Система автоматической заливки и поддержания уровня криогенной жидкости в криостатах

 

380189

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 03.11.1970 (№ 1397527/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 2?.IХ.1973. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 28.III.1974

М. Кл. G 05d 9/12

G 0II 23/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по деим изобретений и открытий

УДК 681.128.8(088.8) Авторы изобретения

В. И, Кабанов, А. Л. Бахрах, Ю. Д. Видинеев, Ю. А. Наджаров и Ю. С. Винокуров

Заявитель

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЛИВКИ И ПОДДЕРЖАНИЯ

УРОВНЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ В КРИОСТАТАХ

Изобретение относится к криогенной технике.

Известны системы для подпитки криостатов сжиженным газом. Они состоят из рабочего сосуда (криостата) с находящимся в нем объектом захолаживания и запасного танка (хранилища), которые соединены специальным вентиляционным трубопроводом.

В этой системе не предусмотрена возможность автоматической заливки нескольких криостатов с решением вопроса рационального расхода хладагента, так как режим включения клапана подачи жидкости во времени заранее твердо установлен и не зависит от положения уровня жидкости в рабочем сосуде.

Цель изобретения — обеспечить надежное захолаживапие объектов в нескольких криостатах и поддержание уровня криогенной жидкости в них в заданных пределах длительное время, а также снизить расход криогенной жидкости.

Это достигается тем, что система снабжена запоминающим устройством с блоками управления, выходы которого подключены к реле времени и программно-логическому устройству. В цепь формирования сигналов переключения опрашиваемых криостатов подключена линия задержки, а на коллекторе установлен датчик наличия жидкости, который вырабатывает клапанам управляющие сигналы, направляющие подачу пара в паросборник, а жидкость — в криостаты.

В систему автоматической заливки и поддержания уровня криогенной жидкости в

5 криостатах входят (см. схему): объекты 1 захолаживания: криостаты 2, в которых необходимо поддерживать уровень криогенной жидкости в заданных пределах (номера криостатов 1, 2..., n) хранилище 3 криогенной жидко10 сти, включающее сосуд 4 для криогенной жидкости; испаритель 5; газгольдер 6 для сбора паров; электромагнитный клапан 7 для подачи криогенной жидкости в криостаты; электромагнитный клапан 8 подачи криогенной жидкости по магистральному трубопроводу к рабочей площадке с криостатами; электромагнитный клапан 9 подачи криогенной жидкости в испаритель и электромагнитный клапан

10 подачи паров испаряющейся жидкости в

20 газгольдер.

Предлагаемая система содержит также датчики 11 и 12 уровня криогенной жидкости (например, частотные); манометр 13; датчик 14 наличия жидкости (например, частотный);

25 коммутатор 15; схемы 16 и 28 сравнения или вычитания (например, смесители частот); источники 17 и 30 опорных сигналов (например, гетеродины); аналоговые преобразователи или частотомеры 18 и 29, преобразователи 19, 20, 30 21 и 31 сигналов в дискретную форму; реле 22

380189

3 времени; запоминающее устройство 23; блок

24 управления клапанами (ручной и автоматический режим), включающий в себя схемы совпадений; устройство 25 задержки времени; программно-логическое устройство 26; позиционный регулятор 27 давления; показывающие приборы 32 и 33, отградуированные в уровня; трубопровод 34 подачи криогенной жидкости к рабочей площадке.

Стрелками около трубопроводов обозначено направление движения криогенной жидкости ф или ее паров Я .

Выходы частотных датчиков 11 уровня криогенной жидкости, размещенных в криостатах 2, подключены к коммутатору 15, который подключает один из датчиков 11 к смесителю 16 частот измерительной системы 16, 17, 18, 32 уровня.

Выход частотного датчика 12 уровня, размещенного в рабочем сосуде 4 хранилища 3 криогенной жидкости, подключен к смесителю

28 частот измерительной системы 28, 30, 29, 33 уровня. Выходы частотомеров 18 и 29 подключены через преобразователи 19, 20 и 31 сигналов в дискретную форму к программнологическому устройству 26, которое соединено с блоками 24 управления.

Электромагнитные клапаны 7, предназначенные для заливки криостатов 2, а также клапан 10, служащий для отвода паров в газгольдер 6, подключены к блоку управления.

Клапаны 8 и 9 подключены к позиционному регулятору 27 давления, который соединен также с электроконтактным манометром 13, блоком 24 управления и программно-логическим устройством 26.

Выход с программно-логического устройства

26 подключен к реле 22 времени через линию

25 задержки. Выход с блока 24 управления подключен к реле 22 времени через запоминающее устройство 23. Цепи обратной связи соединяют запоминающее устройство 23 и блок

24 управления с программно-логическим устройством 26.

Выход реле 22 времени подключен к коммутатору 15, который для осуществления операции совпадений соединен цепями коррекции с частотомером 18 и гетеродином 17, а также с запоминающим устройством 23 и блоком 24 управления.

Блок 24 управления связан с коммутатором

15 и регулятором 27 давления каналами ручного управления.

Выход датчика 14 жидкости подключен к программно-логическому устройству 26 через преобразователь 21 сигнала в дискретную форму.

Особенностями системы управления являются:

1. Наличие блока 23 памяти, обеспечивающего запоминание начала заливки криостата и его порядкового номера при любых комбинациях работающих криостатов. Запоминание указанных данных позволяет осуществить

65 форсированный режим заливки и тем самым обеспечивает экономию криогенной жидкости.

2. В системе предусмотрены цепи автоматической корректировки сигналов с целью исключения погрешностей, связанных с разбросом частоты датчиков уровня. Коррекция осуществляется коммутатором 15 за счет внесения поправок +-Л/и в частоту Л/г гетеродина

17 (стандартная установка нуля) и =Ест в постоянную времени цепей, определяющих дозированную площадь импульса частотомера 18 (стандартная установка 100 ) . Поэтому на преобразователи 19 и 20 поступает стандартная величина разности частот Af(h) несмотря на разброс параметров частотных датчиков уровня.

В результате введения цепей коррекции обеспечивается повышение точности измерения и поддержание уровня криогенной жидкости во всех криостатах.

3. Для повышения надежности работы всей системы в автоматических режимах в цепи, формирующей начальный момент t oòñ÷åòà времени цикла 1 работы коммутатора, включена линия 25 задержки. Время задержки этой линии t выбирается заведомо большим, чем время переходного процесса преобразования сигналов в системе, связанных с обработкой информации о степени наполнения опрашиваемого криостата (эта информация поступает в блок 24 управления в виде общей команды Y и сигналов совпадения С;, поступающих из коммутатора 15 в запоминающее устройство 23 и блок 24 управления).

4. На трубопроводе 34 установлен датчик 14 наличия криогенной жидкости, обеспечивающий управление электромагнитным клапаном

10 в зависимости от прохождения по трубопроводу газовой или жидкой фазы.

5. Систем а предусм атр ив ает возможность отключения любых криостатов с помощью ручных органов управления, входящих в блок 24, в результате чего обеспечивается возможность держать в рабочем состоянии любые комбинации криостатов.

Система может работать в одном из следующих режимов.

1. Автоматический последовательный опрос о величине уровня жидкости во всех криостатах с заданным темпом и автоматическая доливка всех криостатов по достижении нижнего заданного значения уровня в одном из них.

2. Автоматический последовательный опрос о величине уровня жидкости во всех криостатах с заданным темпом и доливка жидкости в криостат, где уровень упал ниже нижнего допустимого значения.

3. Ручной вызов изменения уровня в любом из криостатов на необходимое время.

4. Ручное дистанционное управление доливкой любого из криостатов с контролем по прибору. Основным режимом эксплуатации является режим по п. 1, называемый в дальнейшем форсированным.

380189

После заливки одного криостата коммутатор последовательно и быстро опросит остальные криостаты, при этом если подается криостат с уровнем h)h, то он просто пропускается, а если попадутся криостаты, уровень в которых ниже верхнего предельного, т. е.

Й(йь, то они доливаются.

После опроса всех криостатов запоминающее устройство 23 подает сигналы об окончании форсированного режима t, в реле времени

22 и блок 26 и одновременно стирает информацию об опрошенных криостатах. Время цикла t опять будет исчисляться минутами. Блок

If

26 подает сигнал t„o начале нового режима, и коммутатор 15 .начинает медленный опрос криостатов 7, определяя опустевший.

Как только коммутатор подключит опустевший криостат, система в таком же порядке начнет работать в режиме форсированного опроса и заливки, после чего режим опроса снова меняется на медленный, так как все криостаты полны и в ближайшее время необходимости в заливке криостатов не будет.

При большом количестве криостатов введение автоматического форсированного режима дает значительный экономический эффект.

В процессе эксплуатации может получиться так, что давление в сосуде 4 в пределах нормы, а количества жидкости Q,, оставшейся в нем, не хватает для заливки криостатов.

Чтобы не расходовать зря жидкость на потери в трубопроводе 34, в сосуде 4 установлен частотный датчик 12 уровня жидкости.

Информация о величине уровня криогенной жидкости в сосуде 4 поступает в виде частоты на смеситель 28 частот. На него же подается опорная частота f> от гетеродина 30. Разность частот Af,=f, — — f>, пропорциональная величине уровня h, подается на частотомер

29, на выходе которого имеется показывающий прибор 33, отградуированный в О/О уровня h.

С частотомера 29 импульсы поступают на преобразователь 31 частоты в сигнал ступенчатой формы. Преобразователь 31 настроен на определенную величину Л(„р и выдает сигнал h„ a момент, когда уровень криогенной жидкости в сосуде 4 достигнет нижней предельной величины, что говорит о недостаточном запасе жидкости в хранилище. Этот сигнал подается в программно-логическое устройство 26, оно прекращает работу системы опроса криостатов, блокирует цепи включения клапанов 7 и 9 и подает аварийный сигнал (световой или звуковой), говорящий о необходимости наполнить хранилище.

Таким образом, регулятор 27 автономно и автоматически поддерживает хранилище 3 в постоянной готовности подать на рабочую площадку с криостатами криогенную жидкость.

Автоматическая заливка и поддержание уровня криогенной жидкости в криостатах производятся следующим образом.

При любом из режимов работы позиционный регулятор поддерживает давление в хранилище в заданных пределах и работает независимо и, кроме того, выдает дискретные сигналы о достижении заданного значения давления в программно-логическое устройство.

По достижении заданного давления в хранилище подготавливаются цепи, обеспечивающие открытие клапана 8. При первичном включении, когда в криостатах нет жидкости, 10 за счет сигнала о нижнем предельном значении уровня происходит срабатывание клапана

8 и жидкость начинает поступать в трубопровод 34.

Во время поднятия жидкости по трубопро- 15 воду происходит бурное испарение ее. В целях экономии газа, а также исключения повреждения захолаживаемых объектов 1 потоком газа, последний отводится в газгольдер 6.

Распределение потоков жидкости Q, и пара Яы осуществляется следующим образом, Частотный датчик наличия жидкости 14 все время посылает информацию через преобразователь 21 в программно-логическое устройство 25

26 о наличии в общем коллекторе жидкости или пара. Если датчик фиксирует пар, то блок

24 управления открывает клапан 10 и направляет поток газа в газгольдер 6. Если же датчик 14 зафиксировал наличие жидкости, кла- чо пан 10 закрывается, а поток жидкости направляется к клапанам 7, которые могут открываться только при подаче в блок 26 сигнала h . Распределение потоков происходит при каждой заливке, т. е. при срабатывании кла- 55 пана 8.

В системе предусмотрен, кроме вышеописанного автоматического режима, так называемый режим автоматической форсированной заливки криостатов. Это сделано с целью 4о резкого уменьшения количества поднятий жидкости по трубопроводу 34, где возникают большие потери на испарение, чем и достигается значительная экономия жидкости.

При форсированном режиме заливки в ра45 боту системы подключается запоминающее устройство 23, которое значительно уменьшает выдержку времени у реле 22 времени и этим самым изменяет режим работы коммутатора

15. Происходит это так. При медленном опросе (время цикла измеряется минутами) коммутатор 15 подключает к системе измерения уровня криостат, в котором уровень оказался ниже h„. Запоминающее устройство 23 запо- „ минает номер этого криостата и посылает в реле 22 времени информацию о начале форсированного режима 1„ . С этого момента коммутатор будет работать с временем цикла t„ (секунды), позволяющим перекрыть время пе- @ реходных процессов в системе управления.

Одновременно происходит заливка криостата, так как преобразователь 19 выдал сигнал h„ и меняется программа в блоке 26 для команд блоком 24 управления, 65

380189

Предположим, что к системе 16, 17, 18, 32 измерения уровня коммутатором 15 подключен криостат № 1. Поскольку заливки еще не было, все криостаты пусты, пуст и криостат № 1, Частотный датчик этого криостата подключен к смесителю 16, на выходе которого будет сигнал Afi — — fz — / =0. К смесителю 18 подключены два преобразователя 19 и 20 частоты в сигнал ступенчатой формы.

Так как Af> — — 0(Af „, т. е. меньше нижней допустимой границы, то преобразователь 19 даст сигнал Й„в программно-логическое устройство. Последнее посылает команду блоку

24 управления на открытие клапана заливки криостата № 1. Криостат М 1 будет заливаться при условии, если давление в хранилище было р)р". Схема сравнения блока 24 управления «подтвердила» факт подключения датчика криостата № 1. Криостат № 1 заливается криогенной жидкостью. По достижении в нем верхнего предельного значения уровня hq преобразователь 20 посылает сигнал в программно-логическое устройство 26, которое дает команду блоку 24 управления на закрытие клапана криостата № 1 и одновременно посылает сигнал через линию 25 задержки на реле 22 времени. Реле 22 приводит в действие коммутатор 15, опрашивающий криостаты последовательно с временем цикла tö, заданным реле 22 времени.

После заливки всех криостатов коммутатор

15 будет все время автоматически «опрашивать» криостаты с большим временем цикла и если уровень в них будет в нормальных пределах, т. е. Йь)Й)Й„, то клапаны 7 открываться не будут.

Автоматический опрос без заливки будет .происходить до тех пор, пока в каком-нибудь криостате уровень криогенной жидкости опустится до величины h(n„, после чего произойдет заливка и опять будет вестись автоматический опрос до тех пор, пока запас жидкости в хранилище 3 не исчерпается и в программнологический блок не поступит сигнал h ð.

При ручном режиме управления может производиться как вызывной опрос любого из дат5

Зо чиков, так и заливка любого криостата жидкостью. Управление в этом случае осуществляется с помощью тумблеров, расположенных на передней панели блока управления клапанами

24. Переключение с режима на режим производится ключом выбора режима, который на схеме не показан.

Предмет изобретения

Система автоматической заливки и поддержания уровня криогенной жидкости в криостатах, содержащая хранилище криогенной жидкости с автономной системой автоматического двухпозиционного регулирования давления и измеритель уровня жидкости в нем, криостаты с захолаживающими устройствами и частотными датчиками уровня криогенной жидкости в них, многоточечную частотную систему измерения уровня с коммутатором, цепи коррекции для нормирования частотных сигналов, преобразователи частоты в сигнал ступенчатой (пороговой) формы, программно-логическое устройство, реле времени, блок управления и исполнительные механизмы (клапаны), отличающаяся тем, что, с целью оптимального расхода криогенной жидкости, повышения надежности захолаживания устройств, размещенных в криостатах, а также устранения влияния на эти устройства потока паров в момент подачи жидкости к криостатам, она снабжена запоминающим устройством, выполненным, например, на пороговых элементах, два выхода которого подключены соответственно к реле времени и к программно-логическому устройству, а на вход его подаются сигналы от блока управления; в цепь формирования сигналов переключения опрашиваемых коммутатором криостатов — между программно-логическим устройством и реле времени— включена линия задержки, например электромеханического типа, а на общем коллекторе установлен датчик наличия жидкости, например, автогенераторный с частотным выходом, который вырабатывает управляющие сигналы клапанам, направляющие пар в паросборник, а жидкость — в криостаты.

380189

Составитель А. Касимов

Техред Т. Курилко

Редактор Е. Жиляева

Корректор 3, Тарасова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 666/2 Изд. Кз 2005 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская í" á., д. 4 5