Система автоматической заливки и поддержания уровня криогенной жидкости в криостатах

Союз Советских Социалистицеских Республикс присоединением заявк осударстаенныи комит Совета Министров ССС по деим изобретений и открытийоритет ДК 681.128,8(088.8 Опубликовано 2.1 Х.1973. Бюллетень38Дата опубликования описания 28.111,1974 Авторыизобретени баиов, А, Л, Бахрах, Ю. Д, Видинеев, Ю. А. Наджаров и Ю. С. Винокуров Заявитель ИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЛИВКИ И ПОДД УРОВНЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ В КРИОС ЖАНИТАХ иогеннои тех тноситс зобрете нике.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 паросборн жидкость - в криостаты.В систему автоматической заливки и поддержания уровня криогенноп 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, п); хранилище 3 криогенной жидко сти, включающее сосуд 4 для криогенной жидкости; испаритель 5; газгольдер 6 для сбора паров; электромагнитный клапан 7 для подачи криогенной жидкости в крпостаты; электромагнитный клапан 8 подачи криогенной жид кости 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 иливычитания (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 223времени; 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 вуровня; трубопровод 34 подачи криогенной жидкости к рабочей площадке.Стрелками около трубопроводов обозначено направление движения криогенной жидкости Яь 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 программно- логическому 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 форсированный режим заливки и тем самыМобеспечивает 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 +-Лп в частоту Лг гетеродина17 (стандартная установка нуля) и .:ЕЛп впостоянную времени цепей, определяющих дозированную площадь импульса частотомера 18(стандартная установка 100/О). Поэтому напреобразователи 19 и 20 поступает стандартная величина разности частот Л(Й) несмотряна разброс параметров частотных датчиковуровня.В результате введения цепей коррекцииобеспечивается повышение точности измерения и поддержание уровня криогенной жидкости во всех криостатах.3. Для повышения надежности работы всейсистемы в автоматических режимах в цепи,формирующей начальный момент 1 отсчетавремени цикла 1 работы коммутатора, включена линия 25 задержки. Время задержкиэтой линии 1 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 общейкоманды У и сигналов совпадения С;, поступающих из коммутатора 15 в запоминающееустройство 23 и блок 24 управления).4. На трубопроводе 34 установлен датчик 14наличия криогенной жидкости, обеспечивающий управление электромагнитным клапаном10 в зависимости от прохождения по трубопроводу газовой или жидкой фазы.5. Система предусматривает возможность отключения любых криостатов с помощью ручных органов управления, входящих в блок 24,в результате чего обеспечивается возможностьдержать в рабочем состоянии любые комбинации криостатов.Система может работать в одном из следующих режимов.1, Автоматический последовательный опросо величине уровня жидкости во всех криостатах с задранным темпом и автоматическая доливка всех криостатов по достижении нижнего заданного значения уровня в одном из них.2. Автоматический последовательный опросо величине уровня жидкости во всех криостатах с заданным темпом и доливка жидкостив криостат, где уровень упал ниже нижнегодопустимого значения.3. Ручной вызов изменения уровня в любомиз 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 дальней.шем форсированным.380189 После заливки одного криостата коммутатор последовательно и быстро опросит остальные криостаты, при этом если подается криостат с уровнем Й) Йь, 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 запоминающееустройство 23 подает сигналы об окончании форсированного режима 1, в реле времени 22 и блок 26 и одновременно стирает информацию об опрошенных криостатах, Время цикла 1 опять будет исчисляться минутами. БлокЦ26 подает сигнал 1 о 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 Я 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 частотына смеситель 28 частот, На него же подается опорная частотаот гетеродина 30, Разность частот Л,= - , пропорциональная величине уровня Й, подается на частотомер 29, на выходе которого имеется показывающий прибор 33, отградуированный в О/О уровня Й.С частотомера 29 импульсы поступают на преобразователь 31 частоты в сигнал ступенчатой формы. Преобразователь 31 настроен на определенную величину Лр и выдает сигнал Йв момент, когда уровень криогенной жидкости в сосуде 4 достигнет нижней предельной величины, что говорит о недостаточном запасе жидкости в хранилище, Этот сиг. нал 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. 5При 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 воду происходит бурное испарение ее, В целях экономии газа, а также исключения повреждения захолаживаемых объектов 1 потоком газа, последний отводится в газгольдер 6.20Распределение потоков жидкости Я 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- з 0 пан 10 закрывается, а поток жидкости направляется к клапанам 7, которые могут открываться только при подаче в блок 26 сигнала Й, . Распределение потоков происходит при каждой заливке, т. е. при срабатывании кла- З 5 пана 8.В системе предусмотрен, кроме вышеописанного автоматического режима, так называемый режим автоматической форсированной заливки криостатов. Это сделано с целью 40 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 ра 45 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 Й. 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 1 (секунды), позволяющим перекрыть время пе реходных процессов в системе управления. Одновременно происходит заливка криостата, так как преобразователь 19 выдал сигнал Й и меняется программа в блоке 26 для команд блоком 24 управления, 6535 40 45 Предположим, что к системе 16, 17, 18, 32 измерения уровня коммутатором 15 подключен криостат Мо 1. Поскольку заливки еще не было, все криостаты пусты, пуст и криостат Мо 1, Частотный датчик этого криостата подключен к смесителю 16, на выходе которого будет сигнал Л=, - 2=0. К смесителю 18 подключены два преобразователя 19 и 20 частоты в сигнал ступенчатой формы.Так как Л=О(А 1, т. е. меньше нижней допустимой границы, то преобразователь 19 даст сигнал Йв программно-логическое устройство. Последнее посылает команду блоку 24 управления на открытие клапана заливки криостата Мо 1, Криостат Мд 1 будет заливаться при условии, если давление в хранилище было р)р". Схема сравнения блока 24 управления подтвердила факт подключения датчика криостата Мо 1. Криостат Юо 1 заливается криогенной жидкостью. По достижении в нем верхнего предельного значения уровня Иь преобразователь 20 посылает сигнал в программно-логическое устройство 26, которое дает команду блоку 24 управления на закрытие клапана криостата Мо 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 1 ц, 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. ЬьЙ, 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 И.-.п, после чего произойдет заливка и опять будет вестись автоматический опрос до тех пор, пока запас жидкости в хранилище 3 не исчерпается и в программно- логический блок не поступит сигнал йр.При ручном режиме управления может производиться как вызывной опрос любого из дат 5 1 О 15 го г 5 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 электро- механического 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. ЪЪ 2005 Тираж 760 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, 7 К.35, Раушская наб., д. 4 5