryzy (3) a większa średnica zewnętrzna tłoczka (1) jest większa od średnicy pierścienia (6) kryzy (3).

   150 162
3. 3. Głowica według zastrz. 2, znamienna tym, że tłoczek (1) jest mniejszą średnicą umieszczony w tulei (2) z pierścieniem (14) a wewnątrz tłoczka (1) są sprężyny (10) i (13), przy czym sprężyna (13) jednym końcem opiera się o dno otworu w tłoczku (1) a drugim końcem o pierścień oporowy (14), a sprężyna (10) jednym końcem opiera się o dno otworu (12) w tłoczku (1) a drugim o pierścień oporowy (9) na popychaczu (7).
4. 4. Głowica według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, że popychacz (7) ma kołnierz (8) a średnica popychacza (7) powyżej kołnierza (8) i poniżej pierścienia oporowego (9) mają te same wymiary.
5. 5. Głowica według zastrz. 4, znamienna tym, że popychacz (7) opiera się o śrubę nastawną (15) umieszczoną w ślimacznicy (16) współpracującej ze ślimakiem (17).
6. 6. Układ do kolmatacyjnego wyznaczania zawartości zanieczyszczeń zwłaszcza liczby cząstek o określonych przedziałach wymiarowych w jednostce objętości płynu, szczególnie w olejach hydraulicznych, paliwach i smarach, znamienny tym, że głowica kolmatacyjna (19) jest połączona przez przekładnię zębatą, korzystnie ślimacznicę (16) i ślimak (17) z silnikiem skokowym (20) a za pomocą popychacza (7) z czujnikiem położenia tłoczka (21) przy czym silnik skokowy (20) i czujnik położenia tłoczka (21) są połączone z elektronicznym zespołem sterowania i przetwarzania (22).
7. 7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że elektroniczny zespół sterowania i przetwarzania (33) jest połączony z elektromagnesami (34) i (35) rozdzielacza drogowego (23) a poprzez przetwornik natężenia przepływu lub objętości (26) z objętościomierzem (25).
8. 8. Układ według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że głowica kolmatacyjna (19) jest połączona ze źródłem cieczy pod ciśnieniem (29) z rozdzielaczem drogowym (23), który jest połączony z oporem tłumiącym (24) i z objętościomierzem (25).

   FIG.1

   150Π2

   FIG. 2