СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПЕРЕГРЕВА
SYSTEM FOR DETECTING OVERHEAT

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится в целом к системам обнаружения и защиты от перегрева, в частности к способу предотвращения условий перегрева посредством измерения давления.
Уровень техники
Такие жидкости, как вода, часто используются в производственных процессах в качестве основного средства передачи и регулирования тепла. В таких процессах жидкость переносится к производственному центру и из него с помощью трубопровода. Например, в области металлургии вода используется для охлаждения расплавленного металла при разливе в желаемые формы.
Когда температура трубы или элемента системы жидкостного охлаждения, переносящая жидкость в виде воды, возрастает, температура жидкости также возрастает. В случае использования медной трубы для переноса воды из-за того, что точка плавления меди значительно выше точки кипения воды, при сильном нагревании трубы или элемента системы жидкостного охлаждения вода превращается в пар, вызывая заметное давление. Если температура трубы становится слишком высокой, то труба или элемент системы жидкостного охлаждения может расплавиться или разрушиться, что позволит проникновению охлаждающей жидкости в неположенные места или помешает необходимому переносу жидкости. Это влечет за собой, как правило, временное прекращение процесса до тех пор, пока поврежденная труба, или трубы, или элементы системы жидкостного охлаждения не будут отремонтированы. Подобные остановки в работе дорого обходятся, снижают эффективность и могут вызвать снижение качества продукции.
Были предприняты попытки решить этот вопрос. Например, в патенте США №4091658, авторы Covington и др. раскрыта система измерения давления вдоль трубопровода с целью обнаружения протечек. Она содержит датчик давления для измерения падений давления и логическую схему для определения того, имеется ли общее падение давления или изменение давления выше заданной нормы. Covington и др. предлагают отключение трубопровода как в условиях чрезвычайно низкого, так и чрезвычайно высокого давления.
Европейский патент №0559993, автор Fanelly аналогичным образом раскрывает систему, в которой датчики давления размещены в различных точках вдоль трубопровода под давлением. Fanellу сравнивает расчетные значения напора потока с реальными значениями, снятыми с датчиков, и когда в результате сравнения обнаруживается потеря жидкости из-за разрушения трубопровода, то вырабатывается сигнал тревоги.
Патент США №5708193, авторы Ledeen и др. предлагает измерение давления с помощью создания волны давления и определения отраженной волны от этой волны давления с использованием датчика давления. Чтобы обнаружить местонахождение утечки, выходной сигнал с датчика давления подается на цифровые средства фильтрации.
Также в патенте США №5267587, автор Brown раскрывается автоматическая система контроля энергоносителей (т.е. вода и газ). Brown предлагает применять датчики давления для определения изменения давления энергоносителя и электромагнитные клапаны для остановки потока жидкости (или газа) в том случае, если сигнал с датчика давления указывает на недопустимую утечку.
К сожалению, известные технические решения относятся к таким ситуациям, когда система труб или элементы системы жидкостного охлаждения, переносящие жидкость, уже вышли из строя. Следовательно, существует потребность создания технических средств для предохранения системы труб или элементов системы, переносящих жидкость, от выхода из строя в условиях перегрева с целью избежания выключения системы и проведения дорогостоящего ремонта.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - создание технических средств предохранения системы переноса жидкости от разрушения в условиях перегрева.
Другой целью изобретения является создание таких технических средств, которые позволяют в то же самое время продолжать работу системы.
Чтобы достигнуть эти и другие цели изобретения, которые будут ясны на основании нижеследующего описания изобретения, предлагаются способы и устройства для предупреждения разрушения системы, состоящей из одной или более труб.
Один из вариантов воплощения изобретения представляет собой система определения перегрева. Система способна определять перегревание в одной или более труб, переносящих жидкость, там, где на жидкость оказывает воздействие температура и/или соответствующее давление в потоке на одной или более труб. Система содержит, по меньшей мере, один датчик давления, расположенный в, по меньшей мере, одной точке в системе для получения уровня давления жидкости в, по меньшей мере, этой одной точке, пульт управления электронным вентилем для управления, по меньшей мере, одним нагревательным прибором. Нагревательным прибором может служить электронно-лучевая пушка или дуговая плавильная печь, например. Система также содержит компьютер с оперативным запоминающим устройством, в котором сохраняется программа, при выполнении которой в компьютер заносится, по меньшей мере, одна заданная предельная величина, соответствующая, по меньшей мере, одной точке в системе, она сравнивает, по меньшей мере, одну заданную предельную величину с уровнем давления жидкости в, по меньшей мере, одной точке в системе, полученного с помощью, по меньшей мере, одного датчика давления, а также формирует сигнал отключения, если уровень давления лежит за пределами заданной предельной величины, причем сигнал отключения передается на пульт управления электронным вентилем, который корректирует выходную мощность, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки.
По меньшей мере, один датчик давления может являться полупроводниковым датчиком давления. В качестве варианта, по меньшей мере, один датчик давления может быть быстродействующим датчиком давления.
Система также может содержать, по меньшей мере, одну электронно-лучевую камеру, при этом, по меньшей мере, одна электронно-лучевая пушка выстреливает внутрь, по меньшей мере, одной электронно-лучевой камеры. Система также может содержать следующие компоненты: по меньшей мере, одну полку (?) внутри, по меньшей мере, одной электронно-лучевой камеры, при этом, по меньшей мере, одна полка сконфигурирована так, чтобы подавать исходный продукт в камеру для переплавки; по меньшей мере, один горн, при этом электронно-лучевая пушка выстреливает в исходный продукт, который падает с, по меньшей мере, одной полки с целью расплавления в, по меньшей мере, одном горне для переплавки; и, по меньшей мере, одну форму, при этом исходный продукт попадает в, по меньшей мере, одну форму.
Система также содержит, по меньшей мере, одну охлаждающую рубашку вокруг, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки, по меньшей мере, одной полки, по меньшей мере, одного горна для переплавки и, по меньшей мере, одной формы. Система также содержит, по меньшей мере, один насос, при этом, по меньшей мере, один насос сконфигурирован для закачки жидкости в, по меньшей мере, одну трубу так, что, по меньшей мере, одна охлаждающая рубашка осуществляет охлаждение, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки за счет теплопроводности.
Система также содержит устройство теплообмена, которое заключает в себе, по меньшей мере, одну трубу, причем эта одна труба переносит жидкий теплоноситель и прилегает к, по меньшей мере, одной трубе системы, что позволяет передавать тепло за счет теплопроводности. В свою очередь, устройство теплообмена содержит охлаждающий стояк и теплообменник с двойной стенкой, расположенный рядом с системой обнаружения перегрева. При выполнении программы компьютер производит вычисление скорости изменения, по меньшей мере, одного уровня давления, полученного от, по меньшей мере, одного датчика давления.
С помощью пульта управления электронным вентилем системы корректируется выходная мощность, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки путем уменьшения выходной мощности, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки. В ином случае пультом управления электронным вентилем системы также можно корректировать выходную мощность, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки за счет выключения, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки. Система также может содержать базу данных, в которую заносятся данные о случаях девиации давления.
При выполнении программы компьютер может посылать сообщения по электронной почте одному или более лицам, ответственным за осуществление надзора над устройством.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения раскрывается способ обнаружения перегрева системы, содержащей одну или более труб, переносящих жидкость, причем жидкость оказывает влияние на температуру и/или соответствующее давление потока в одной или более трубах. Способ заключает в себе получение с, по меньшей мере, одного датчика давления, по меньшей мере, один уровень давления жидкости в системе в, по меньшей мере, одной точке, выполнение сравнения, по меньшей мере, одного уровня давления, полученного с, по меньшей мере, одного датчика давления, с соответствующей заданной предельной величиной, формирование сигнала отключения, если уровень давления лежит за пределами заданной предельной величины, сигнал отключения передается на пульт управления электронным вентилем, который корректирует выходную мощность, по меньшей мере, одного нагревательного прибора, что позволяет продолжить работу системы.
По меньшей мере, один датчик давления может быть полупроводниковым датчиком давления. В качестве варианта, по меньшей мере, один датчик давления может быть быстродействующим датчиком давления. По меньшей мере, один нагревательный прибор может быть, например, электронно-лучевой пушкой.
Способ также заключает в себе выстреливание, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки, которая выстреливает внутрь, по меньшей мере, одной электронно-лучевой камеры. Способ также содержит следующие процессы: разработку конфигурации, по меньшей мере, одной полки для подачи исходного продукта в камеру с целью расплавления; выстреливание электронно-лучевой пушки в исходный продукт, падающий с, по меньшей мере, одной полки для плавления в, по меньшей мере, одном горне для переплавки и завершение процесса переплавки, когда продукт поступает в, по меньшей мере, одну форму.
Способ также содержит оснащение, по меньшей мере, одной рубашкой охлаждения вокруг, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки, по меньшей мере, одной полки, по меньшей мере, одного горна и, по меньшей мере, одной формы. Способ также содержит оснащение, по меньшей мере, одним насосом, в котором, по меньшей мере, один насос предназначен для закачивания жидкости в, по меньшей мере, одну трубу так, чтобы, по меньшей мере, одна охлаждающая рубашка охлаждала, по меньшей мере, одну электронно-лучевую трубку за счет теплопроводности.
Способ также содержит оснащение системой теплообмена, включающей в себя, по меньшей мере, одну трубу, причем эта одна труба переносит жидкий теплоноситель и прилегает к, по меньшей мере, одной трубе системы, что позволяет передавать тепло за счет теплопроводности. В данном способе система теплообмена состоит из:
охлаждающего стояка и теплообменника с двойной стенкой, расположенного рядом с системой. Способ содержит вычисление скорости изменения, по меньшей мере, одного уровня давления, полученного от, по меньшей мере, одного датчика давления.
Регулирование выходной мощности, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки состоит в понижении выходной мощности, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки. Как вариант, регулирование выходной мощности, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки может производиться за счет отключения, по меньшей мере, одной электронно-лучевой пушки. Способ также содержит процесс записи данных, относящихся к случаям девиации давления, в базу данных.
Способ также содержит отправление сообщения по электронной почте одному или более лицам, ответственным за наблюдением за системой.
Конкретные варианты реализации изобретения предоставляют большое количество технических преимуществ. Например, техническое преимущество одного из вариантов состоит в том, что обеспечивается предохранение системы от выхода из строя, вместе с тем предоставляется возможность сразу продолжать работу системы. Дополнительным техническим преимуществом этого варианта реализации и/или другого может служить снижение опасности того, что охлаждающая жидкость случайно проникнет в плавильную камеру, например, вследствие нарушения функционирования какой-либо подсистемы, таким образом, осуществляется предотвращение загрязнения продукта, расплавляемого в плавильной камере. Кроме того, преимуществом данного варианта реализации изобретения и/или другого варианта является повышение эффективности охлаждения благодаря точному регулированию теплового режима труб или охлаждающих рубашек.
Чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют предпочтительные варианты реализации изобретения и служат для объяснения принципов изобретения.
Краткое описание чертежей
С целью более полного понимания примеров реализации настоящего изобретения и его преимуществ рассматривается нижеследующее описание, приведенное совместно с сопроводительными чертежами, в которых:
фиг.1 представляет схему примера реализации системы обнаружения перегрева; и
фиг.2 представляет блок-схему операций примера реализации способа обнаружения перегрева, выполняемого с помощью прикладной программы, введенной в компьютер.
Для всех чертежей используются одинаковые ссылочные цифры и символы, если не оговорено особо, с целью обозначения одних и тех же блоков, элементов, компонентов или узлов изображенных вариантов реализации изобретения. Более того, это сделано с целью иллюстративности, поскольку настоящее изобретение будет далее подробно описано со ссылками на чертежи.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 представляет схему примера реализации системы 100 обнаружения перегрева согласно изобретению. Система содержит одну или более сетей трубопроводов из одной или более труб 101 для переноса жидкости 102, такой как вода. В одном примере присутствует восемь подобных трубопроводов 101, хотя в предпочтительном варианте реализации может быть где-то от пяти до десяти трубопроводов 101. Трубы могут быть выполнены из меди или любого другого материала, годного для перекачивания жидкости. Несмотря на то, что в предпочтительном варианте реализации рассматривается вода, настоящим изобретением не ограничивается применение других жидкостей вместо воды.
К трубопроводам 101 прикреплены один или более быстродействующих датчиков 103 давления, способных определять один или более уровней давления жидкости 102 в одной или более точках трубопровода 101. Предпочтительно, чтобы к каждой трубе в сети трубопровода 101 прикреплялся соответствующий датчик 103 давления, который может являться, например, полупроводниковым датчиком давления, с диапазоном значений давления 0-100 psi (фунт на квадратный дюйм) (0-689475,7 Па) и предельной температурой 160°F(71°C).
Датчики 103 давления соединены с компьютером 105, в программу которого заложена система 1 обнаружения перегрева. Компьютер 105 может быть любым компьютером, предназначенным для выполнения прикладных программ с большим объемом вычислений, например персональный компьютер. Удобно, чтобы система 1 обнаружения перегрева была программно реализуемой и сохранялась в оперативной памяти компьютера 105. Программа может быть в виде выполняемой выходной программы, полученной, например, с помощью компиляции исходной программы. Интерпретация исходной программы не устраняется. Исходная программа может быть в виде последовательно управляемых команд, как в языках программирования Фортран, Паскаль или «Си», например. Предпочтительно, чтобы в качестве исходной программы использовался Visual Basic. Система 1 обнаружения перегрева, осуществляющая способ обнаружения перегрева, будет описана более полно в соответствии с фиг.2.
Компьютер 105 также соединен с пультом 107 управления электронным вентилем, который способен отключать одну или более систем 125 управления электронно-лучевой пушки. Система 125 управления электронно-лучевой пушкой регулирует работу электронно-лучевых пушек 123, которые способны изменять температуру жидкости 102 в трубопроводах 101. В одном варианте реализации электронно-лучевые пушки 123 и система 125 управления электронно-лучевой пушкой произведены Von Ardenne и рассчитаны на диапазон мощности 0 - 750000 Вт. Электронно-лучевые пушки 123 располагаются на верхней части электронно-лучевой камеры 111 и выстреливают внутрь камеры 111 в заданные координаты цели, используя программируемые режимы сканирования, которые могут быть изменены вручную. Электронно-лучевая камера 111 может состоять из двух электронно-лучевых камер: одна именуется «Северной» камерой, другая - «Южной» камерой.
Одна или более полок 127 расположены в электронно-лучевой камере и используются для подачи исходного продукта в камеру 111 для обработки. В данном варианте реализации электронно-лучевые пушки 123 выстреливают в необработанный продукт, опускающийся с полки 127, чтобы подвергнуть плавлению. Расплавленный продукт затем течет в один или более горнов 129, нагретых за счет электронно-лучевых пушек для переплавки, в конечном счете, поступая в одну или более форму 131, нагретую одной или более электронно-лучевой пушкой, с целью завершения процесса плавления. В одном варианте реализации обрабатываемым продуктом является титан.
Каждый трубопровод 101 формирует одну или более охлаждающих рубашек 113 либо вокруг одной или более электронно-лучевых пушек 123, вокруг одной или более полок 127, вокруг одного или более горнов 129, вокруг одной или более форм 131, либо любую комбинацию этих компонентов, либо любые другие компоненты по необходимости. Каждая охлаждающая рубашка 113 формируется одним каналом или ответвлением внутри множественных каналов либо последовательно, либо параллельно. Кроме того, каждый трубопровод 101 имеет один или более рубашек 113 либо параллельно, либо последовательно. Соответствующий насос 109 нагнетает жидкость 102 в сеть трубопроводов 101, в результате чего охлаждающая рубашка 113 охлаждает электронно-лучевые пушки 123 за счет теплопроводности. В предпочтительном варианте насосом 109 является насос 100 HP производительностью 1200 галлонов в минуту (4542,5 литров в минуту).
Система 100 обнаружения перегрева может также содержать теплообменник 115, сформированный из одной или более труб и переносящий жидкий теплоноситель 122, которым может быть вода. Трубы 121 теплообмена могут проходить через теплообменник 119 с двойной стенкой такой, как теплообменник пластинчатого типа, скорость теплообменника с двойной стенкой составляет 1600000 BTU/час (BTU - британская тепловая единица) (403200 ккал/час). Каждая сеть трубопроводов 101 также может проходить через теплообменник 119 с двойной стенкой. Внутри теплообменника 119 с двойной стенкой трубы 121 теплообмена должны прилегать к трубам 101, позволяющим теплу передаваться за счет теплопроводности. Трубы 121 также проходят через охлаждающий стояк 117 с целью охлаждения жидкого теплоносителя 122. Способ обнаружения перегрева в качестве примера варианта воплощения системы 100 обнаружения перегрева будет объясняться более подробно согласно фиг.2.
В соответствии с фиг.2 будет описан вариант реализации способа обнаружения перегрева, который выполняется с помощью системы 1 обнаружения перегрева, заложенного в программу компьютера 105. Система 1 обнаружения перегрева запускается (4) и определяет, включена ли (3) кнопка предварительно установленного порога. Если - да, то система 1 обнаружения перегрева загружает в реестр компьютера 105 одно или более заданных предельных значений (6). Заданные предельные значения соответствуют максимально и минимально допустимым величинам рабочего давления, указывающим на небезопасное давление в трубе, которое, в свою очередь, отражает процесс движения жидкости и/или температуру в каждой из труб 101 в каждой сети и может содержать информацию, касающуюся допустимых скоростей изменения этих уровней давления. В наиболее предпочтительном варианте реализации, когда применяются полка 127 с жидкостным охлаждением и два горна 129 с жидкостным охлаждением, заданные предельные величины для полки 127 составляют: 1,4 psi (6895 ПА) - минимальное давление, 17,4 psi (117211 Па) - максимальное давление и 9 psi (62053 Па) - максимальная скорость изменения. Для первого горна эти величины составляют: 0 psi - минимальное давление, 16 psi (110316 Па) - максимальное давление и 7,6 psi (48263 Па) - максимальная скорость изменения. Для второго горна эти величины составляют: 0 psi - минимальное давление, 12,6 psi (82737 Па) - максимальное давление и 7,6 psi (48263 Па) - максимальная скорость изменения давления.
Внешний компьютер сбора данных (не показан) посылает данные (2) в компьютер 105 о том, какая из электронно-лучевых камер 111 (т.е. Северная или Южная камера) находится в использовании, о состоянии плавления в электронно-лучевых камерах 111 и используется ли полка 127. Данные могут представляться в любой удобной форме, как, например, строка.
Далее система 1 обнаружения перегрева анализирует данные, полученные от внешнего компьютера (5) сбора данных через линию связи последовательной передачи RS232. Затем в (7) система (1) обнаружения перегрева определяет из строки проанализированных данных, происходит ли расплавление продукта в электронно-лучевых камерах 111. Если - да, то в (9) система (1) определяет, в какой именно электронно-лучевой камере 111 (т.е. в Северной или Южной) происходит плавление продукта.
Если система 1 обнаружения перегрева определяет, что используемой электронно-лучевой камерой 111 является Северная камера, то (10) система 1 обнаружения перегрева получает уровни давления жидкости 102, определяемые датчиками 103 давления, соединенными с Северной электронно-лучевой камерой 111. Если система 1 обнаружения перегрева определяет, что используемой электронно-лучевой камерой является Южная камера, то в (12) система 1 обнаружения перегрева получает уровни давления жидкости 102, определяемые датчиками 103 давления, соединенными с Южной электронно-лучевой камерой 111.
Затем система 1 обнаружения перегрева сравнивает (13) уровни давления, определяемые датчиками 103 давления, соединенными с Северной электронно-лучевой камерой 111 или Южной электронно-лучевой камерой 11 в (10) или (12) соответственно, с соответствующими заданными предельными величинами. Предпочтительно, чтобы с помощью системы 1 обнаружения перегрева также рассчитывались скорости изменения уровней давления, полученных от датчиков 103 давления, и сравнивались расчетные значения скорости изменения определяемых уровней давления с заданными предельными значениями.
Если система 1 обнаружения перегрева определит, что какой-либо из определяемых уровней давления, полученных либо в (10), либо в (12), или любая скорость изменения, рассчитанная там же, превышает или падает ниже заданного предела (в случае девиации давления), то система 1 обнаружения перегрева формирует сигнал отключения (15), который передается на пульт 107 управления электронным вентилем. Следовательно, пульт 107 управления электронным вентилем регулирует систему управления 125 электронно-лучевой пушкой, отключая соответствующую электронно-лучевую пушку или пушки 123, тем самым предохраняя сеть трубопровода 101 от выхода из строя. В другом варианте реализации та же самая цель достигается за счет уменьшения выходной мощности одной или более электронно-лучевых пушек 123.
Система 1 обнаружения перегрева также способна заносить в базу данных (16) для будущего анализа данные, относящиеся к случаям девиации давления, включая время и дату таких случаев, измерение уровней давления в этих случаях и скорости изменения давления при измерениях. Подобный анализ полезен при точном определении задаваемых предельных величин. Предпочтительно также, чтобы при формировании сигнала отключения система 1 обнаружения перегрева передавала сообщение (18) такое, как сообщение по электронной почте, одному или более лицам, ответственным за контроль над системой 100 обнаружения перегрева, о случае девиации давления.
Или же, если система 1 обнаружения перегрева определяет, что один или более определяемых уровней давления или скорости его изменения, им рассчитанных, не превышают или не падают ниже нужных пределов, обусловленных заданными предельными величинами (13), тогда система 1 обнаружения перегрева может также установить, используется ли полка (14) за счет анализа данных после разбора в (5). Если полка используется, то система 1 обнаружения перегрева может получить один или более уровней давления с датчиков давления 103, соединенных с полкой, и сравнить полученные уровни давления с заданными предельными величинами (17).
Далее в (17) система 1 обнаружения перегрева рассчитывает скорости изменения давления, полученные от датчиков давления 103, соединенных с полкой, и сравнивает расчетные скорости изменения полученных уровней напряжения с заданными предельными величинами. Если система 1 обнаружения перегрева определяет, что любой один или более полученных уровней давления или любые рассчитанные скорости его изменения превышают или падают ниже нужного предела, определяемого заданными предельными величинами, то система 1 обнаружения перегрева приступает к (15), описанному выше.
С другой стороны, если полка не используется или если уровни давления, определяемые датчиками давления 103, соединенными с полкой, или рассчитанные им скорости изменения не превышают или не падают ниже нужного предела, который определяется заданными предельными величинами, то система 1 обнаружения перегрева переходит к (11). В (11) система 1 обнаружения перегрева включает электронно-лучевую пушку или пушки 123, если они еще не включены. Наконец, система 1 обнаружения перегрева записывает полученные уровни давления и соответствующие скорости изменения полученных уровней давления (8).
Вышеприведенное описание только лишь иллюстрирует принципы изобретения. Специалистам ясно, что возможны различные модификации и изменения описанных вариантов реализации изобретения в пределах сущности и объема данного изобретения. Следовательно, специалисты имеют возможность разрабатывать многочисленные технические решения, которые, несмотря на то, что не описаны подробно выше, воплощают принципы изобретения в пределах его сущности и объема.