Устройство для контроля и регулирования установки трубопроводного транспорта

 

>925816

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву

J (22) Заявлено 28.07.80 (2l ) 2963557/27 11 (51) М. Кл.

В 656 53/66 с присоединением заявки М (23) Приоритет

1Ъоудорстеенны1 комнтет

СССР по делам наооретеннй и открытий (53) УДК 621, 671(088 8) Опубликовано 07.05.82. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07.05.82 политехнический институт аявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

УСТАНОВКИ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Изобретение относится к области тру= бопроводного транспорта, а именно к усч ройствам для кончроля и регулированття установки трубопроводного транспорта, и может быть использовано в горной и горнорудной промышленности, на горнообога5 тительных комбинатах, в системах магистрального (дальнего) гидрочранспорта сыпучих и кусковых материалов, концентратов и отходов производства, золотб удаления на электростанциях, а также в разветвленных системах коммунального хозяйства для транспорта отходов в потоке сточной жидкости.

Известно устройство для автоматичео35 кого пуска и контроля пускового режима углесосов гидротранспорчных трубопроводов, включающее датчики температуры подшипников и корпуса и датчик давления воздуха в корпусе двигателя углесоса, датчики уровня в зумпфе, датчики давления смазки и уплотнительной жидкости, подшипников углесосов, датчики давления в напорном трубопроводе, кон! цевые выключатели открытия и закрытия задвижек на всасывающем и напорном трубопроводах, связанные через контакты исполнительных реле с входными цепями блока сигнализации и разрешающими и исполнительными цепями программного устройства (реле времени), контакты которого включены во входные цепи пусковых устройств исполнительного механизма регулирующего шибера и двигателей углесосов. Известное усчройство обеспечивает автоматический пуск углесосных агрегатов только на промытый трубопровод, или при рабоче на воде, при наличии всех разрешающих и исполнительных сигналов, характеризующих нормальные режимы двигателя и углесосного агрегата, .а также контроль состояния их в пусковом режиме (l j .

Однако эти устройства не обеспечивают регулирования пускового режима гидрочранспорчного трубопровода и не обеспечивают выявления и предупреждения

92581 закупорок в "опасных" зонах гидротранспортного трубопровода.

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для контроля и управления насосной устаповкой гидротранспортной системы, содержащее установленный ца трубопроводе. датчик расхода, блоки моделирования, элементы сравнения, пороговые блоки, анализирующий блок, блок сигнализа- 30 ции, исполнительный механизм регулирующего органа и пусковые аппараты насосных агрегатов, причем вход каждого блока моделирования соединен с датчиком . расхода, а выход — с одним из входов первого, второго и третьего элементов сравнения, выход каждого из которых через пороговый блок соединен с анализиру|ощим блоком, к которому подключен блок сигнализации и один из входов исполнительного механизма регулирующего органа (2), Банное устройство не обеспечивает надежного процесса пуска гидротранспортной установки, выхода ее в рабочий режим, поскольку информация о пусковом режиме не вырабатывается; в процессе . пуска не обеспечивает выявления и предупреждения закупорок в опасных зонах в виде перегибов, подьемов, поворотов и т.п., в которых возможно скопление твердого материала из-за сползания частиц, поворотов потока и т,п., не обеспечивает выработки селективной информа« ции, характеризующей место возможной

35 закупорки.

Бель изобретения - повышение надежности, Цепь достигается тем, что устройство снабжено программным блоком, датчиками

40 перепада давления, один из которых установлен на начальном участке трубопровода, другой — на участке трубопровода, в котором имеет место сопротивление движению, а третий — на промежуточном

45 участке, при этом выходы первого и третьего датчиков и выход четвертого элемента сравнения подключены к вторым входам первого, второго и третьего элементов сравнения, выходы третьего и второго датчиков подключены к входам четвертого элемента сравнения, а программный блок соединен с вторым входом исполнительного механизма регулирующего органа.

На чертеже представлена функциональ- ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 расхода (скорости), установленный в начале тру6 ф бопровода 2, датчики 3, 4 и 5 перепада давления, установленные на трубопроводе

2 соответственно на начальном участке длиной Р, промежуточном участке длиН ной C и на участке, в котором имеет

П место сопротивление движению, длиной 1 в виде местного сопротивления, перегибов, подьемов, поворотов и т.п. Выход датчика 1 подключен к входу блока 6 моделирования начального пускового перепала, моделирующего зависимость перепада давления на начальном участке алиной от скорости гидросмеси в пусковом ре н жиме, а также к входам блока 7 моделирования промежуточного пускового перепада и блока 8 моделирования допустимого отклонения пускового перепада, модупирующих соответственно зависимость перепада давления на промежуточном участке длиной P H на участке с мест ными сопротивлениями и длиной с от скорости гидросмеси в нормальном пуско вом режиме. Выходы блоков 6, 7 и 8 подключены к одним входам элементов сравнения 9, 10 и 11, к другим входам которых подключены соответственно выходы датчиков 3 и 4 перепала давления и выход элемента 12 сравнения, входы которого подключены к выходам датчиков

4 и 5 перепада давления.

Элементы 9, 10 и 11 сравнения своими выходами через соответствующие каналы пороговых блоков 13, преобразующих сигналы отклонения в сигналы логического уровня О или 1, подключены к входам анализирующего блока 14 управления, формирующего управляющие воздействия и информационные сигналы селективного контроля в зависимости от комбинации логических сигналов на входах. Блок 14 управления одним выходом подключен к входу блока сигнализации

15, а другим — к дополнительному вхоь ду исполнительного механизма 16, первый вход которого подключен к соответствующему выходу программного блока

17 (репе времени) пуска насосов, B выход — к регулирующему органу 18 (регулируемая заслонка или клапан-задвижка, установленноМу на обводной ветви

1.9 для отвода потока обратно в прием : ный зумпф 20, пуска насосов вхолостую и регулирования скорости (расхода) гидросмеси в трубопроводе 2 в пусковом режиме, Второй выход программного блока 17 подключен к пусковым аппаратам

21 и 22 электродвигателей группы насосных агрегатов, состоящей из последовательно подключенных центробежного

5 9258

23 (подпорного) и поршневого 24 насосов.

Предлагаемое устройство пригодно для автоматического контроля и регулирования пусковых режимов как поршневых, 5

° так и центробежных насосов. В случае центробежных насосов исполнительный механизм 16 выходом связан с входом регулирующего органа 25 (управляемая заслонка ), установленного на на- 0 порном трубопроводе 2, а второй выход программного блока 17 - с входом пускового аппарата 26 двигателя центро оежного насоса 27 (на чертеже показано пунктиром) . 35

При наличии регулируемого привода управляющий выход блока 14 управления соединяется непосредственно с управляющими входами аппаратуры управления привода для регулирования подачи насосов. щ

Реализация узлов предлагаемого устройства, кроме типовой аппаратуры пусковой автоматики, датчиков расхода и перепада давления, выполнена на микросхемах серии К 140 и К 155. Так, 25 элементы сравнения 9, 10, 11 и 12 выполнены на операционных усилителях (ОУ) К 1УТ401Б. Блоки 6, 7 и 8 соответственно базового, контрольного и допустимого отключения перепада давле- ЗО ния на участках трубопровода выполнены по типовой схеме, реализованной на ОУ

::К1УТ401Б, в целях обратной связи которых использованы диодные функциональные преобразователи, построенные на диодах типа Й2Б. Точность воспроизведения моделями реальных характеристик порядка 1,5-2%. Блоки 13 пред-. ставляют собой амплитудные дискриминаторы с регулируемым порогом сраба- 4 тывания и построены на ОУ К1УТ401Б и диодах Й2Б. Блок 14 управления пос= троен по схеме комбинационного автомата на логических элементах серии

К 155 и имеет три управляющих логи ческих входа, вход подготовки к работе и два логических выхода, которые сопрягаются через Р5-триггеры с выходными цепями блока сигнализации 15 и испол« нительного механизма 16.

Устройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается на на сосной (углесосной) станции, где сопрягается через согласующие входные элементы с соответствующими узлами аппа

55 ратуры пусковой автоматики.

Работа устройства по регулированию пускового режима и его контроля заключается в следующем.

16 6

После проверки наличия разрешающих и исполнительных сигналов на первом выходе программного блока 17 появляется сигнал-команда, поступающая на соответствующий вход исполнительного механизма 16. По этой команде исполнительный механизм 16, включаясь, открывает заслонку 18 обводной ветви 19, При полном открытии регулирующим органом 18 заслонки и срабатывании концевого выключателя, контролирующего полное открытие заслонки, на втором выходе программного блока 17 появляется новый сигнал-команда, которая поступает на входы пусковых аппаратов 21 и 22, для включения последовательно во времени приводов центробежного 23 и поршневого 24 насосов, С задержкой на время выбега группы насосных агрегатов на первом выходе программного блока 17 вновь появляется сигнал-команда, по которой исполнительный механизм 16 воздействует на регулируюший орган 18, медленно закрывая заслонку, перекрываюшую обводную ветвь 19, тем самым плавно увеличивая скорость потока в гидротранспортном трубопроводе 2.

В случае применения только центробежных насосов указанная последовательность сигналов-команд с первого выхода программного блока 17 через исполнитель ный мехнним 16 воздействет на регулируюший орган 25, сначала закрывая, а после выбега, открывая заслонку, а сигнал-команда со второго выхода программного блока поступает на вход пускового аппарата 26 для включения двигателя центробежного насоса 27 (на чертеже показано пунктиром) °

При медленном нарастании скорости в трубопроводе 2 на выходе датчика 1 появляется сигнал, пропорциональный значению скорости (расхода} гидросмеси, появляющейся из-эа раздутия (упругой деформации сечения) трубопровода сначала в начальном участке. Этот сигнал поступает на вход блока 6 базового пускового перепада, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный перепаду Р „удавления на начальном участке для данного расхода в нормальном пусковом режиме. Сигнал модельного начального пускового перепада н поступает на один иэ входов элементов сравнения .9, где сравнивается с сигналом действительного пускового перепада

P>, поступающим на другой его вход с выхода датчика 3, установленного на начальном участке длиной Ер, По этим блока 14 формируется сигнал в блок сигнализации 15 об окончании процесса пуска.

Однако использование только блока

6 моделирования начального пускового перепайа не обеспечивает надежности пускового режима в случае трубопровойов большой протяженности, подвергающихся большой степени раздутия и работающих на разных плотностях гийросмеси и при переменных величинах осадка по длине

: трубопровода. Зля обеспечения нормального пускового перепада по всей длине трубопровода (при отсутствии. опасных зон в виде местных сопротивлений) при разных плотностях гидросмеси на его

- участках служит блок 7 моделировании промежуточного пускового перепада, моделирующий перепад давления в нормальном пусковом режиме на промежуточном участке длиной 8„в зависимости от скорости, Ч ак, если плотность гидросмеси, на начальном участке трубопровода в 2 раза меньше, чем на промежуточном его участке, то при увеличении скорости гидросмеси в трубопроводе перепад давления

Р> на начальном участке не превышает модельный .перепад pgy, и исполнительный механизм 16, воздействуя через регулирующий орган 18, будет увеличивать ско- рость гидросмеси в транспортном трубепроводе, хотя на промежуточном участке из-за повышенной плотности гидросмеси и местных условий действительный перепад давления Рп будет превышать модельный промежуточный перепад Р д, вследствие чего появляется опасность развития закупорки на промежуточном участке. В этом случае по сигналу текущего расхода (скорости) от датчика 1, поступающего на вход блока 7 промежуточного перепада, на et о выходе формнруется сигнал P g модельного промежуточного перепала, характеризующий нормальный пусковой режим промежуточного перепада пусковой режим промежуточного участка при данном расходе. Qaaee модельный сигнал Pq сравнивается в элементе сравнения 10 с сигналом, пропорниональ ным действительному перепаду Рп, поступающему с выхода датчика 4. При наличии отклонения сигнала Рп от Рп, т.е. ЬР, " ; п, превышающего порог срабатыванйя d P (й Рп> ДЯсоответствующего канала блока 13, аналогичным образом, как и в перв0м случае, образуется соответствующая комбинация сигналов на входе блока 14, по которой

7 9258 сигналам на выходе элемента сравнения

9 формируется сигнал отклонения 6,Рн, пропорциональный разности межйу йействительным перепадом Рн и мойельным перепайом Р>> имеющимся при йанном

Расходе Q°, т е рН= p>-p <.

ПРи отклонении дРН, пРевышающем значение ЮРн порога срабатывания соответствующего канала блока 13, т.е.

ЬР )уД Рн, на его выхойе формируется 10 логический сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 14 управления, изменяя тем самым комбинацию входных сигналов на его входах. По этой .комбинации в блоке 14 выявляет- 35 ся причина отклонения пускового перепада от нормального при пусковом режиме вследствие чего на управляющем выхойе блок 14 формирует сигнал-команду, поступающую на дополнительный вход ис- 20 полнительного механизма 16, который, воздействуя на регулирующий орган 18 прекращает прикрытия засло;нки и увеличение скорости в трубопроводе 2, Одновременно на информационном выходе бло- 25 ка 14 появляется сигнал, который пойается в блок сигнализации 15 (либо диспетчеру)-, индицирующий место и причину отклонения пускового режима от нормального: нейопустимое превышение пе- 50 репада HB начальном участке.

Вследствие медленной фильтрации жидкости в осевшем слое твердого материала, рассасывания, размыва и уноса перепад д в н РИ на З5 начальном участке снижается, что вызывает уменьшение сигнала с выхойа да чика 3 и сигнала отклонения hQ на выходе элемента сравнения 9. При достижении значения ЬР меньше порога д РИ срабатывания соответствующего канала блока 13, т.e. QP (gP, последний отключается, вновь изменяя комбинацию входных сигналов блока 14 управления, который снимает команду запрета исполнительному механизму 16 на увеличение скорости s трубопроводе 2 и сиг нализацию причины отклонения режима пуска. Исполнительный механизм 16 пой йействием сохранившейся на нервом выходе программного блока 17 команды бум т продолжать перекрытие регулирующим органом 18 обводной ветви 19 до достижения нормальной транспортной скорости в трубопроводе 2 н окончания

55 процесса пуска. При этом на входах логического блока 14 управления будет действовать такая комбинация. сигналов, по которой на информационном выходе

16 8

9 9258 формируется: сигнал-команда исполнктельному механизму 16 на запрет увеличения скорости в трубопроводе 2 за счет прекращения прикрытия заслонки регулирующим органом 18 и информационный сигнал 3 в блок сигнализации 15 об отклоненяя режима пуска от нормального по причине. недопустямого перепада давления и определенной степени развития критичес- . кого режяма на промежуточном участке, хотя на начальном участке перепад давления может изменяться в пределах модельного (нормального).

Одновременно с описанной функцией выходной сигнал Рп от датчика 4 проме- > жуточного перепада давления, лимит» руемого блоком 7 промежуточного перепада для нормального пуска, является опорным для случая регулкрованяя процесса пуска яря наличии на трассе тру- 20 бопровода опасных зон, спусков, перегибов, обусловливающих сползание, скопление частя, сгущение гядросмеси, увеличивающие местные сопротивления к являющиеся, как правило, причинами за- >> купорок. Пря фильтрация и размыве местных сгущений перепад давления на участ ках, включающих этк местные сопротивления, выше чем на горизонтальных участках. Поэтому пря резком увеличе- 30 нкя скорости гидросмеся, что особенно характерно для режима пуска, проксходят спрессовыванке сгущений, превращающих.ся в пробку.

Для предупрежденкя в режкме пуска 35 эакупорок нв опасных участках, включающих местные сопротивления, в предлагаемом устройстве используется блок 8 моделирования допустимого отклонения пускового перепада давления. В этом 4е случае по сигналам с выходов датчика

4 перепада давления на промежуточном (горизонтальном) участке, сигнал с которого Рп в данном случае является опорным, к датчика 5 перепада. давле- 43 ния Рс на участке, включающем участок сопротявпенкй (например, в виде перегибов я подъема, как показано на чертеже), поступающих соответственно на первый и второй входы элемента сравнения 12, на его выходе формируется сигнал отклонения ДР=Я=, пропорциональный дей ствятельной разности пусковых перепадов давления на промежуточном я опасном участках. Далее выходной сигнал g Pc выхода элемента сравнения 12 поступает на один яз входов элемента сравнения

11, где сравнивается с сигналом hP модельной (допустимой) разности пере16 10 падов, поступающей на другой его вход и формирующейся на выходе блока 8 допустимого отклонения пускового перепада по сигналу от датчнка 1 расхода.

Если при плавном увеличения скорости гидросмеси в трубопроводе 2 сигнал от клоненкя действительной разности Ð от модельной д Рс, т.е./pc-L p ap станет выше допустимого значения порога Д Рпу срабатывания ЬРсМ Р,соответствующегоо канала блока 1З, то по сформярованной комбинации входных сигналов, блок

14 управления, как и в первых двух случаях, вырабатывает команду запрета исполнительному механизму 16, который через регулирующий орган 18 прекрашв= ет увеличение скорости в трубопроводе

2 до размыва местного сгущения и уменьшеняя величины сигнала А< меньше СГРсм т.е, д Рс(д Рс . Одновременно формируются информационный сигнал в блоке 15 сигнализация о месте я степени развития критического режима в период пуска.

Пря использовании в технологической схеме только центробежных насосов, как показано на чертеже пунктиром, предлагаемое усч ройство работает аналогично, за исключением того, что по управляющим командам блока 14 яспопнятельный меха- . низм 16 прекращает открытие регулирующего органа 25 (дроссельной заслонки) напорного трубопровода 2. А в случае применения регулируемого привода по управляющим командам от блока 14 прекращается увеличение оборотов приводного двягателя к проксходят ях стабялязацкя на уровне, достигнутом в момент поступления управляющей команды.

Таким образом, предлагаемое устройство реагирует на любые возможные сятуация нарушения режима пуска, обеспечивая надежный пуск я контроль пускового режима всего трубопровода с предупреждением развятяя закупорок и местах недопустимых повышений давления.

Использование предлагарвая.о устройства приводит к повышению надежности гилротранспортных трубопроводов, увелячявает производительность гядроустано вок яэ-за ляквядацяя простоев по причине пуска, снижает количество поворотных включений насосных агрегатов я вследствие этого ях износ, а также накапливающиеся последствия возможных прк этом гкдроударов, тем самым сокращает материальные я трудовые затраты на раэбутовку трубопроводов пря закупорках и на замену труб при порывах от повышеняя давления пря закупорках: Кроме того, 16

11 9258 исключение эакупорок трубопровода позволяет снизить дополнительные капитальные затраты на строительство больших резервуаров для техннческой воды, необходимой при длительных промывках тру- Б бопровода большой протяженности и подготовки его к пуску. ф ормула нзобре тен ия

Устройство для контроля и регулирования установки трубопроводного транспорта, содержащее установленный на трубопроводе датчик расхода, блоки модели- >S рования, элементы сравнения, пороговые блоки, аналиэнрующий блок, блок сигнализации, исполнительный механизм регулирующего органа н пусковые аппара ты насосных агрегатов, причем вход 20 каждого блока моделирования соединен с датчйком расхода, а выход-.. с оголим иэ входов первого, второго и третьего элементов сравнения, выход каждого из которых через пороговый блок соединен с 25 анализирующим блоком, к которому подключен блок сигнализации и один из вхо,! дов исполнительного механизма регулирующего органа, о т л и ч а ю щ е е " я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено программным блоком, датчиками перепада давления, один из которых установлен на начальном учась ке трубопровода, другой - на участке трубопровода, в котором имеет место сопротнвление движению, а третий — на промежуточном участке, при этом выходы первого и третьего датчиков, и выход четвертого элемента сравнения подключен к вторым входам первого, второго н третьего элементов сравнения, выходы третьего и второго датчиков подключены к входам четвертого элемента сравнения, а программный блок соединен с вторым входом исполнительного механизма- регулирующего органа.

Источники информацни, принятые во внимание при экспертизе

1. Спиваковский А, О. и др. Автоматизацня трубопроводного транспорта в горной промышленности, М., "Недра", 1972, с. 194»200.

2. Авторское свидетельство СССР № 676515, кл. В 65 О 53/66, 10.02,77 (прототип).