Устройство выдачи газа по заданному давлению
Владельцы патента RU 2322638:
Открытое акционерное общество "Аэродромные машины" (RU)
Изобретение относится к газовой технике и предназначено для автоматической выдачи газа потребителю по заданным значениям давления и может быть использовано для заполнения сжатыми газами летательных аппаратов, на компрессорных станциях и на газозаправщиках. Устройство выдачи газа по заданному давлению содержит баллоны со сжатым газом, газовые магистрали, регуляторы давления, газовые вентили, манометры, металлорукава, измерительную камеру с двумя датчиками давления, электромагнитный клапан, две аналого-цифровые системы, два запоминающих устройства, два цифровых компаратора, устройство цифровой индикации, устройство задания давления и устройство запуска. Согласно предложенной в изобретении схеме подключения входящих в нее элементов, в устройстве сформирована система защиты потребителя от превышения заданного давления газа, которая дублирует основную схему и срабатывает в случае отказа элементов основной схемы устройства. Предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую выдачу газа потребителю во всем диапазоне заданных давлений без ручной настройки. Дискретность значений заданного давления газа определяется количеством разрядов шины данных аналого-цифровых систем, входящих в устройство. 1 ил.
Изобретение относится к газовой технике и предназначено для автоматической выдачи газа потребителю по заданным значениям давления и может быть использовано для заполнения сжатыми газами летательных аппаратов, в том числе на компрессорных станциях и на газозаправщиках.
Известно устройство для автоматического наполнения баллона газом [Авторское свидетельство СССР №585367, МПК F17С 5/06, 1976], содержащее входной дроссель баллона, источник стабилизированного высокого давления газа, подводящую магистраль, запорный распределитель, измерительную камеру с манометром, дроссель, установленный на магистрали перед измерительной камерой, время - отсчитывающий блок, вход которого соединен с выходом манометра, и счетно-решающий блок, первый вход которого связан с выходом время - отсчитывающего блока, а выход - с запорным распределителем.
Известно устройство для автоматического наполнения баллона газом [Авторское свидетельство СССР №907335, МПК F17С 5/06, 1979], отличающееся от устройства [Авторское свидетельство СССР №585367, МПК F17С 5/06, 1976] тем, что оно снабжено температурным датчиком, установленным на корпусе баллона и соединенным со счетно-решающим блоком.
Недостатком данных устройств является применение в качестве основного элемента измерения давления стрелочного механического манометра с электрическими контактами, абсолютная погрешность измерения которого определена только в средней трети шкалы.
Применение в данных устройствах стабилизированного источника высокого давления газа делает невозможным использование этих устройств в передвижных газозаправщиках.
Известны устройства выдачи газов потребителю на компрессорных станциях, например: УКС-400 ВП-4 [ТУ 26-12-354-90], УКС-400 В 131 [ТУ 26-12-776-88], унифицированная газозарядная станция УГЗС.М (УГЗС-350) [ТУ 24-0509-004].
Данные устройства представляют собой газовые магистрали, соединяющие баллоны с регулятором давления, с клапаном выдачи газа, с манометрами для контроля давления. Каждая такая магистраль заканчивается металлорукавом и обязательно оборудуется предохранительным клапаном. Перед зарядкой потребителя газом производится ручная настройка регулятора давления, а выдача газа ведется вручную с постоянным контролем повышения давления по манометру.
Основным недостатком компрессорных станций УКС-400 ВП-4 и УКС-400 В 131 является то, что выдача газа производится только по трем фиксированным давлениям: 150 кгс/см2, 230 кгс/см2 и 400 кгс/см2. Унифицированная газозарядная станция УГЗС.М имеет пять отдельных каналов регулировки давления в ручном режиме, в том числе фиксированных четыре: 30 кгс/см2, 150 кгс/см2, 230 кгс/см2, 350 кгс/см2, что усложняет точную регулировку давления газа в полном диапазоне от 0 до 350 кгс/см2.
При этом абсолютная погрешность измерения давления газа в данных изделиях зависит от измерительной шкалы манометров, класс точности которых не менее 1,5 и определен в средней трети шкалы.
Техническая задача изобретения - автоматическая выдача газа потребителю во всем диапазоне заданных давлений без ручной настройки и зашита потребителя от превышения заданного давления газа.
Поставленная задача достигается тем, что устройство выдачи газа по заданному давлению, содержащее баллоны со сжатым газом, газовые магистрали, регуляторы давления, газовые вентили, манометры и металлорукава, содержит измерительную камеру с двумя датчиками давления, электромагнитный клапан, две аналого-цифровые системы, два постоянных запоминающих устройства, два цифровых компаратора, устройство цифровой индикации, устройство задания давления и устройство запуска, причем первый датчик давления через первую аналого-цифровую систему подключен к первому постоянному запоминающему устройству, шина данных которого подключена к устройству цифровой индикации и к первому входу первого цифрового компаратора, а второй датчик давления через вторую аналого-цифровую систему подключен к второму постоянному запоминающему устройству, шина данных которого подключена к первому входу второго цифрового компаратора; выход устройства задания давления подключен к второму входу первого цифрового компаратора и к второму входу второго цифрового компаратора, выходы которых подключены к входу устройства запуска; выход устройства запуска подключен к входу устройства управления электромагнитным клапаном.
На чертеже представлена схема устройства выдачи газа по заданному давлению.
Устройство содержит баллоны с рабочим газом 1, емкость потребителя 2, газовую магистраль 3, измерительную камеру 4 с датчиками давления 5 и 6, аналого-цифровые системы 7 и 8, постоянные запоминающие устройства 9 и 10, цифровые компараторы 11 и 12, устройство цифровой индикации 13, устройство задания давления 14, устройство запуска 15, устройство управления электромагнитным клапаном 16, электромагнитный клапан 17.
Устройство работает следующим образом:
При установке заданного давления с устройства 14 на цифровые компараторы 11 и 12 поступает цифровой сигнал в двоично-десятичном коде (условно код «С»). При нажатии оператором кнопки «ПУСК» устройство запуска 15 формирует сигнал логической единицы, который поступает на устройство управления электромагнитным клапаном 16. Устройство управления электромагнитным клапаном 16 формирует импульс, который поступает на обмотку открытия электромагнитного клапана 17. Клапан открывает газовую магистраль 3. Рабочий газ из баллонов 1 начинает наполнять емкость потребителя 2 и измерительную камеру 4.
Датчики давления 5 и 6 преобразуют избыточное давление газа в измерительной камере в унифицированные сигналы тока, которые поступают на аналого-цифровые системы 7 и 8. Аналого-цифровые системы 7 и 8 преобразуют сигналы тока в двоичные цифровые коды, которые поступают на постоянные запоминающие устройства 9 и 10.
В постоянном запоминающем устройстве 9 двоичный код преобразуется в двоично-десятичный (условно код «А»), который поступает одновременно на цифровой компаратор 11 и на устройство цифровой индикации 13. Устройство цифровой индикации 13 преобразует двоично-десятичный код (условно код «А») в семисегментный код, который отображает значение действующего давления газа в измерительной камере 4.
Цифровой компаратор 11 сравнивает двоично-десятичный код (условно код «А») с двоично-десятичным кодом, сформированным в устройстве задания давления 14 (условно код «С»),
При выполнении условия:
∑A>∑C,
где ∑А - сумма чисел кода «А»,
∑C - сумма чисел кода «С»,
цифровой компаратор 11 формирует сигнал логического ноля, который поступает на первый вход устройства запуска 15.
С устройства запуска 15 сигнал логического ноля поступает на устройство управления электромагнитным клапаном 16. Устройство управления электромагнитным клапаном 16 формирует импульс, который поступает на обмотку закрытия электромагнитного клапана 17. Клапан закрывает газовую магистраль 3.
После закрытия газовой магистрали 3 давление газа в емкости потребителя 2 и в измерительной камере 4 может стать меньше заданного, что обусловлено пневмосопротивлением газовой магистрали. В этом случае цифровой компаратор 11 формирует сигнал логической единицы, который поступает на первый вход устройства запуска 15. В устройстве запуска 15 происходит временная задержка сигнала логической единицы, что необходимо для выравнивания давлений в емкости потребителя 2 и в измерительной камере 4. Устройство запуска 15 формирует сигнал логической единицы, который поступает на устройство управления электромагнитным клапаном 16. Устройство управления электромагнитным клапаном 16 формирует импульс, который поступает на обмотку открытия электромагнитного клапана 17. Клапан открывает газовую магистраль 3.
Процесс выдачи газа потребителю по заданному давлению завершится при выполнении условия:
Риз - Реп=ΔР,
где Риз - давление газа в измерительной камере 4,
Реп - давление газа в емкости потребителя 2,
ΔР - интервал дискретности значений заданного давления газа.
Система защиты потребителя от превышения заданного давления газа предлагаемого устройства, содержащая датчик давления 6, аналого-цифровую систему 8, постоянное запоминающее устройство 10 и цифровой компаратор 12, согласно предложенной в изобретении схеме подключения входящих в нее элементов, дублирует основную схему устройства, состоящую из датчика давления 5, аналого-цифровой системы 7, постоянного запоминающего устройства 9 и цифрового компаратора 11 и срабатывает в случае отказа элементов основной схемы устройства.
В постоянном запоминающем устройстве 10 двоичный код преобразуется в двоично-десятичный код (условно код «В»), который поступает на цифровой компаратор 12.
Цифровой компаратор 12 сравнивает двоично-десятичный код (условно код «В») с двоично-десятичным кодом, сформированным в устройстве задания давления 14 (условно код «С»).
Для работы системы защиты потребителя от превышения заданного давления газа должно выполняться следующее условие программирования постоянных запоминающих устройств 9 и 10:
∑B-∑A=n12,
где ∑B - сумма чисел кода «В»,
∑A - сумма чисел кода «А»,
n12 - число в двоично-десятичном коде, n>0.
При выполнении условия:
∑B>∑C,
где ∑B - сумма чисел кода «В»,
∑C - сумма чисел кода «С»,
цифровой компаратор 12 формирует сигнал логического ноля, который поступает на второй вход устройства запуска 15.
С устройства запуска 15 сигнал логического ноля поступает в устройство управления электромагнитным клапаном 16, где формируется импульс на закрытие клапана 17.
Дискретность значений заданного давления газа в предлагаемом устройстве определяется количеством разрядов шины данных аналого-цифровых систем 7 и 8, например, применение восьмиразрядных аналого-цифровых систем в диапазоне давлений газа от 0 до 40 МПа позволяет установить заданное давление с дискретностью 0,2 МПа, а применение десятиразрядных аналого-цифровых систем - с дискретностью 0,05 МПа.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую выдачу газа потребителю во всем диапазоне заданных давлений без ручной настройки.
Применение в предлагаемом устройстве дублирующей системы преобразования давления газа в цифровой код, содержащей датчик давления 6, аналого-цифровую систему 8, постоянное запоминающее устройство 10 и цифровой компаратор 12, обеспечивает защиту потребителя от превышения заданного давления газа.
Устройство выдачи газа по заданному давлению, содержащее баллоны со сжатым газом, газовые магистрали, регуляторы давления, газовые вентили, манометры и металлорукава, отличающееся тем, что содержит измерительную камеру с двумя датчиками давления, электромагнитный клапан, две аналого-цифровые системы, два постоянных запоминающих устройства, два цифровых компаратора, устройство цифровой индикации, устройство задания давления и устройство запуска, причем первый датчик давления через первую аналого-цифровую систему подключен к первому постоянному запоминающему устройству, шина данных которого подключена к устройству цифровой индикации и к первому входу первого цифрового компаратора, а второй датчик давления через вторую аналого-цифровую систему подключен к второму постоянному запоминающему устройству, шина данных которого подключена к первому входу второго цифрового компаратора; выход устройства задания давления подключен к второму входу первого цифрового компаратора и к второму входу второго цифрового компаратора, выходы которых подключены к входу устройства запуска; выход устройства запуска подключен к входу устройства управления электромагнитным клапаном.
