Устройство для определения места закупорки трубопровода

Разработано устройство для определения места закупор­ки трубопровода (рисунок ниже).

Устройство для определения места закупорки трубопровода

1 - 0107 - копия

1 - ключ управления; 2 - датчик давления; 3 - генератор импульсов высокой частоты; 4 - схема совпадения; 5 - делитель частоты с переменным коэффициентом деления; 6 - накопитель импульсов; 7 - цифровой индикатор; 8 - формирователь импульсов

В качестве прибора для определения места закупорки выбран манометр с электриче­ским выходом. Выбор в пользу датчика давления произошел потому, что давление в испытуемой полости при закачке рабоче­го агента растет по положительной экспоненте (рисунок ниже), в от­личие от падающей кривой зависимости давления (скорости движения перекачиваемой среды) в известном устройстве.

Рост давления в трубопроводе при определении места закупорки

1 - 0107

рр - уставка рабочей величины давления, при которой происходит срабатывание датчика давления в предлагаемом устройстве, МПа; Δtn - абсолютная погрешность определения места образования пробки, завала существующим устройством; Δtg - абсолютная погрешность определения места образования пробки, завала предлагаемым устройством

До и после предполагаемого места образования пробки тру­бопровод перекрывается имеющимися задвижками. Полость со­единяется с компрессором, монтируется датчик давления на этой полости. После этого производят запуск компрессора, равномер­но закачивающего газ в исследуемую полость (рисунок ниже).

Технологическая схема определения места закупорки

1 - 0108

9 - трубопровод; 10 - пробка; 11, 12 - задвижка, 13 - подсоединительная линия; 14(1) - манометр (датчик давления); 14(2) - расходомер; 15 - ресивер; 16 - компрессор (источник давления); 17 - блок управления
Принцип работы устройства следующий.

После замыкания ключа 1, который через нормально замкну­тый контакт датчика давления подает разрешающий сигнал на схему совпадения 4 (рисунок выше) и на запуск компрессора 16 (рисунок выше), равномерно закачивается газ в исследуемую по­лость.

Импульсы с высокочастотного генератора 3 (см. рисунок выше) по­ступают через схему совпадения 4 на делитель частоты с пере­менным коэффициентом деления 5, который делит поступающее число импульсов на коэффициент, подбираемый при настройке так, что в счетчик импульсов 6 поступает число импульсов, чис­ленно равное величине расстояния от места образования пробки 10 до запорного устройства (крана, задвижки) 11 в удобных единицах измерения (см, м, км), см. рисунок выше.

При достижении заданного давления датчик давления 2 (см. рисунок выше) размыкает свой контакт, и схема совпадения 4 закры­вается, одновременно подается сигнал в блок управления БУ 17 на остановку компрессора 16 (см. рисунок выше).

В накопителе импульсов 6 и на цифровом индикаторе 7 отоб­разится число, численно равное расстоянию от запорного устройства до места образования пробки.

Ввиду того, что рост давления в полости происходит по положительной экспоненте и, выбрав уставку датчика давле­ния так, чтобы она приходилась на резко изменяющийся уча­сток характеристики «давление - время» {р = (φ)t}, можно добиться существенного повышения точности определения вре­мени изменения давления в полости (расстояние до места обра­зования пробки), даже имея датчик давления невысокой точ­ности.

На рисунке выше, рр - уставка рабочей величины давления, при ко­торой происходит срабатывание датчика давления в предлагае­мом устройстве, МПа. vp - уставка рабочей величины скорости, при ко­торой происходит срабатывание датчика перемещений, м/с.

Заштрихованная область, внутри которой находится величи­на уставки, - это величина случайной погрешности датчиков, широко выпускаемых промышленностью.

Как видно из этих рисунков, при одной и той же величине погрешности датчиков точность определения места образования пробки предлагаемым устройством значительно выше, нежели прототипом.

Другими словами, для получения одной и той же величины погрешности измерения места образования закупорки в предла­гаемом устройстве можно использовать менее точный, а значит и менее дорогой датчик - датчик давления.

Штрих-пунктирной линией на рисунке выше показано, с какой по­грешностью можно иметь датчик давления для достижения оди­наковой с прототипом погрешности определения места образова­ния пробки.

Как видно из рисунка выше, датчики давления могут иметь значи­тельный допустимый разброс по погрешности измерения, могут иметь значительный допустимый износ в процессе эксплуатации, что значительно увеличивает допустимый межповерочный ин­тервал, в результате чего отпадает необходимость в индивиду­альной настройке (тарировке) каждого заменяемого датчика давления совместно с устройством.

Кроме того, датчик давления монтируется снаружи, а не внутри трубопровода, и таким образом не мешает эксплуатиро­вать трубопроводную систему и исключает необходимость де­монтировать датчик давления перед началом эксплуатации си­стемы.

С целью исключения влияния дребезга ключа 1 и контакта датчика давления 2 (см. рисунок выше) в схеме применен высокоча­стотный генератор импульсов, в результате чего из-за дребезга «выбивается» относительно небольшое количество импульсов, которое не регистрируется накопителем импульсов и все же со­здает определенную погрешность измерения. С целью исключе­ния и этой составляющей погрешности между нормально за­мкнутым контактом датчика давления и схемой совпадения включен формирователь импульсов, который формирует прямо­угольный импульс и не пропускает ложные импульсы, возника­ющие в результате дребезга контактов.

Кроме того, формирователь импульсов формирует задержку разрешающего сигнала на схему совпадения, численно равную времени запуска компрессора или другого источника давления.

Применение импульсного генератора позволяет уменьшить температурную составляющую погрешности измерения, что до­стигается широко известными методами схемотехники.

Выражение для определения места образования закупорки Lтр будет следующим:

Lтp = 1/K Nтp

где Nтp - количество импульсов, поступивших с генератора вы­сокой частоты 3, К - коэффициент деления делителя частоты с переменным коэффициентом деления 5 (см. рисунок выше).

Одновременно с запуском компрессора, что соответствует началу отрезка времени tg на рисунок выше, со схемы совпадения 4 на делитель частоты 5 поступает разрешающий сигнал генератора 3 (см. рисунок выше).

Коэффициент деления частоты импульсов подбирается дели­телем 5 с таким расчетом, чтобы в счетчике импульсов и инди­каторе 7 на рисунке выше отобразилось число импульсов, численно равное величине расстояния от места образования пробки до задвижки 11 (см. рисунок выше).

Рассмотрим, как подбирается коэффициент деления делителя частоты 5 (см. рисунок выше). Общий газовый объем исследуемой полости Vобщ будет равен сумме объема полости трубопровода между пробкой и задвижкой Vтр и объема подсоединительной линии Vл:

Vобщ=Vтр+Vл.

Производительность компрессора можно представить следу­ющим образом:

QTобщ=QTтр+QTл.

Так как Vобщ = Vобщ, Vтр = QTтр, Vл = QTл, где Tобщ,Tтр,Tл - время роста давления на одну и ту же величину при работе компрессора соответственно на всю систему, только на трубо­провод, только на подсоединительную линию.

При стабильной частоте генератора Т = N, где N - число временных импульсов, и тогда формулу выше можно перепи­сать следующим образом:

QNобщ=QNтр+QNл.

А так как

Lтр = Vтр/Sтр = QNтр/Sтр

где Lтр и Sтр - соответственно длина трубопровода между проб­кой и задвижкой (м) и площадь, сечения трубопровода на этом участке, (м2), то

Lтр = Q/Sтр (Nобщ/Nл)

Так как коэффициент К1 = Q/Sтр = const, а при постоянной величине подсоединительной линии Nл = К2 = const, то формулу выше можно переписать в виде:

Lтр1(Nобщ - К2)

В зависимости от производительности компрессора и диамет­ра трубопровода делителем частоты 5 выставляется коэффици­ент деления частоты

К = 1/К1 = S/Q

Таким образом, окончательная формула будет иметь вид:

Lтр =1/К(Nобщ - К2)

В каждом конкретном случае условия подъезда компрессора к месту его подключения к трубопроводу могут быть разны­ми, и, таким образом, длина подсоединительной линии 13 (см. рисунок выше) может быть различной, что влечет за собой изменение величины К2.

Поправку на длину подсоединительной линии К2 можно вво­дить вручную, а можно и автоматически путем задания величи­ны задержки времени t3 на формирователе импульсов 8, числен­но равной К2, т.е. t3 = К2 (см. рисунок выше).

Таким образом, после схемы совпадения 4 на вход делителя частоты 5 схемы, изображенной на рисунке выше, поступит число им­пульсов (Nобщ - К2), которое затем поделится делителем часто­ты 5 на коэффициент К, и в результате на счетчике 6 и индика­торе 7 отобразится длина участка трубопровода от задвижки до пробки, то есть в полном соответствии с формулой выше.

Диаграмма работы схемы определения места образования закупорки

1 - 0112

На рисунке выше приведены диаграммы работы схемы.

Δtn - абсолютная погрешность определения места образования пробки существующим устройством, Δtg - абсолютная погрешность определения места образования пробки предлагаемым устройством.

Как видно из этих рисунков, погрешность определения места образования закупорки, пробки предлагаемым устройством значительно ниже, несмотря на одну и ту же величину погреш­ности датчика перемещения и датчика давления (эта величина погрешностей датчика для наглядности заштрихована на этих рисунках).

Кроме того, на рисунке выше показано, что для того чтобы опреде­лять место образования пробки предлагаемым устройством с та­кой же абсолютной погрешностью, величина которой показана на оси координат р рисунок выше штрих-пунктирной линией, можно использовать датчик давления значительно меньшей точности.

В данной главе произведен анализ работы разработанных способов определения мест уменьшения или полного перекрытия проходного сечения трубопровода.

Предложен компенсационный метод определения места заку­порок полного сечения трубопровода, позволяющий также опре­делить объем закупорки.

Приведено описание разработанного электронного устройства определения места закупорки, позволяющего в автоматическом режиме определять место закупорки с выдачей показаний на мониторе в удобном виде (м, км).

Рейтинг@Mail.ru