(54) УСТРОЙСТВО Для КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ ТРУБОПРОВОдаОГО ТРАНСПОРТА
I
Изобретение относится к области тру бопроводного транспорта, а именно к уст ройствам для контроля и регулирования установки трубопроводного транспорта и может быть использовано в горной и горнорудной фомышленности, на горнообогатительных комбинатах, в системах магистрального (дальнего) гидротранспорта сыпучих и кусковых материалов концентратов и отходов производства, золсь. удалення на электростанциях, а также в разветвленных системах коммунального хозяйства для транспорта отходов в потоке сточной жидкости.
Известно устройство для автоматического пуска и контроля пускового режима углесосов гидротранспортных трубопроводов, включающее датчики температзфы подшипников и корпуса и датчик давления воздуха в корпусе двигателя углесоса, датчики уровня в зумпфе, датчики давления смазки и уплотнительной жидкости, подшипников углесосов, датчики давления в напорном трубопроводе,
цевые выключатели от1фытия н закрытия задвижек на всасывающем и напорном трубопроводах, связанные через контакты исполнительных реЛе с входными цепями блока сигнализации к разрешающими и исполнительными цепями программного устройства (реле времени), контакты которого включены во входные цепи пусковых устройств исполнительного механизма регулирующего шибера и дви10гателей углесосов. Известное устройство обеспечивает автоматический пуск углесосных агрегатов только на промытый трубопровод, или при работе на воде, при наличии всех разрешающих и испол«5нительных сигналов, характеризующих нормальные режимы двигателя и углесосного агрегата, .а также контроль состояния их в пусковом режиме Г 11 .
to
Однако эти устройства не обеспечивают регулирования пускового режима гидротранспортного трубопровода и не обеспечивают выявления и гфедупреждения закупорок в опасных зонах гидротран- спортного трубопровода. Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для конхроля и управления насосной установкой гидротранспортной системы, содержащее установленный ва трубопроводе датчик расхода, блоки моделирования, элементы сравнения, пороговые бло ки, анализирующий блок, блок сигнализацин, исполнительный механизм регулирующего органа и пусковые аппараты насосных агрегатов, причем вход каждого блока моделирования соединен с датчико . расхода, а выход - с одним из входов первого, второго и третьего элементов сравнения, выход каждого из которых через пороговый блок соединей с анализирующим блоком, к которому подключен блок сигнализации и один из входов исполнительного механизма регулирующего органа f2j . Данное устройство не обеспечивает надежного процесса пуска гидротранспор ной установки, выхода ее в рабочий режим, поскольку информация о пусковом режиме не вырабатывается; в процессе .пуска не обеспечивает выявления и предупреждения закупорок в опасных зонах в виде перегибов, подъемов, поворотов и т.п., в которых возможно скопление твердого материала из-за сползания час тиц, поворотов потока и т.п., не обес печйвает выработки селективной информа ции, характеризующей местх возможной закупорки. Цель изобретения - повьЕиение надеж ности. Цель достигается тем, что устройств снабжено программным блоком, датчикам перепада давления, один из которых уст новлен на начальном участке трубопровода, другой на участке трубопровода, в котором имеет место сопротивление движению, а третий - на промежуточном участке, при этом вьосоды первого и тре тьего датчиков и выход четвертого элемента сравнения подключены к вторым входам первого, второго и третьего эле ментов сравнения, вь1ходы третьего и второго датчиков подключены к входам четвертого элемента сравнения, а программный блок соединен с вторым вхоДом исполнительного механизма регулирующего органа На чертеже представлена функциональ ная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчик 1 расхо {скорости), установленный в начале тру 92 4 бопровода 2, датчики 3, 4 и 5 перепада давления, установленные на трубопроводе 2 соответственно на начальном участке длиной 2, . , промежуточно участке длинойЕ. . и на участке, в котором имеет место сопротивление движению, длиной tf. в виде местного сопротивления, перегибов, подъемов, поворотов и т.п. Выход датчика 1 подключен к входу блока 6 моделирования начального пускового перепада, моделирующего зависимость перепада давления на начальном участке-, длиной скорости гидросмеси в пусковом ре жиме, а также к входам блока 7 моделирования промежуточного пускового перепада и блока 8 моделирования допустимого отклонения пускового перепада, модулирующих соответственно зависимость перепада давления на промежуточт ом участке длиной и на участке с местными сопротивлениями и длиной С о скорости Гидросмеси в нормальном пуско Бом режиме. Выходы блоков 6, 7 и 8 подк:лючены к одним входам элементов сравнения 9, 10 н 11, к другим входам которых пошслючены соответственно выходы датчиков 3 и 4 перепада давления и выход элемента 12 сравнения, входы которого подключены к выходам датчиков 4 и 5 перепада Давления. Элементы 9, 10 и 11 сравнения своими выходами через соответствующие ка налы пороговьрс блоков 13, преобразующих сигналы оттслонения в сигналы логического уровня О или 1, подключены к входам анализирующего блока 14 управления, формирующего управляющие воздействия и информационные сигналы селективного контроля в зависимости от комбинации логических сигналов на входах. Блок 14 управления одним выходом подключен к входу блока сигнализации 15, а другим - к дополнительному входу исполнительного механизма 16, первый вход которого подключен к соответствующему выходу программного блока 17 (реле времени) пуска насосов, а выход - к регулирующему органу 18 (регулируемая заслонка или клапан-задвижка, установленному на обводной ветви 19 для отвода потока обратно в приемный зумпф 20, пуска насосов вхолостую и регулирования скорости (расхода) гидросмеси в трубопроводе 2 в пусковом режиме. Второй выход программного бло j подключен к пусковым аппаратам 21 и 22 электродвигателей группы насоевых агрегатов, состоящей из последовательно подключенных центробежного 23 (подпорного) и поршневого 24 насосов. Предлагаемое устройство пригодно дл автоматического контроля и регулирования пусковых режимов как поршневых, так и центробежных насосов. В случае центробежных насосов исполнительный механизм 16 выходом связан с входом регулирующего органа 25 {управляемая заслонка ), установленного на напорном трубопроводе 2, а второй выход программного блока 17 - с входом пускового аппарата 26 двигателя центроОежного насоса 27 {на чертеже показан пунктиром). При наличии регулируемого привода управляющий выход блока 14 управления соед шяется непосредственно с управляю щими входами аппаратуры управления пр вода для регулирования подачи насосов. Реализация узлов предлагаемого уст ройства, кроме типовой аппаратуры пуоковой автоматики, датчиков расхода и перепада давления, выполнена на микросхемах серии К 140 и К 155. Так, элементы сравнения 9, 10, 11 и 12 выполнены на операционных усилителях {ОУ) К 1УТ401Б. Блоки 6, 7 и 8 соответственно базового, контрольного и допустимого отключения перепада давления на участках трубопровода выполнены по типовой схеме, реализованной на ОУ К1УТ4О1Б, в целях обратной связи которых использованы диодные функциональные преобразователи, построенные на диодах типа Д2Б. Точность воспроизведения моделями реальных характеристик порядка 1,5-2%. Блоки 13 представляют собой амплитудные дискриминаторы с регулируемым порогом сраб атьюания и построены на ОУ К1УТ4О1Б и диодах Д2Б. Блок 14 управления пос троен по схеме комбинационного автомата на логических элементах серии К 155 и имеет три управляющих логи- ческих входа, вход подготовки к работе и два логических выхода, которые сопрягаются через RS-триггеры с выходны цепями блока сигнализации 15 и исполнительного механизма 16. Устройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается на насосной (углесосной) станции, где сопрягается через согласующие входные элементы с соответствующими узлами аппаратуры пусковой автоматики. Работа устройства по регулированию пускового режима и его контроля заключается в следующем. После проверки наличия разрешающих i и исполнительных сигналов на первом выходе программного блока 17 появляется сигнал-команда, поступающая на соответствующий вход исполнительного механизма 16. По этой команде исполнительный механизм 16, включаясь, открывает заслонку 18 обводной ветви 19. При полном открытии регулирующим органом 18 заслонки и срабатывании концевого выключателя, контролирующего полное открытие заслонки, на втором выходе программного блока 17 появляется новый сигнал-команда, которая поступает на входы пусковых аппаратов 21 и 22, для включения последовательно во времени приводов центробежного 23 и поршневого 24 насосов, р задержкой на время выбега группы насосных агрегатов на первом выходе программного блока 17 вновь появляется сигнал-команда, по которой Исполнительный механизм 16 воздействует на регулирующий орган 18, медленно закрывая заслонку, перекрывающую обводную ветвь 19, тем самым плавно увеличивая скорость потока в гидротранспортном трубопроводе 2. В случае применения только центробежных насосов указанная последовательность сигналов-команд с первого выхода программного блока 17 через исполнитель ный механим 16 воздействет на регулирующий орган 25, сначала закрывая, а после выбега, открывая заслонку, а сиг--, нал-команда со второго выхода программного блока поступает на вход пускового аппарата 26 для включения двигателя центробеншого насоса 27 (на чертеже показано пунктиром). При медленном нарастании скорости в трубопроводе 2 на выходе датчика 1 появляется сигнал, пропорциональный значению скорости (расхода), гидросмеси, появляющейся из-за раздутия (упругой деформации сечения) трубопровода сначала в начальном участке. Этот сигнал поступает на вход блока 6 базового пускового перепада, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный перепаду Давления на начальном участке для данного расхода в нормальном пусковом режиме. Сигнал модельного начального пускового перепада РИМ поступает на один из входов элементов сравнения.9, где сравнивается с сигналом действительного пускового перепада Рц , поступающим на другой его вход с выхода датчика 3, установленного на начальном участке длиной РН По этим
79
сигналам на выходе элемента сравнения 9 формируется сигнал отклонения АРц, пропорциональный разности между действительным перепадом Ру, и модельным перепадом имеющимся при данном расходе Q , т.е., ДРц отклонении дРц, превышающем значение (ГРн порога срабатывания соответствующего канала блока 13, т.е. ЛР} /сГРн на его выходе формируется логический сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 14 управления, изменяя тем самым комбинацию входных сигналов на его входах. По этой комбинации в блоке 14 выявляется причина отклонения пускового Перепада от нормального при пусковом режимвследствие чего на управляющем выходе блок 14 формирует сигнал-команду, поступающую на дополнительный вход неполнительного механизма 16, который, воздействуя на регулирующий орган 18 j прекращает прикрытия заслонки и увеличение скорости в трубопроводе 2. Одновременно на информационном выходе бло ка 14 появляется сигнал, который подается в блок сигнализации 15 (либо диспетчеру), индицирующий место и причину отклонения пускового режима от нормального: недопустимое превышение перепада на начальном участке.
Вследствие медленной фильтрации жидкости в осевшем слое твердого мате риала, рассасывания, размыва и уноса частиц осадка перепад давления Р{ на начальном участке снижается, что вызывает уменьшение сигнала с выхода дат чика 3 и сигнала отклонения Ь на выходе эпемента сравнения 9, При достижении значения лРу меньше порога cf Рц срабатывания соответствующего канала блока 13, т.е. , последний отключается, вновь из-меняя комбинацию входных сигналов блока 14 управления, который снимает команду запрета иопоянитепьному механизг у 16 на увеличение скорости в трубопроводе 2 и сигнализацию гфичйны отклонения режима пуска. Исполнительный механизм 16 под действием сохранившейся на первом выходе программного блока 17 команды будь т продолжать перекрытие регулирующим органом 18 обводной ветви 19 до достижения нормальной транспортной скорости в трубопроводе 2 и окончания процесса пуска. При этом на входах логического блока 14 управления будет действовать такая комбинация,сигналов, по которой на информационном выходе
блока 14 формируется сигнал в блок сигнализации 15 об окончании процесса пуска.
Однако использование только блока 6 моделирования начального пускового перепада не обеспечивает надежности пускового режима в случае трубопроводов большой протяженности, подвергающихся большой степени раздутия и работающих на разньж плотностях гидросмеси и при переменных величинах осадка по длине
трубопровода. Для обеспечения нормального пускового перепада по всей длине трубопровода (при отсутствии, опасных зон в виде местных сопротивлений) при разнь х плотностях гидросмеси на его участках служит блок 7 моделирования промежуточного пускового перепада, моделирующий перепад давления в нормальном пусковом режиме на промежуточном участке длиной 6- в зависимости от скорости.
Так, если плотность гидросмеси, на начальном участке трубопровода в 2 раза меньше, чем на промежуточном его участке, то при увеличении скорости гидросмеси в трубопроводе перепад давления Рц на начальном участке не превышает модельный гперепад РНМ, и исполнительный механизм 16; воздействуя через регулирующий орган 18, будет увеличивать скорость гидросмеси в транспортном трубопроводе, хотя, на промежуточном участке из-за повышенной плотности гидросмеси и местных условий действительньй перепад давления будет превышать модельный промежуточньЕй перепад Pprw вследствие чего появляется опасность развития закупорки на промежуточном участке. В этом случае по сигналу текущего расхода (скорости) от датчика 1, поступающего на вход блока 7 промежуточного перепада, на его выходе формируется Сигнал РПМ модельного промежуточного перепада, характеризующий нормальный пусковой режим промежуточного перепада пусковой режим промежуточного участка при данном расходе. Далее модельный игнал ррдд сравнивается в элементе сравнения Юс сигналом, пропорниональ ым действительному перепаду РП поступающему с выхода/датчика 4. При наичии отклонения сигнала Pf, от РИМ т.е. iP, : р -р„1д , превьпиающего порог рабатывания ()Рп(&Рп / Г{ оответствущего канала ока 13, аналогичным бразом, как и в первом случае, обрауется соответствующая комбинация сигалов на входе блока 14, по которой
формируется: сигнал-команда исполнительному механизму 16 на запрет увеличения скорости в трубопроводе 2 за счет прекращения прикрытия заслонки регулирующим органом 18 н информационный сигна в блок сигнализации 15 об отклс«ении режима пуска от нормального по причине недопустимого перепада давления и определенной степени развития критнчес--кого режима на промежуточном участке, хотя на начальном участке перепад давления может изменяться в пределах модельного (нормального).
Одновременно с описанной функцией выходной сигнал Рр от датчика 4 проме«уточного перепада давления, лимитируемого блоком 7 промежуточного перепада для нормального nycija, является опорным для случая регулирования процесса пуска при наличии на трассе трубопровода опасных зон, спусков, перегибов, обусловливающих сползание, скопление части, сгущение гидросмеси, увеличива Еощие местные сопротивления и являющиеся, как правило, причинами закупорок. При фильтрации и размыве местных сгущений перепад давления на учае-рках, включающих эти местные сопротивления, выше чем на горизонтальных участках. Поэтому при резком увепичеНИИ скорости гидросмеси, что особенно характерно для режима пуска, происходит спрессовьшание сгущений, превращающихся в пробку.
Для предупреждения в режиме пуска закупорок на опасных участках, включающих местные сопротивления, в предлагаемом устройстве используется блок 8 моделирования допустимого отклонения пускового перепада давления. В этом случае по сигналам с выходов датчика 4 перепада давления на про1 ежуточном (горизонтальном) участке, сигнал с которого Р в данном случае является опорным, и датчика 5 перепада-давле- ния PC на участке, включающем участие сопротивлений (например, в вида перегибов и подъема, как показано на чертеже), поступающих соответственно на первьгй и второй входы элемента сравнения 12, на его выходе формируется сигнал отклонения , пропорциональный действительной разности пусковых перепадов давления на промежуточном и опасном участках. Далее выходной сигнал ДРс выхода элемента сравнения 12 поступает на один из входов элемента сравнения 11, где сравнивается с сигналом ЬР модельной (допустимой) разности перепадов, поступающей на другой его вход и формирующейся на вь,1ходэ блока 8 допустимого откжження пускового перепада по сигналу от датчика 1 расхода. Если при плавном увеличений скорости гидросмеси в трубопроводе 2 сигнал от клонения действительной разности лР от модельной йРс , т.е.(Г1 ; р-дрр, станет выше допустимого значения порога CJ РПМ срабатывания ЛРс /сГРс;Соответствующегр канала блока 13, то по сформированной комбинации входных сигналов, бло 14 управления, как и в первых двух случаях, вьфабатывает команду запрета исполнительному механизму 16, который через регулирующий орган 18 прекращает увеличение скорости в трубопроводе 2 до размыва местного сгущения и уменьшения величины сигнала сГРе меньще tf Рслл T.e.cfPj.CcTPcii/v. Одновременно формируютс информационный сигнал в блоке 15 сигнализации о месте и степени развития критического режима в период пуска.
При использовании в технологической схеме только центробежных насосов, как показано на чертеже пунктиром, предлагаемое устройство работает аналогично, за исключением того, что по управляющим командам блока 14 исполнительный меха низм 16 прекращает открытие регулирующего органа 25 (дроссельной заслонки) напорного трубопровода 2. А в случае применения регулируемого Привода tio управляющим командам от блока 14 прекращается увеличение оборотов приводного двигателя и происходит их стабилизация на урошсе, достигнутом в момент поступления управляющей команды.
Таким образом, предлагаемое устройство реагирует на любые возможные ситуации нарушения режима пуска, обеспечивая надежный пуск и контроль пускового режима всего трубопровода с предупреждением развития закупорок и местах недопустимых повышений давления.
Использование иреапагв АК го устройства приводит к повышению надежности гидротранспортных трубопрдаодов, увел чивает производительность гищ)оустано« вок из-за ликвидации простоев по причине пуска, снижает количество поворотных включений насосных агрегатов и вследствие этого их износ, а также накапливающиеся последствия возможных при этом гидроударов, тем самым сокращает материальные и трудовые затраты на разбутовку трубопроводов при закупорках и на замену труб при порывах от повышения давления при закупорках.- Кроме того, 119 исключение закупорок трубопровода позволяет снизить дополнительные капитальные затраты на строительство больших резервуаров для технической воды, необходимой при длительных прок№шках трубопровода большой протяженности и подготовки его к пуску. Формула изобретения Устройство для контроля и регулирования установки трубопроводного транспЬрта, содержащее установленный на трубопроводе датчик расхода, блоки моделирования, элементы сравнения, пороговые блоки, анализирующий блок, блок сигнализации, исполнительный механизм регулирующего органа и пусковые аппараты насосных агрегатов, причем вход каждого блока «моделирования соединен с датчиком расхода, а выход гг с одним из входов первого, второго и третьего элементов сравнения, выход каждого из которых через пороговый блок соединен с анализирующим блоком, к которому подключен блок сигнализации и один из входов- исполнительного механизма регули612рующего органа, отличающееся тем, что, с целью повьпиения надежности, оно снабжено программным блоком, датчиками перепада давления, один из которых установлен на начальном участке трубопровода, другой - на участке трубопровода, в котором имеет место сопротивление движению, а третий - на промежуточном участке, при этом выходы первого и третьего датчиков, и выход четвертого элемента сравнения подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов сравнения, выходы третьего и второго датчиков подключены к входам четвертого элемента сравнения, а программный блок соединен с вторым входом исполнительного механизма- регулирующего органа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Спиваковский А. О. и др. Автоматизация трубопроводного транспорта в орной промышленности М., Недра, 1972, с. 194-200. 2.Авторское свидетельство СССР № 676515, кл. В 65 О 53/66, 10.02.77 (прототип).
