СИСТЕМА И СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРЕДСТОЯЩЕГО ПОВРЕЖДЕНИЯ СОСУДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2021 года по МПК F17C13/12 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Сосуды под давлением широко используются для хранения множества газов или текучих сред под давлением, например, водорода, кислорода, природного газа, азота, пропана и других видов топлива. Как правило, сосуды под давлением могут иметь любой размер или конфигурацию. Сосуды могут быть тяжелыми или легкими, одноразовыми (например, разового использования), многоразовыми, рассчитанными на высокое давление (например, более 50 фунтов на квадратный дюйм), низкое давление (например, менее 50 фунтов на квадратный дюйм), или могут использоваться для хранения текучих сред при повышенных или криогенных температурах.

[0002] Подходящие материалы оболочки сосуда высокого давления включают в себя металлы, например, сталь; или композитные материалы, которые могут включать в себя ламинированные слои намотанных стекловолоконных нитей или других синтетических нитей, соединенные с помощью термореактивной или термопластичной смолы. Для герметизации сосуда в сосуде под давлением обычно обеспечена футеровка или камера, служащая в качестве барьера, непроницаемого для текучей среды.

[0003] Как правило, сосуды под давлением имеют ограниченный срок службы, и желательно выводить сосуд под давлением из эксплуатации до того, как он выйдет из строя, поскольку повреждения могут быть катастрофическими и могут вызывать разрушения или аварии. Как циклическая усталость, так и статическая усталость (механическое разрушение) способствуют усталостной нагрузке и, следовательно, повреждению сосудов под давлением. Календарный срок службы сосуда под давлением или количество циклов усталостной нагрузки в определенном диапазоне давлений (например, от пустого сосуда до полного) широко используются для определения необходимости вывода сосуда из эксплуатации. Однако в некоторых областях диапазоны давлений и количество циклов для сосуда под давлением непостоянны и/или неизвестны. Кроме того, взаимосвязь между циклическим усталостным ресурсом и статическим усталостным ресурсом не очевидна. Влияние циклического изменения неизвестным образом объединяется с влиянием времени, в течение которого сосуд под давлением находится при максимальном давлении без циклического изменения.

[0004] Для оценки усталостного ресурса сосуда под давлением широко используются математические прогнозы срока службы. Для этого требуется подсчет и оценка количества циклов, а также последующая сортировка по средним уровням напряжений и диапазону напряжений. Эти циклы объединяют в эквивалентное количество циклов с полным диапазоном для оценки оставшегося срока службы сосуда. Затем необходимо определить, как можно объединить эту информацию со статической усталостью. Вычислению и оценке циклов присущи неопределенности в сочетании с влиянием циклов и в контексте общего и оставшегося срока службы сосуда под давлением.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение обеспечивает систему, включающую в себя сосуд под давлением, источник текучей среды, магистраль, соединенную с сосудом под давлением и источником текучей среды, устройство, датчик и контроллер. Устройство включает в себя трубу и вмещающую конструкцию. Труба имеет стенку трубы, причем труба выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с магистралью. Вмещающая конструкция включает в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы. Датчик выполнен с возможностью определения значения физического свойства в полости. Контроллер находится в сигнальном сообщении с датчиком и выполнен с возможностью обнаружения изменения значения.

[0006] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ прогнозирования предстоящего повреждения сосуда под давлением. Способ включает в себя этапы, на которых соединяют по текучей среде сосуд под давлением с источником текучей среды под давлением через магистраль и соединяют по текучей среде устройство с магистралью между сосудом под давлением и источником. Устройство включает в себя трубу и вмещающую конструкцию. Труба имеет стенку трубы, причем труба выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с магистралью. Вмещающая конструкция включает в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы. Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых определяют первое значение физического свойства в полости вмещающей конструкции, реализуют повреждение стенки трубы, которое позволяет текучей среде вытекать из внутренней области трубы в полость, определяют второе значение физического свойства в полости, и определяют разность между первым и вторым значениями.

[0007] Настоящее изобретение в различных сочетаниях в форме устройства или способа также может быть охарактеризовано следующими пунктами:

1. Система, включающая в себя:

сосуд под давлением;

источник текучей среды;

магистраль, соединенную с сосудом под давлением и источником текучей среды;

устройство, включающее в себя:

трубу, имеющую стенку трубы, причем труба выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с магистралью; и

вмещающую конструкцию, включающую в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы;

датчик, выполненный с возможностью определения значения физического свойства в полости; и

контроллер, находящийся в сигнальном сообщении с датчиком и выполненный с возможностью обнаружения изменения значения.

2. Система по пункту 1, в которой физическое свойство выбрано из группы, включающей в себя давление, температуру, акустическую эмиссию, проводимость, сопротивление, емкость, оптическое свойство и концентрацию веществ.

3. Система по любому из пунктов 1-2, дополнительно включающая в себя индикатор, находящийся в сигнальном сообщении с контроллером.

4. Система по любому из пунктов 1-3, дополнительно включающая в себя клапан, расположенный между источником текучей среды и сосудом под давлением.

5. Система по пункту 4, в которой клапан находится в сигнальном сообщении с контроллером.

6. Система по любому из пунктов 1-5, дополнительно включающая в себя слабое место, расположенное на участке стенки трубы и выполненное так, чтобы стенка трубы разрушалась в слабом месте, позволяя текучей среде вытекать из внутренней области трубы в полость вмещающей конструкции.

7. Способ прогнозирования предстоящего повреждения сосуда под давлением, причем способ включает в себя этапы, на которых:

соединяют по текучей среде сосуд под давлением с источником текучей среды под давлением через магистраль;

соединяют по текучей среде устройство с магистралью между сосудом под давлением и источником, причем устройство включает в себя:

трубу, имеющую стенку трубы, причем труба выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с магистралью; и

вмещающую конструкцию, включающую в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы;

определяют первое значение физического свойства в полости вмещающей конструкции;

реализуют повреждение стенки трубы, которое позволяет текучей среде вытекать из внутренней области трубы в полость;

определяют второе значение физического свойства в полости; и

определяют разность между первым и вторым значениями.

8. Способ по пункту 7, дополнительно включающий в себя этап, на котором определяют, превышает ли разность заданное пороговое значение разности.

9. Способ по пункту 8, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:

определяют, что разность превышает заданное пороговое значение разности; и

передают сигнал пользователю.

10. Способ по любому из пунктов 8-9, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:

определяют, что разность превышает заданное пороговое значение разности; и

закрывают клапан между источником и сосудом под давлением.

11. Способ по пункту 10, в котором закрытие клапана автоматически выполняется контроллером.

12. Способ по любому из пунктов 7-11, в котором физическое свойство выбрано из группы, включающей в себя давление, температуру, акустическую эмиссию, проводимость, сопротивление, емкость, оптическое свойство и концентрацию веществ.

13. Способ по любому из пунктов 7-12, дополнительно включающий в себя этап, на котором калибруют повреждение стенки трубы так, чтобы оно происходило при заданном процентном соотношении от расчетного срока службы сосуда под давлением.

[0008] Данный раздел обеспечен для упрощенного введения понятий, которые дополнительно описаны ниже в Подробном описании. Данный раздел не предназначен для определения ключевых признаков или существенных признаков раскрытого или заявленного изобретения и не предназначен для описания каждого раскрытого варианта выполнения или каждой реализации раскрытого или заявленного изобретения. В частности, признаки, раскрытые в отношении одного варианта выполнения, могут быть в равной степени применены к другим вариантам выполнения. Кроме того, данный раздел не предназначен для использования при определении объема заявленного изобретения. Многие другие новые преимущества, признаки и соотношения станут очевидными при ознакомлении с описанием. Нижеследующие чертежи и описание более конкретно раскрывают иллюстративные варианты выполнения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Раскрытое изобретение будет дополнительно объяснено со ссылкой на приложенные чертежи, на которых одинаковые структурные или системные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на разных видах.

[0010] Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид примерной системы, включающей в себя сосуд под давлением и примерное предохранительное устройство, последовательно соединенные с источником текучей среды.

[0011] Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе примерного предохранительного устройства.

[0012] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе в разрезе, взятом вдоль линии 3-3, показанной на Фиг. 2, предохранительного устройства.

[0013] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе в разрезе второго примерного варианта выполнения трубы предохранительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

[0014] Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе в разрезе третьего примерного варианта выполнения трубы, используемого в раскрытом предохранительном устройстве.

[0015] Фиг. 6 представляет собой вид в перспективе в разрезе четвертого примерного варианта выполнения трубы для использования в раскрытом предохранительном устройстве.

[0016] Хотя на вышеописанных фигурах показаны один или более вариантов выполнения раскрытого изобретения, также предусмотрены другие варианты выполнения, изложенные в описании. Во всех случаях описание представляет раскрытое изобретение путем иллюстрации, а не ограничения. Следует понимать, что специалистами в данной области техники может быть разработано множество других модификаций и вариантов выполнения, которые находятся в пределах объема и сущности принципов настоящего изобретения.

[0017] Фигуры могут быть изображены не в масштабе. В частности, некоторые элементы могут быть увеличены по сравнению с другими элементами в целях наглядности. Кроме того, при использовании выражений, таких как выше, ниже, над, под, верхний, нижний, боковой, правый, левый и т.д., следует понимать, что они используются только для облегчения понимания описания. Предполагается, что конструкции могут быть ориентированы иным образом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0018] В описании определена необходимость прогнозирования повреждения сосуда, что позволяет заблаговременно выводить сосуд из эксплуатации до того, как он выйдет из строя. В примерном варианте выполнения предохранительное устройство расположено вдоль потока текучей среды, например, вдоль линии потока в сосуд под давлением или из него. В целях безопасности предохранительное устройство выполнено с возможностью указания максимально допустимой нагрузки цикла. В одном варианте выполнения предохранительное устройство включает в себя вмещающую полость и небольшую трубу, которая заглублена или обработано так, чтобы она имела слабое место, например, выемку или углубление на участке трубы, который проходит через вмещающую полость. В другом варианте выполнения предохранительное устройство включает в себя трубу, выполненный из такого материала и/или имеющий такую конструкцию, чтобы он выходил из строя до ожидаемого повреждения присоединенного сосуда под давлением. Текучая среда течет в сосуд под давлением или из него по трубе. После воздействия максимально допустимой нагрузки цикла напряжения, вызванные циклическим изменением давления, вызывают повреждение трубы, например, в слабом месте. При повреждении трубы текучая среда выходит в вмещающую полость до тех пор, пока физическое свойство, например, внутреннее давление в полости, не будет соответствовать давлению в трубе. Повышенное давление в полости может быть использовано для срабатывания предупреждения, указывающего, что достигнута максимальная нагрузка цикла. Кроме того, в целях безопасности утечка может перенаправляться в вентиляционную систему. Соответственно, раскрытые системы и способы позволяют пользователю прогнозировать предстоящее повреждение присоединенного сосуда под давлением. В примерном варианте выполнения предохранительное устройство откалибровано так, чтобы оно выходило из строя при заданном процентном соотношении от срока службы сосуда под давлением.

[0019] Фиг. 1 показывает схематическую иллюстрацию примерного варианта выполнения системы 10 индикации повреждения сосуда под давлением, которая включает в себя сосуд 12 под давлением, соединенный (например, по текучей среде) с трубой, например, с магистралью 14 источника. Магистраль 14 источника может представлять собой, например, металлический и/или полимерный трубопровод. Сосуд 12 под давлением выполнен с возможностью хранения жидкой или газообразной текучей среды под давлением и имеет металлическую и/или композитную конструкцию. Подходящие металлы включают в себя, например, нержавеющую сталь и никелевые сплавы. Подходящие композитные материалы включают в себя, например, стекловолокно или углеродное волокно. Магистраль 14 источника обеспечивает сообщение по текучей среде сосуда 12 под давлением с источником 16 текучей среды под давлением, обеспечивающим текучую среду, которая заполняет сосуд 12 под давлением. На магистрали 14 источника между источником 16 текучей среды и сосудом 12 под давлением расположен клапан 34. Когда клапан 34 открыт, сосуд 12 под давлением и источник 16 текучей среды находятся в сообщении по текучей среде. С другой стороны, когда клапан 34 закрыт, между источником 16 текучей среды и сосудом 12 под давлением отсутствует сообщение по текучей среде.

[0020] В проиллюстрированном варианте выполнения предохранительное устройство 18 последовательно соединено с сосудом 12 под давлением относительно источника 16. Однако также возможно другое расположение. Как правило, сосуд 12 под давлением соединен с магистралью 14 через штуцер 13 сосуда 12 под давлением, однако может быть использован любой соединительный механизм, который обеспечивает контролируемый поток текучей среды в магистраль 14 и в сосуд 12 под давлением или из него. Подробная информация, касающаяся изготовления примерного сосуда 12 под давлением, раскрыта в патенте США № 4,838,971 под названием «Filament Winding Process and Apparatus» и в патенте США № 4,369,894 под названием «Filament Wound Vessels», которые включены в настоящий документ путем ссылки.

[0021] В примерном варианте выполнения системы 10 устройство, например, предохранительное устройство 18, может иметь заданное время наработки до отказа (например, предполагаемый срок службы), которое меньше ожидаемого времени наработки до отказа сосуда 12 под давлением на величину, которая позволяет предохранительному устройству 18 сигнализировать о предстоящем повреждении сосуда 12 под давлением. Ожидаемый срок службы сосуда 12 под давлением может определяться количеством циклов давления и/или временем нахождения при одном или более статических давлениях, например, до того, как структурная целостность сосуда 12 под давлением не ухудшится настолько, чтобы стать причиной повреждения.

[0022] Как показано на Фиг. 3, примерный вариант выполнения предохранительного устройства 18 включает в себя трубу 36a, выполненную с возможностью сообщения по текучей среде с магистралью 14, так что текучая среда, текущая по магистрали 14, также течет по трубе 36a. Хотя на Фиг. 3-5 труба 36 проиллюстрирована в виде цилиндрической трубы, предполагается, что также могут быть использованы другие формы трубы. В примерном варианте выполнения труба 36a имеет стенку 44a трубы. На стенке 44a трубы может быть обеспечено по меньшей мере одно слабое место 20, например, выемка или углубление. Таким образом, механическое повреждение сначала возникает в слабом месте 20, прежде чем это произойдет в другом месте предохранительного устройства 18. В примерном варианте выполнения слабое место 20 заглублено или обработано в трубе 36 на точную глубину в металлической стенке 44a трубы. Слабое место 20 откалибровано так, чтобы стенка 44a трубы разрушалась до выхода из строя сосуда 12 под давлением, например, при заданном процентном соотношении от срока службы сосуда под давлением. Предполагается, что может быть обеспечено любое слабое место 20, например, область стенки 44a трубы, имеющая другую толщину, состав, структуру, подверженность коррозии или другие свойства, делающие слабое место более подверженным разрушению, чем остальная часть предохранительного устройства 18.

[0023] В предохранительном устройстве 18, на предохранительном устройстве или в соединении с предохранительным устройством 18 могут быть обеспечены один или более датчиков 24, выполненных с возможностью обнаружения одного или более свойств предохранительного устройства 18. Например, датчик 24 может быть выполнен с возможностью обнаружения одного или более физических свойств предохранительного устройства 18, например, температуры, давления, акустической эмиссии, проводимости или любого другого индикатора повреждения стенки 44a трубы, например, в слабом месте 20. Датчик 24 может быть соединен с контроллером 26 по каналу 32 передачи сигналов.

[0024] Для простоты описания будет сделана ссылка на компьютерный контроллер 26, который может включать в себя, например, известные процессоры, микропроцессоры, микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры (PLC). В примерном варианте выполнения контроллер 26 запускает программное обеспечение и тем самым связывается с внешними устройствами, например, с датчиком 24, индикатором 28, клапаном 34 и любыми другими внешними устройствами, по каналу 32 передачи сигналов. В примерном варианте выполнения такая передача сигналов может быть реализована посредством интерфейсов (не показаны), например, с использованием стандартного протокола RS-485/Modbus, с помощью средств проводной и/или беспроводной связи.

[0025] Контроллер 26 принимает сигнал от датчика 24 в отношении одного или более измеренных значений физического свойства и запускает программное обеспечение (не показано) для определения, произошло ли повреждение трубы 36, в зависимости от измеренного значения (значений). В примерном варианте выполнения один или оба из индикатора 28 и клапана 34 находятся в сигнальном сообщении с контроллером 26 по каналу 32 передачи сигналов. Контроллер 26 выполнен с возможностью ответа на повреждение магистрали 14 источника, например, путем срабатывания индикатора 28 для передачи сигнала пользователю и/или вывода сосуда 12 под давлением из эксплуатации. В одном примере срабатывание индикатора 28 включает в себя передачу сигнала от контроллера 26 для приведения в действие видимого и/или слышимого сигнала или предупреждения пользователей о повреждении магистрали 14 источника на трубе 36. В другом примере вывод сосуда 12 под давлением из эксплуатации включает в себя отсоединение сосуда 12 под давлением от источника 16 текучей среды, например, путем передачи сигнала от контроллера 26 для автоматического закрытия клапана 34 между сосудом 12 под давлением и источником 16 текучей среды, что приводит к остановке потока текучей среды между источником 16 текучей среды и сосудом 12 под давлением. В дополнение или альтернативно сосуд 12 под давлением может быть вручную демонтирован или иным образом выведен из эксплуатации до или после предупреждения о повреждении для последующего осмотра.

[0026] Обратимся к Фиг. 2 и 3, в некоторых вариантах выполнения предохранительное устройство 18 выполнено за одно целое с магистралью 14 источника. В других вариантах выполнения предохранительное устройство 18 выполнено в виде отдельного элемента, который может быть соединен с участками магистрали 14 источника, например, на крепежных элементах 22, которые в примерном варианте выполнения включают в себя гайки и шайбы, прикрепленные к валу 30 с помощью резьбового соединения. Как показано на Фиг. 3, в примерном варианте выполнения предохранительное устройство 18 включает в себя трубу 36a, имеющую слабое место 20, образованное на стенке 44a трубы. Газ, текущий по магистрали 14 источника, также течет по трубе 36a. Конфигурация слабого места 20 и материал трубы 36a откалиброваны так, чтобы труба 36a разрушалась в слабом месте 20 при заданной нагрузке цикла давления в магистрали 14 источника, причем такую заданную нагрузку цикла давления рассчитывают таким образом, чтобы она отражала ожидаемый срок службы сосуда 12 под давлением, соединенный с магистралью 14 источника. При повреждении трубы 36a в слабом месте 20 газ, текущий по магистрали 14 источника, выходит из трубы 36a в полость 38 вмещающей конструкции 40. Как показано на Фиг. 1 и 2, датчик 24 соединен с полостью 38 предохранительного устройства 18, например, путем присоединения на отверстии 42, для определения одного или более значений физических свойств в полости 38. Хотя проиллюстрирована конкретная конфигурация вмещающей конструкции 40, предполагается, что вмещающая конструкция 40 может отличаться от проиллюстрированного варианта выполнения по размеру и форме. Однако, независимо от конфигурации вмещающей конструкции 40, в результате разрушения трубы 36a, например, в слабом месте 20, между магистралью 14 источника и полостью 38 обеспечивается сообщение по текучей среде. Хотя на Фиг. 2 и 3 показано, что вмещающая конструкция 40 открыта на отверстии 42, в примерном варианте выполнения датчик 24 прикреплен к предохранительному устройству 18 на отверстии 42, например, с помощью соединителя или другого известного средства соединения.

[0027] В примерном варианте выполнения «повреждение» трубы 36 включает в себя его разрыв или меньшее повреждение, которое приводит к утечке текучей среды, превышающей пороговое значение. Такое пороговое значение может быть задано пользователем и/или определено программным обеспечением, выполняемым контроллером 26, которое учитывает факторы, включающие в себя, например, измеренные физические свойства, значения которых определяются одним или более датчиками 24. Датчик 24 выполнен с возможностью определения значения физического свойства в полости 38. Примерные значения физических свойств включают в себя, например, показания температуры, значение давления, значение проводимости, длину волны или частоту акустической эмиссии, значение электрической емкости или сопротивления, оптическое значение и процентное содержание веществ. Контроллер 26 находится в сигнальном сообщении с датчиком 24 по каналу 32 передачи сигналов. Контроллер 26 принимает множество показаний от датчика 24, например, с заданными интервалами, и выполнен с возможностью обнаружения изменения значений, определенных датчиком 24.

[0028] В одном примере текучая среда под давлением в системе 10 представляет собой криогенную текучую среду. Датчик 24 возвращает первое значение температуры в полости 38 и второе значение температуры в полости 38. Контроллер 26 вычисляет разность между первым и вторым значениями. Контроллер 26 может запускать программное обеспечение или может быть иным образом запрограммирован с возможностью определения, что произошел разрыв стенки 44a трубы в слабом месте 20, если разность превышает заданное пороговое значение разности. В другом способе, еще более простом, контроллер 26 может определять, что произошло повреждение на предохранительном устройстве 18, если какое-либо из измеренных значений температуры ниже или выше заданных одного или более пороговых значений температуры.

[0029] В другом примере, если текучая среда под давлением в системе 10 представляет собой водород, контроллер 26 может определять, что произошло повреждения магистрали 14 источника, если датчик 24 возвращает значение концентрации водорода в полости 38 вмещающей конструкции 40, превышающее заданное пороговое значение концентрации водорода, или если разность значений концентрации вещества превышает заданное пороговое значение разности. В еще одном варианте выполнения контроллер 26 может определять, что произошло повреждение магистрали 14 источника, если датчик 24 возвращает значение давления газа в полости 38 вмещающей конструкции 40, превышающее заданное пороговое значение давления, или если разность измеренных значений давления превышает заданное пороговое значение разности. Программное обеспечение, выполняемое контроллером 26, также может быть запрограммировано с возможностью учета любого сочетания значений физических свойств, возвращаемых датчиками 24, для определения, произошло ли повреждение магистрали 14 источника.

[0030] Фиг. 4-6 иллюстрируют примерные варианты выполнения других конфигураций трубы 36, которые могут быть использованы в предохранительном устройстве 18. Как показано на Фиг. 4, в примерном варианте выполнения труба 36b включает в себя стенку 44b трубы, которая может быть выполнена из некоторого материала, например, из полимера. Поверхностный слой 46, окружающий стенку 44b трубы, может быть выполнен из композитного материала из намотанных нитей, который может быть подобен по составу и структуре материалу композитной оболочки сосуда 12 под давлением. Поверхностный слой 46 имеет состав и/или структуру, обеспечивающие его разрушение до ожидаемого повреждения сосуда 12 под давлением. В отличие от трубы 36a, показанной на Фиг. 3, труба 36b, показанная на Фиг. 4, не имеет отдельного слабого места, а может разрушаться в любом месте вдоль стенки 44b трубы и/или поверхностного слоя 46. Соответственно, вмещающая конструкция 40 для использования с трубой 36b может включать в себя большую полость 38, которая охватывает все участки трубы 36b между крепежными элементами 22. Труба 36b, показанная на Фиг. 4, может быть наиболее полезна для прогнозирования предела статической усталости на композитной оболочке сосуда 12 под давлением. В отличие от этого, труба 36a, показанная на Фиг. 3, имеющая отдельное, механически обработанное слабое место 20 на стенке 44a трубы, может быть наиболее полезна для прогнозирования повреждения с точки зрения заданного количества циклов повышения давления.

[0031] Труба 36c, показанная на Фиг. 5, объединяет признаки трубы 36a, показанной на Фиг. 3, и трубы 36b, показанногй на Фиг. 4. В примерном варианте выполнения вмещающая конструкция 40 для использования с трубой 36b может включать в себя полость 38a, которая окружает всю трубу 36c между внешними крепежными элементами 22. Ожидается, что во время использования стенка 44b трубы будет разрушаться при достижении предела статической усталости поверхностного слоя 46, который откалиброван так, чтобы разрушаться до момента повреждения композитной оболочки сосуда 12 под давлением. Кроме того, ожидается, что стенка 44a трубы будет разрушаться в слабом месте 20, если стенка 44a трубы испытала заданное количество циклов повышения давления. Таким образом, комбинированная труба 36c эффективна для защиты сосуда 12 под давлением в отношении ожидаемых пределов статической усталости и количества циклов повышения давления.

[0032] Как показано на Фиг. 6, труба 36d подобна по конструкции трубе 36b, показанной на Фиг. 4. Однако конструктивная форма стенки 44c трубы и поверхностного слоя 46c не ограничивается трубчатыми конструкциями, показанными на Фиг. 3-5. Наоборот, как показано на Фиг. 6, труба 36d может иметь сферическую геометрию. Кроме того, предполагается, что могут быть использованы трубы 36, имеющие другие геометрические конфигурации, и настоящее изобретение не ограничивается конкретными проиллюстрированными вариантами выполнения. Кроме того, как и на Фиг. 5, труба 36d, показанная на Фиг. 6, также может быть объединена с устройством прогнозирования циклов давления, подобным стенке 44a трубы со слабым местом 20, обеспеченным в ней. Как и в случае других рассмотренных вариантов выполнения, предполагается, что вмещающая конструкция 40 может окружать трубу 36d и может быть оснащена другими компонентами, например, датчиком 24, контроллером 26, индикатором 28 и каналом 32 передачи сигналов, как рассмотрено выше.

[0033] В некоторых вариантах выполнения геометрия трубы 36 может использоваться для создания мест повреждения при напряжении в стенке 44c трубы и/или поверхностном слое 46c, которые работают подобно слабому месту 20 стенки 44a трубы.

[0034] Хотя раскрытые предохранительные устройства 18, имеющие разные трубы 36, описаны как включающие в себя вмещающую конструкцию 40, выполненную с возможностью работы, как описано со ссылкой на систему 10 индикации повреждений, показанную на Фиг. 1, также предполагается, что раскрытые трубы 36 дополнительно или альтернативно могут находиться в сообщении по текучей среде с вентиляционной системой. Такая вентиляционная система может безопасным и управляемым образом высвобождать текучую среду под давлением из сосуда 12 под давлением и/или источника 16 текучей среды для предотвращения неконтролируемого высвобождения текучей среды или разрыва сосуда под давлением.

[0035] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на несколько вариантов выполнения, специалистам в данной области техники будет понятно, что в форму и содержание могут быть внесены изменения без отклонения от объема изобретения. Кроме того, любой признак, раскрытый в отношении одного варианта выполнения, может быть включен в другой вариант выполнения, и наоборот.

Система (10) и способ прогнозирования предстоящего повреждения сосуда(12) под давлением включают в себя сосуд (12) под давлением, источник (16) текучей среды, магистраль (14), соединенную с сосудом (12) под давлением и источником (16) текучей среды, устройство (18), датчик (24) и контроллер (26). Устройство (18) включает в себя трубу (36) и вмещающую конструкцию (40). Вмещающая конструкция (40) включает в себя полость (38), отделенную от внутренней области трубы (36) участком стенки (44) трубы (36). Датчик (24) выполнен с возможностью определения значения физического свойства в полости (38). Контроллер (26) находится в сигнальном сообщении с датчиком (24) и выполнен с возможностью обнаружения изменения значения. Способ включает в себя этапы, на которых определяют первое значение физического свойства в полости (38), реализуют повреждение стенки (44) трубы, определяют второе значение физического свойства в полости (38) и определяют разность между первым и вторым значениями. Технический результат – повышение безопасности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система прогнозирования предстоящего повреждения сосуда под давлением, включающая в себя:

сосуд под давлением;

источник текучей среды;

магистраль, соединенную с сосудом под давлением и источником текучей среды, причем текучая среда под давлением протекает через магистраль;

устройство, включающее в себя:

трубу, присоединенную к линии так, чтобы текучая среда под давлением протекала через трубу между сосудом под давлением и источником текучей среды, причем труба имеет стенку, которая подвергается циклическому изменению давления сосуда под давлением; и

вмещающую конструкцию, включающую в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы; и

слабое место участка стенки трубы, выполненное так, чтобы циклическое изменение давления вызывало разрушение стенки трубы в этом слабом месте, позволяя текучей среде под давлением вытекать из внутренней области трубы в полость вмещающей конструкции;

датчик, выполненный с возможностью определения значения физического свойства в полости; и

контроллер, находящийся в сигнальном сообщении с датчиком и выполненный с возможностью обнаружения изменения значения.

2. Система по п. 1, в которой физическое свойство выбрано из группы, включающей в себя давление, температуру, акустическую эмиссию, проводимость, сопротивление, емкость, оптическое свойство и концентрацию вещества.

3. Система по п. 1 или 2, дополнительно включающая в себя индикатор, находящийся в сигнальном сообщении с контроллером.

4. Система по п. 1 или 2, дополнительно включающая в себя клапан, расположенный между источником текучей среды и сосудом под давлением.

5. Система по п. 4, в которой клапан находится в сигнальном сообщении с контроллером.

6. Система по п. 1 или 2, в которой слабое место представляет собой отдельную структуру, расположенную на участке стенки трубы.

7. Способ прогнозирования предстоящего повреждения сосуда под давлением, причем способ включает в себя этапы, на которых:

соединяют по текучей среде сосуд под давлением с источником текучей среды под давлением через магистраль;

соединяют по текучей среде устройство с магистралью между сосудом под давлением и источником, причем устройство включает в себя:

трубу, имеющую стенку, причем труба выполнена с возможностью соединения по текучей среде с магистралью; и

вмещающую конструкцию, включающую в себя полость, отделенную от внутренней области трубы участком стенки трубы;

определяют первое значение физического свойства в полости вмещающей конструкции;

реализуют повреждение стенки трубы, которое позволяет текучей среде вытекать из внутренней области трубы в полость;

определяют второе значение физического свойства в полости; и

определяют разность между первым и вторым значениями.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя этап, на котором определяют, превышает ли разность заданное пороговое значение разности.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:

определяют, что разность превышает заданное пороговое значение разности; и

передают сигнал пользователю.

10. Способ по п. 8 или 9, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:

определяют, что разность превышает заданное пороговое значение разности; и

закрывают клапан между источником и сосудом под давлением.

11. Способ по п. 10, в котором закрытие клапана автоматически выполняется контроллером.

12. Способ по любому из пп. 7-9, в котором физическое свойство выбрано из группы, включающей в себя давление, температуру, акустическую эмиссию, проводимость, сопротивление, емкость, оптическое свойство и концентрацию вещества.

13. Способ по любому из пп. 7-9, дополнительно включающий в себя этап, на котором калибруют повреждение стенки трубы так, чтобы оно происходило при заданном процентном соотношении от расчетного срока службы сосуда под давлением.