試驗樣機電磁泵內、外磁鋼環徑向充磁磁鋼各為14個,內磁鋼環外半徑53mm,外磁鋼環內半徑58.5mm,隔離套內徑55.75mm,外徑56.75mm.無磨損時內、外磁鋼環之間氣隙為5.5mm,內磁鋼環與隔離套之間氣隙為2.75mm.采用3根絕緣導線,每根絕緣導線有兩個彎曲為矩形的部分,構成兩對檢測導線,組成一個徑向差動軸承磨損傳感器,3根絕緣導線在互成120°的3個徑向方向上,組成3個徑向差動軸承磨損傳感器對軸承磨損進行監測.如圖3所示為將環形磁鋼環拉直后的電磁泵軸承磨損檢測導線安裝位置及連線示意圖,檢測導線a1,a2和a3,a4監測0°方向,檢測導線b1,b2和b3,b4監測120°方向,檢測導線c1,c2和c3,c4監測240°方向.

根據樣機電磁泵和監測導線的結構尺寸、材料特性及其各項參數,對電磁泵內、外磁鋼環之間的磁場進行分析,建立其數學模型,代入式(2),可得如圖4所示特性曲線,該曲線反映傳感器差動輸出電壓與電磁泵軸心徑向偏移關系,該傳感器與軸心偏移均在相同的徑向方向.式(3)是其解析表達式,

E = f(δ)= 1.32δ3+ 63.076δ, (3)

式中E為傳感器的差動電壓,δ為泵軸偏移.對于0°徑向方向,傳感器差動電壓E0如式(4)所示,

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

式中Va1,Va2,Va3,Va4為該傳感器相應檢測導線上的感應電壓,電壓的假設方向如圖3所示.圖4軸心偏移的0點對應無磨損狀態.0°徑向方向的軸心偏移δ如圖5所示.

鑒于電磁泵特殊的迷宮式結構,難以用渦流傳感器或其他傳感器測量內磁鋼環或內轉子軸心實際徑向偏移位置,因此不易對測量數據誤差大小進行比較.所以在傳感器磨損檢測試驗中,采用兩套試驗用電磁泵滑動軸承,一套為不偏心的正常軸承,另一套滑動軸承的內圓與外圓不同軸,兩圓軸心距離1.5mm,如圖6所示.先安裝不偏心軸承模擬電磁泵無磨損狀況進行試驗,在3個徑向方向差動傳感器上測量電壓數據.然后再換偏心軸承重新安裝電磁泵,安裝時注意此時兩個偏心軸承的偏心方向應該一致,并指向0°徑向方向,此時電磁泵轉子軸心偏離1.5mm.在3個徑向方向差動傳感器上測量電壓數據.

試驗數據

偏心0mm時,在樣機電磁泵上安裝不偏心軸承,此時內磁鋼與隔離套之間的間隙均為5.5mm,用示波器分別觀察0°,120°,240°方向差動檢測導線傳感器感應電勢信號波形,并測量傳感器電壓.偏心1.5mm時,安裝1.5mm偏心軸承,偏心方向指向0°,用示波器分別觀察0°,120°,240°方向差動檢測導線傳感器感應電勢信號波形,并測試傳感器電壓.

表1為試驗數據,磨損測量量程2.5mm,磨損測量值的負號表示實際磨損方向與傳感器徑向方向相差180°.δ為軸承0°方向偏心量,θ為傳感器徑向方向角度,d實為軸承磨損實際值,d測為軸承磨損測量值,u為傳感器感應電壓測量值,μ為磨損測量絕對誤差.

微型電磁泵軸承磨損監控主要目的是防止內轉子與隔離套摩擦,即隔離套摩擦保護.根據軸承磨損規律,磨損量分為3個階段,即預磨損、正常磨損和過磨損,其中預磨損期和過磨損期,磨損速度很快,正常磨損期是一個長期的磨損過程.因此電磁泵軸承磨損檢測主要目的是當電磁泵滑動軸承磨損進入過磨損期時報警、關泵,以防止內轉子與隔離套摩擦,發生重大事故.

當軸承單邊磨損量在正常值范圍,設為安全綠燈亮,磨損量在過磨損期范圍內時紅燈亮.磨損量在正常值與過磨損量之間時,設為黃燈報警.考慮電磁泵電機軸心與泵轉子軸心的機械安裝不同軸、滑動軸承起始間隙、傳感器檢測導線噪聲干擾、檢測受電磁泵內外磁鋼磁性的不均勻、溫度、速度、負載特性和外磁鋼的擺動的影響,當磨損量在過磨損期范圍內選擇有一定誤差裕度的關機點強制關機.

圖7所示為電磁泵安全、警告、危險的磨損量劃分示意圖,根據樣機電磁泵結構尺寸,內磁鋼環的軸心偏移量為2.75mm時,可與隔離套發生摩擦,取其70%作為允許磨損量,距隔離套發生摩擦還有0.825mm的裕度.以允許磨損量作為基準,當軸承磨損大于70%、小于100%基準值時,電磁泵處于危險區,要強制關機;大于50%、小于70%基準值時,引發出報警信號;小于50%基準值時,電磁泵處于安全工作區.

試驗中電磁泵軸承磨損測量值的最大絕對誤差為0.44mm,其中包括了電磁泵機械加工、安裝間隙等誤差.所以作為電磁泵的緊急狀況時的安全監控裝置,試驗中的磨損測量最大絕對誤差值是可以接受的.

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