Система конденсационного горшка (варианты) - RU2296265C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к конденсационным горшкам, а более конкретно - к контрольно-измерительному модулю для использования с конденсационным горшком, измеряющему, например, полный поток пара и/или полный поток конденсата, проходящий через конденсационный горшок, и который дополнительно может быть использован для обнаружения отказа конденсационного горшка.

Предпосылки для создания настоящего изобретения

Конденсационные горшки, предназначенные для использования в технологических паровых системах, в общем, хорошо известны в технике. Также хорошо известно, что многие конденсационные горшки склонны к отказам. Если конденсационный горшок отказывает в закрытом положении, то конденсат захватывается в системе, вызывая, таким образом, падение температуры технологической текучей среды на выходе. Такие уменьшения температуры не представляют сложности для текущего контроля и обнаружения и, таким образом, относительно просты для обнаружения при отказе конденсационного горшка в закрытом положении.

Однако отказ, как правило, не так просто обнаружить, если конденсационный горшок отказал в открытом положении. Если конденсационный горшок отказывает в открытом положении, то острый пар (свежий пар) может выходить непосредственно в атмосферу через выпускной трубопровод. Эффективность системы может быстро упасть, но отказ, как правило, не просто обнаружить на основе изменений параметров типовой системы. Многие такие конденсационные горшки могут быть установлены в удаленных или труднодоступных местах и, следовательно, не могут быть проверены в течение некоторого периода времени. В течение всего этого времени выходящий острый пар отказавшего конденсационного горшка может оказать отрицательное влияние на эффективность эксплуатации технологической системы.

В первом аспекте настоящего изобретения заявляется система конденсационного горшка, содержащая

конденсационный горшок, включающий в себя впускной канал, выпускной канал и поплавок, при этом впускной канал и выпускной канал разделены отверстием, а конденсационный горшок дополнительно содержит заглушку, функционально соединенную с поплавком, расположенную смежно указанному отверстию и установленную для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка;

контрольно-измерительный модуль, прикрепленный к конденсационному горшку и содержащий центральный процессор, функционально соединенный с измерительным преобразователем давления впускного канала, измерительным преобразователем давления выпускного канала, измерительным преобразователем температуры и вихретоковым датчиком;

при этом

измерительный преобразователь давления впускного канала установлен для детектирования давления у впускного канала конденсационного горшка;

измерительный преобразователь давления выпускного канала установлен для детектирования давления у выпускного канала конденсационного горшка;

измерительный преобразователь температуры установлен для детектирования температуры в конденсационном горшке;

вихретоковый датчик установлен для детектирования движения заглушки;

причем

центральный процессор принимает выходные сигналы от измерительного преобразователя давления впускного канала, измерительного преобразователя давления выпускного канала, измерительного преобразователя температуры и вихретокового датчика и установлен для определения полного потока пара и полного потока конденсата, проходящих через конденсационный горшок.

В другом аспекте настоящего изобретения заявляется система конденсационного горшка, содержащая

конденсационный горшок, включающий в себя впускной канал, выпускной канал и поплавок, при этом впускной канал и выпускной канал разделены отверстием, а конденсационный горшок дополнительно содержит заглушку, функционально соединенную с поплавком, расположенную смежно указанному отверстию и установленную для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка;

контрольно-измерительный модуль, включающий в себя измерительный преобразователь давления впускного канала, установленный для детектирования давления у впускного канала конденсационного горшка, измерительный преобразователь давления выпускного канала, установленный для детектирования давления у выпускного канала конденсационного горшка, измерительный преобразователь температуры, установленный для детектирования температуры в конденсационном горшке, и вихретоковый датчик, установленный для детектирования движения заглушки;

а также центральный процессор, функционально соединенный и принимающий выходные сигналы от измерительного преобразователя давления впускного канала, измерительного преобразователя давления выпускного канала, измерительного преобразователя температуры и вихретокового датчика, причем центральный процессор установлен для обработки данных соответствующих выходных сигналов для определения полного потока пара и полного потока конденсата, проходящих через конденсационный горшок.

В еще одном аспекте настоящего изобретения заявляется система конденсационного горшка, содержащая

конденсационный горшок, включающий в себя впускной канал, выпускной канал и поплавок, при этом впускной канал и выпускной канал разделены отверстием, а конденсационный горшок дополнительно содержит заглушку, функционально соединенную с поплавком, расположенную смежно указанному отверстию и смонтированную для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка;

контрольно-измерительный модуль, включающий в себя измерительный преобразователь давления, установленный для детектирования давления в конденсационном горшке, измерительный преобразователь температуры, установленный для детектирования температуры в конденсационном горшке, вихретоковый датчик, установленный для детектирования движения заглушки и датчик фазы, установленный для детектирования фазы в конденсационном горшке;

а также

центральный процессор, функционально соединенный и принимающий выходные сигналы от измерительного преобразователя давления, вихретокового датчика и датчика фазы, причем центральный процессор установлен для обработки данных соответствующих выходных сигналов для определения полного потока пара и полного потока конденсата, проходящих через конденсационный горшок.

В другом аспекте настоящего изобретения заявляется система конденсационного горшка, содержащая

конденсационный горшок, включающий в себя впускной канал, выпускной канал и поплавок, при этом впускной канал и выпускной канал разделены отверстием, а конденсационный горшок дополнительно содержит заглушку, функционально соединенную с поплавком, расположенную смежно указанному отверстию и смонтированную для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка;

контрольно-измерительный модуль, включающий в себя измерительный преобразователь давления, установленный для детектирования давления в конденсационном горшке, измерительный преобразователь температуры, установленный для детектирования температуры в конденсационном горшке, и вихретоковый датчик, установленный для детектирования движения заглушки;

а также

центральный процессор, функционально соединенный и принимающий выходные сигналы от измерительного преобразователя давления, измерительного преобразователя температуры и вихретокового датчика, причем центральный процессор установлен для обработки данных соответствующих выходных сигналов для определения полного потока пара и полного потока конденсата, проходящих через конденсационный горшок.

Частные случаи выполнения настоящего изобретения представлены признаками, указанными в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - фрагментарная принципиальная схема технологической системы парового отопления;

Фиг.2 - увеличенный разрез конденсационного горшка, имеющего модуль регулятора потока, собранный в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3 - увеличенное фрагментарное изображение, иллюстрирующее связь между заглушкой и отверстием, ведущим к возврату конденсата.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения

Предполагается, что пример варианта осуществления, описываемый в этой заявке, не является исчерпывающим или ограничивающим объем настоящего изобретения точной конфигурацией или конфигурациями. Приведенный ниже пример осуществления настоящего изобретения выбран и описан для обеспечения наилучшего объяснения принципов настоящего изобретения и для предоставления другим квалифицированным в этой области техники специалистам возможности следовать этим принципам.

На фиг.1 приведенных чертежей иллюстрируется схематическое представление стандартной технологической паровой системы 10, имеющей паропровод 12. Паропровод 12 содержит входной конец 14 и выходной конец или возврат 16 конденсата. Технологическая паровая система 10 содержит устройство, требующее технологического пара, которое в описываемом примере представляет собой теплообменник 18. Паровая система 10 будет, как правило, включать в себя несколько других типовых элементов (не показаны), обычно используемых в паровых системах. Такие типовые элементы и их работа известны квалифицированным специалистам в этой области техники и, следовательно, не нуждаются в дополнительном описании. Должно быть очевидным, что теплообменник 18 описывается в этой заявке только для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения, описываемого в этой заявке. Паровая система 10 может быть с успехом использована с другой ловушкой вместо теплообменника 18. Паровая система 10 содержит конденсационный горшок, установленный в соответствии с настоящим изобретением, который указан общим ссылочным номером 20.

Паровая система 10 содержит регулирующий клапан 22 типа, обычно используемого в известном уровне техники, и подводящую трубу 24, ведущую от регулирующего клапана 22 к впускному каналу 26 теплообменника 18. Выпускная труба 28 ведет от теплообменника 18 к впускному каналу 30 на конденсационном горшке 20, а выпускной канал 32 на конденсационном горшке 20 ведет к возврату 16 конденсата, при этом впускной и выпускной каналы разделены отверстием. Теплообменник 18, как правило, содержит приемник 34 холодной воды и выпуск 36 горячей воды. Должно быть очевидным, что вместо воды в системе 10 может быть использована другая пригодная технологическая текучая среда. Однако для удобства объяснения в следующем описании указывается использование только воды, но должно быть очевидным, что настоящее изобретение в равной степени применимо к технологической системе, в которой используются другие пригодные текучие среды.

Как следует из фиг.2, конденсационный горшок 20 содержит корпус 38 и крышку 40. Корпус 38 и крышка 40 могут быть соединены друг с другом обычным способом и предпочтительно поддаются отделению друг от друга. Корпус 38 и крышка 40 взаимодействуют друг с другом для образования емкости 41. Поплавок 42 расположен в конденсационном горшке 20 и смонтирован посредством оси 44 на установочной части 46. Как указано стрелкой А, в соответствии с этим поплавок 42 свободен, в общем, для перемещения вверх и вниз по криволинейной траектории. Также очевидно, что поплавок 42 будет, в общем, перемещаться по траектории А в ответ на наличие, отсутствие или изменения уровня текучей среды в конденсационном горшке 20. В качестве альтернативного варианта возможно, чтобы поплавок мог иначе поддаваться смещению или перемещению с возможностью скольжения, например, в общем, по линейной траектории.

В иллюстрируемом примере, поплавок 42 соединен с рычагом 43, имеющим внешний конец 45 и внутренний конец 47. Внешний конец 45 смонтирован на оси 44. Пара рычагов 48, 50 смонтирована на внешнем конце 45 рычага 43. Рычаг 48 проходит, в общем, вверх от оси 44 для образования заслонки 49, тогда как рычаг 50 проходит, в общем, в направлении вниз от оси 44. Заглушка 52 смонтирована на нижнем рычаге 50 или иначе связана с нижним рычагом 50. Отверстие 54 образовано внутри конденсационного горшка 20 и обеспечивает канал 56 между выпускным каналом 32 и внутренней частью корпуса 38. Заглушка функционально соединена с поплавком, расположена смежно отверстию и установлена для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка. Очевидно, что заглушка 52 закроет отверстие 54 при опускании поплавка 42 (например, при отсутствии текучей среды или при наличии только минимального количества текучей среды в корпусе 38 конденсационного горшка 20). Также очевидно, что заглушка 52 сместится из отверстия и, таким образом, откроет отверстие 54 при движении поплавка 42 вверх (например, при накоплении достаточного количества текучей среды в корпусе 38 конденсационного горшка 20). Наконец, отверстие 54 будет иметь известные размеры.

Контрольно-измерительный модуль 58 прикреплен к конденсационному горшку 20, и он может быть смонтирован на установочной части 60 крышки 40 или на любой другой пригодной подготовленной поверхности или листе. Для предотвращения или уменьшения возможного перегрева контрольно-измерительного модуля 58 предпочтительно, чтобы между контрольно-измерительным модулем 58 и остальной частью конденсационного горшка 20 был предусмотрен промежуток 61. Контрольно-измерительный модуль 58 содержит центральный процессор или CPU 62. Центральный процессор 62 может быть любым из ряда процессоров, выпускаемых на промышленной основе. Контрольно-измерительный модуль 58 содержит датчик 64 давления, датчик 66 температуры и вихретоковый датчик 68.

Датчик 64 давления может содержать пару измерительных преобразователей 70, 72 давления. Измерительный преобразователь 70 давления может быть расположен, в общем, смежно впускному каналу 30 для детектирования давления у впускного канала конденсационного горшка, тогда как измерительный преобразователь 72 давления может быть расположен, в общем, смежно выпускному каналу 32 для детектирования давления у выпускного канала конденсационного горшка. Датчик температуры может содержать пару измерительных преобразователей 74, 76 температуры, каждый из которых служит для детектирования температуры в конденсационном горшке. Измерительный преобразователь 74 температуры может быть расположен, в общем, смежно впускному каналу 30, тогда как измерительный преобразователь 76 температуры может быть расположен, в общем, смежно выпускному каналу 32.

Вихретоковый датчик 68 имеет конец 78, который расположен, в общем, смежно рычагу 48 и установлен для детектирования движения заглушки. В соответствии с этим движение поплавка 42 вызывает соответствующее движение рычага 48, которое измеряется вихретоковым датчиком, как будет более подробно описано ниже. Вихретоковый датчик 68, измерительные преобразователи 70, 72 давления, измерительные преобразователи 74, 76 температуры обычным способом функционально соединены с центральным процессором 62.

Конденсационный горшок 20 может также включать в себя датчик 80 фазы, который служит для детектирования конденсата у впускного канала и у выпускного канала конденсационного горшка и может содержать пару измерительных преобразователей 82, 84 фазы. Измерительный преобразователь 82 фазы может быть расположен, в общем, смежно впускному каналу 30, тогда как измерительный преобразователь 84 фазы может быть расположен, в общем, смежно выпускному каналу 32. Измерительные преобразователи 82, 84 фазы могут представлять собой, например, один из выпускаемых на промышленной основе скважинных резистивиметров.

Каждый из измерительных преобразователей 70, 72 давления может быть одним из выпускаемых на промышленной основе измерительных преобразователей давления. Однако размер измерительных преобразователей давления может выбираться в зависимости от размера конденсационного горшка 20. Пригодные измерительные преобразователи давления выпускаются на промышленной основе компанией Rosemount, Inc., of Chanhassen, MN. Очевидно, что могут оказаться пригодными другие типы измерительных преобразователей давления. Аналогичным образом, каждый из измерительных преобразователей 74, 76 температуры может быть одним из измерительных преобразователей температуры, например, измерительным преобразователем температуры, выпускаемым на промышленной основе компанией Rosemount, Inc. И в этом случае могут оказаться пригодными другие типы измерительных преобразователей температуры. Пригодный вихретоковый датчик 68 выпускается на промышленной основе компанией Bently Nevada Corporation.

В процессе эксплуатации технологическая паровая система 10 работает обычным образом. Пар из источника пара (не показан) по паропроводу 12 направляют обычным образом к теплообменнику 18 или другому устройству. Пар входит в теплообменник через впускной канал 26. Внутри теплообменника тепло от пара используют для нагрева холодной воды, поступающей в теплообменник 18 через приемник 34 холодной воды. Нагретая вода выходит из теплообменника 18 через выпуск 36 горячей воды и может быть использована для нагрева или других целей. Работа теплообменника является обычной и известной.

В течение процесса теплообмена, по меньшей мере, часть пара будет конденсироваться, образуя конденсат, когда пар теряет тепло, и претерпевает изменение фазы, снова превращаясь в жидкость. Этот конденсат после прохождения через конденсационный горшок 20 обычным образом вернется в паровую систему 10 через возврат 16 конденсата.

Как показано на фиг.2, пар или конденсат или некоторая их комбинация поступит в конденсационный горшок 20 через впускной канал 30. Положение поплавка 42 будет зависеть от уровня жидкости или конденсата в конденсационном горшке 20. Таким образом, при накоплении конденсата в конденсационном горшке 20 поплавок будет подниматься, смещая, следовательно, заглушку 52 от отверстия 54 и позволяя конденсату в корпусе 38 конденсационного горшка 20 вытекать из выпускного канала 32 к возврату 16 конденсата.

Вихретоковый датчик 68 генерирует выходной сигнал, который подается к центральному процессору 62. Каждый из измерительных преобразователей 70, 72 давления генерирует выходной сигнал 70а, 72а, соответственно, который подается к центральному процессору 62. Аналогичным образом каждый из измерительных преобразователей 74, 76 температуры генерирует выходной сигнал 74а, 76а, соответственно, который подается к центральному процессору 62. Наконец, каждый из измерительных преобразователей 82, 84 фазы (если они предусмотрены) генерирует выходной сигнал 82а, 84а, соответственно, которые подаются к центральному процессору 62.

По многим причинам может оказаться желательным измерять полный поток конденсата (в течение нормальной работы) или пара (в течение состояния отказа конденсационного горшка), проходящий через конденсационный горшок 20. Поплавок и заслонка смонтированы на поворотном рычаге, причем поворотный рычаг и заслонка выполнены подвижными совместно с поплавком, а вихретоковый датчик установлен так, чтобы быть чувствительным к движению заслонки. Если конденсационный горшок отказал в открытом положении, то вихретоковый датчик будет способным детектировать положение заглушки 52 относительно отверстия 54. Это оказывается возможным вследствие того, что движение заслонки 49 на рычаге 48 является показателем движения заглушки 52 от отверстия 54 благодаря тому, что размеры рычагов 48, 50 известны. Также, поскольку известны размеры заглушки 52 и отверстия 54, будет известна площадь поперечного сечения канала 56.

Например, как следует из фиг.3, в том случае, если заглушка 52 находится очень близко к отверстию 54, то конденсат или пар будут выходить, в общем, по кольцевому каналу 86 за заглушкой в отверстие 54. В том случае, если заглушка 52 находится очень близко к отверстию 54, то общая площадь поперечного сечения кольцевого канала 86 (обычно называемая "кольцевой площадью") будет относительно невелика. С другой стороны, в том случае, если заглушка 52 дальше отстоит от отверстия 54, то общая площадь поперечного сечения канала 86 будет относительно больше. Поскольку размеры отверстия и заглушки известны и поскольку местоположение заглушки 52 относительно отверстия 54 может быть определено от выходного сигнала 68а, генерируемого вихретоковым датчиком 68, то при использовании известных геометрических принципов может быть вычислена общая площадь поперечного сечения канала 86. Очевидно, что общая площадь поперечного сечения канала 86 будет увеличиваться при смещении заглушки 52 из отверстия 54, когда поплавок 42 поднимается под воздействием дополнительного конденсата в емкости 41. С другой стороны, очевидно, что общая площадь поперечного сечения канала 86 будет уменьшаться при перемещении заглушки к отверстию 54, когда поплавок опускается при уменьшении или отсутствии конденсата в емкости 41. Если заглушка 52 расположена так, как показано на фиг.2, то очевидно, что общая площадь поперечного сечения канала 86 будет равна нулю вследствие того, что заглушка 52 села на седло отверстия 54 и закрыла его.

При использовании соответствующих выходных сигналов, генерируемых датчиком 64 давления, датчика 66 температуры, вихретокового датчика 68 и датчика 80 фазы, центральный процессор с помощью хорошо известных технических принципов может определить полный поток конденсата и/или пара, проходящий через отверстие, например, при использовании таблиц воды и водяного пара Американского общества инженеров-механиков вместе с общими принципами термодинамики и гидродинамики, которые легко доступны и известны квалифицированным специалистам в этой области техники, которые могут быть легко запрограммированы или иначе сделаны доступными для центрального процессора 62. Таким образом, на основе выходных сигналов, принимаемых от различных датчиков температуры, давления и фазы, и на основе известных размеров кольцевого канала 86 центральный процессор 62 может легко вычислить полный поток конденсата, проходящий через конденсационный горшок 20 в течение нормальной работы, или полный поток пара, проходящий через конденсационный горшок 20 в том случае, если конденсационный горшок 20 отказал в открытом положении.

В качестве дополнительного объяснения примера режима работы можно указать, давление во впускном канале 30 измеряют посредством измерительного преобразователя 70 давления, а давление в выпускном канале 32 измеряют посредством измерительного преобразователя 72 давления в выпускном канале 32. Соответствующие выходные сигналы 70а и 72а подают к центральному процессору 62. Температуру во впускном канале 30 измеряют посредством измерительного преобразователя 74 температуры, выходные сигналы 74а которого подают к центральному процессору 62. Перемещение заглушки 52 определяют посредством вихретокового датчика 68, выходные сигналы 68а которого также подают к центральному процессору 62. Центральный процессор обрабатывает данные различных выходных сигналов и при использовании вышеупомянутых таблиц вычисляет полный поток текучей среды, проходящий через конденсационный горшок 20.

В том случае, если механизм поплавка отказал в открытом положении, пар будет проходить через конденсационный горшок 20, когда весь конденсат будет стекать через возврат 16 конденсата до тех пор, пока поток острого пара не пойдет через конденсационный горшок 20. В таком случае данные значений температуры и давления, обработанные с помощью центрального процессора, станут показателем отказа конденсационного горшка, и центральный процессор в таком случае вычислит полные потери пара, проходящего через конденсационный горшок 20.

В том случае, если механизм поплавка отказал в закрытом положении (например, при блокировании отверстия 54 заглушкой 52), то конденсат заполнит емкость 41 конденсационного горшка 20. И в этом случае считывание данных из датчиков давления, температуры и фазы даст свидетельство наличия воды или текучей среды в конденсационном горшке.

Квалифицированным в этой области техники специалистам будет очевидно, что, хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано в связи с некоторыми примерами его вариантов осуществления, оно не ограничено описанным примером. Вместо этого настоящее изобретение охватывает все модификации и варианты осуществления, которые находятся в пределах объема пунктов прилагаемой формулы изобретения либо буквально, либо их эквивалентов.

Реферат

Изобретение относится к конденсационным горшкам. Система конденсационного горшка содержит конденсационный горшок, включающий в себя впускной канал, выпускной канал и поплавок, при этом впускной канал и выпускной канал разделены отверстием, а конденсационный горшок дополнительно содержит заглушку, функционально соединенную с поплавком, расположенную смежно указанному отверстию и установленную для открывания и закрывания отверстия в ответ на движение поплавка, контрольно-измерительный модуль, прикрепленный к конденсационному горшку и содержащий центральный процессор, функционально соединенный с измерительным преобразователем давления впускного канала, измерительным преобразователем давления выпускного канала, измерительным преобразователем температуры и вихретоковым датчиком, при этом измерительный преобразователь давления впускного канала установлен для детектирования давления у впускного канала конденсационного горшка, измерительный преобразователь давления выпускного канала установлен для детектирования давления у выпускного канала конденсационного горшка, измерительный преобразователь температуры установлен для детектирования температуры в конденсационном горшке, вихретоковый датчик установлен для детектирования движения заглушки, причем центральный процессор принимает выходные сигналы от измерительного преобразователя давления впускного канала, измерительного преобразователя давления выпускного канала, измерительного преобразователя температуры и вихретокового датчика и установлен для определения полного потока пара и полного потока конденсата, проходящих через конденсационный горшок. Измерительный преобразователь температуры расположен смежно либо выпускному каналу, либо впускному каналу конденсационного горшка. Система конденсационного горшка дополнительно содержит второй измерительный преобразователь температуры, расположенный смежно впускному каналу конденсационного горшка, а центральный процессор функционально соединен со вторым измерительным преобразователем температуры и принимает выходные сигналы от второго измерительного преобразователя температуры. Поплавок смонтирован на поворотном рычаге. Система включает в себя заслонку, смонтированную на поворотном рычаге, причем поворотный рычаг и заслонка выполнены подвижными совместно с поплавком, а вихретоковый датчик установлен так, чтобы быть чувствительным к движению заслонки. Система конденсационного горшка включает в себя датчик фазы, расположенный в конденсационном горшке и установленный для детектирования конденсата у впускного канала и у выпускного канала конденсационного горшка. Изобретение позволяет повысить эффективность эксплуатации технологической системы. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула