Способ защиты кабелей от воздействия атмосферы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к защите объектов от воздействия внешней агрессивной среды и может быть использовано при эксплуатации электрооборудования, в частности для защиты кабелей от вредного воздействия атмосферы. Способ защиты кабелей от воздействия атмосферы включает в себя циклическую подачу прямотоком сжатого воздуха от автономного источника, отделение из него конденсированной фазы, дросселирование и т.д. по определенной зависимости. Устройство для осуществления этого способа содержит источник сжатого воздуха, охладитель, адсорбер и т.д. и снабжено дополнительными редуцирующим органом и клапанами для обеспечения заданных интервалов времени, указанных в зависимости. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении энергетических затрат при реализации способа и увеличении срока службы устройства. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области защиты объектов от воздействия внешней агрессивной среды и может быть использовано при эксплуатации электрооборудования, в частности для защиты кабелей от вредного воздействия атмосферы.

Известен способ защиты кабелей, включающий периодическую подачу сжатого воздуха от автономного источника, отделение конденсированной фазы, периодическое накопление сжатого воздуха, осушку воздуха и подачу сжатого воздуха из накопителя на защищаемый объект.

Устройство для реализации данного способа содержит компрессор, реципиент, адсорбер, управляющий манометр и блок управления.

Существенным недостатком приведенного технического решения являются повышенные затраты на проведение термической регенерации адсорбента.

Известен также способ защиты кабелей, включающий периодическую подачу сжатого воздуха от автономного источника, отделение конденсированной фазы, периодическую осушку воздуха с последующим его накоплением и подачей на защищаемый объект.

Устройство для реализации данного способа содержит источник сжатого воздуха, охладитель, отделитель конденсированной фазы, адсорбер, реципиенты, управляющий манометр и блок управления.

Недостатком приведенного технического решения являются его низкие эксплуатационные характеристики, вызванные пониженной надежностью и информативностью, а также малым ресурсом работы.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ защиты кабелей от воздействия атмосферы, включающий циклическую подачу сжатого воздуха от автономного источника, отделение из него конденсированной фазы, периодическую осушку воздуха в объеме адсорбента, накопление осушенного воздуха в постоянном объеме, подачу под постоянным давлением одной части накопленного осушенного воздуха в кабели, а также периодический отбор второй части накопленного воздуха, его дросселирование и подачу противотоком, в период отсутствия подачи сжатого воздуха, на регенерацию адсорбента с последующим его выпуском в атмосферу.

Устройство для реализации данного способа содержит, пневматически связанные между собой, источник сжатого воздуха, охладитель, отделитель конденсированной фазы, отсечной запорно-дренажный орган, адсорбер, параллельно установленные дросселирующий орган и основной обратный клапан, накопитель осушенного воздуха, основной редуцирующий орган, управляющий манометр и блок управления, подключенный к источнику сжатого воздуха, запорно-дренажному органу и управляющему манометру.

Приведенное техническое решение имеет ряд существенных недостатков, а именно значительные энергетические затраты при реализации способа и пониженный срок службы источника сжатого воздуха (компрессора) за счет подачи на регенерацию (восстановление функциональных возможностей рабочего тела осушителя) адсорбента количества осушенного воздуха, необходимого при максимальной производительности системы. (Как правило, системы подобного типа в форсажном режиме не эксплуатируются.) С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в снижении энергетических затрат при эксплуатации устройства и увеличении его срока службы.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в способе защиты кабелей от воздействия атмосферы, включающем циклическую подачу прямотоком сжатого воздуха от автономного источника, отделение из него конденсированной фазы, осушку воздуха в объеме адсорбента, накопление осушенного воздуха в постоянном объеме и подачу под постоянным давлением одной части накопленного воздуха в кабели, а также отбор из другой части накопленного осушенного воздуха, его дросселирование и подачу противотоком, в интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха, на регенерацию адсорбента с последующим его выпуском в атмосферу, дросселирование части осушенного, периодически подаваемого противотоком на регенерацию адсорбента, производят при постоянном давлении, причем интервал времени его подачи выбирают исходя из соотношения: KV_ε/Q_Nn≅ t < T, где t - интервал времени подачи осушенного воздуха на регенерацию адсорбента; T - интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха; V_ε - суммарный объем воздуха, прошедшего через адсорбент от автономного источника за один цикл; Q_Nn - стандартный номинальный расход при приведенном эффективном сечении магистрали при подаче осушенного воздуха на регенерацию адсорбента; K - коэффициент, определяющий часть осушенного воздуха, необходимого для регенерации адсорбента, в зависимости от V_ε.

Устройство для защиты кабелей от воздействия атмосферы, содержащее пневматически связанные между собой и последовательно соединенные источник сжатого воздуха, охладитель, отделитель конденсированной фазы, отсечной запорно-дренажный орган, адсорбер, параллельно установленные дросселирующий орган и основной обратный клапан, накопитель осушенного воздуха, основной редуцирующий орган, управляющий манометр и блок управления, подключенный к источнику сжатого воздуха, запорно-дренажному органу и управляющему манометру, дополнительно содержит датчик расхода воздуха, дополнительный обратный клапан и дополнительный редуцирующий орган, при этом дополнительный обратный клапан и дополнительный редуцирующий орган размещены последовательно и установлены в цепь дросселирующего органа параллельно основному обратному клапану, отсечной запорно-дренажный орган выполнен в виде трехходового трехпозиционного клапана, а датчик расхода воздуха установлен между основным редуцирующим органом и кабелями и подключен к блоку управления.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предложенного технического решения.

Устройство содержит пневматически связанные между собой источник сжатого воздуха, выполненный, например, в виде компрессора - 1 с ресивером - 2, охладитель - 3, отделитель конденсированной фазы, в виде двух последовательно расположенных ограниченных объемов - 4 и 5 с вентилями для слива конденсата - 6 и 7, отсечной запорно-дренажный орган в виде трехходового трехпозиционного клапана - 8, адсорбер - 9 с размещенным в нем адсорбентом, основной обратный клапан - 10, подключенные параллельно к обратному клапану - 10 дросселирующий орган - 13, дополнительный обратный клапан - 12 и дополнительный редуцирующий орган - 11, выход клапана - 10 и вход редуцирующего органа - 11 пневматически связаны с накопителем осушенного воздуха - 14, после накопителя - 14 установлены управляющий манометр - 15, основной редуцирующий орган - 16, состоящий из нескольких ступеней редуцирования, через который осушенный воздух подается в кабели (на чертеже условно не показаны) для защиты от воздействия атмосферы, датчик расхода воздуха - 17 и заслонка - 18 (для перекрывания подачи воздуха в кабели).

Блок управления - 19 через связи управления соединен с управляющим манометром - 15, датчиком расхода осушенного воздуха - 17, компрессором - 1 и отсечным запорно-дренажным органом - 8.

Рассмотрим реализацию предложенного решения (согласно схеме, изображенной на чертеже 1).

Управление процессом осушки воздуха и регенерации адсорбента осуществляется по минимальному (P_min) и максимальному (P_max) значениям избыточного давления, устанавливаемых на управляющем манометре. При минимальном давлении в накопителе - 14 управляющий манометр - 15 выдает сигнал, по которому блок управления - 19 включает компрессор - 1 и выдает команду на трехходовой трехпозиционный клапан - 8, который обеспечивает поступление воздуха путем подключения входа "А" к входу "B" распределителя, от компрессора - 1 с ресивером - 2 через охладитель - 3, отделители конденсированной фазы - 4 и 5, адсорбер - 9 и обратный клапан - 10 в накопитель - 14.

Воздух, проходящий по этой цепи, осушается в объеме всего адсорбента, накапливается в накопителе - 14 и часть его выдается через редуцирующий орган - 16 и датчик расхода - 17 под постоянным давлением в кабели. Осушка и накопление воздуха производится до тех пор, пока давление в накопителе - 14 достигнет максимального значения и управляющий манометр - 15 не выдаст сигнал, по которому блок управления - 19 выключает компрессор - 1 и выдает команду на трехходовой трехпозиционный клапан - 8, перекрывая вход "A" и переключая выход "B" на выход "C". После этого переключения часть осушенного воздуха, накопленного в накопителе - 14, направляется через дополнительный редуцирующий орган - 11, дополнительный обратный клапан - 12, дросселирующий орган - 13 в адсорбер - 9 для регенерации адсорбента с последующим выпуском в атмосферу через выход "C" трехходового трехпозиционного клапана - 8.

Дросселирование части воздуха, подаваемого противотоком на регенерацию адсорбента, производится при постоянном давлении (за счет введения дополнительного редуцирующего органа - 11), а интервал времени его подачи выбирается исходя из необходимости полного восстановления функциональных возможностей адсорбента и ограничивается согласно соотношению: KV_ε/Q_Nn≅ t < T, (1)
где t - интервал времени подачи осушенного воздуха на регенерацию адсорбента;
T - интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха;
V_ε - суммарный объем воздуха, прошедшего через адсорбент от автономного источника за один цикл;
Q_Nn - стандартный номинальный расход при приведенном эффективном сечении магистрали при подаче осушенного воздуха на регенерацию адсорбента;
K - коэффициент, определяющий часть осушенного воздуха, необходимого для регенерации адсорбента в зависимости от V_ε. (Ниже приводится вывод формулы (I).)
По окончании времени t регенерация адсорбента прекращается и блок - 19 выдает команду на трехходовой трехпозиционный клапан - 8, по которой выход "C" перекрывается, прерывая связь между атмосферой и объемом адсорбента.

При достижении на управляющем манометре давления P_min цикл работы системы повторяется.

Дадим вывод формулы (I).

Объем воздуха V_восст, необходимый для восстановления функциональных возможностей адсорбента, отработанного за один цикл системы, определяется как
V_восст= kV_ε, (2)
где V_ε - суммарный объем сжатого воздуха, прошедшего через адсорбент от автономного источника за один цикл;
k - коэффициент, определяющий часть осушенного воздуха, необходимого для регенерации адсорбента, в зависимости от V_ε;
k - величина для конкретной системы постоянная и может быть заложена в блок управления, а V_ε определяется как
V_ε= V_k+V₁₄, (3)
где V_k - объем воздуха, направляемого в кабели за один цикл накопления;
V₁₄ - объем воздуха, закачиваемого в накопитель для последующего использования потребителем.

Объем V₁₄ - величина постоянная и может быть расчитана по формуле:
V₁₄ = V'₁₄ (P_max - P_min)/P_a, (4)
где V'₁₄ - объем накопителя по воде;
P_max и P_min - максимальное и минимальное абсолютное давление в накопителе;
P_a - абсолютное давление в стандартных условиях.

Объем воздуха V_k, отдаваемого в кабели, в реальных условиях зависит от их количества и состояния и определяется с помощью расходомера, установленного перед потребителем.

Очевидно, что интервал времени подачи осушенного воздуха на регенерацию адсорбента t может быть определен как
kV_ε/K_v≅ t < T, (5)
где T - интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха;
K_v - расход осушенного воздуха при восстановлении (регенерации) адсорбента.

Известно, что
K_v = Q_Nn/1100, (6)
где Q_Nn - стандартный номинальный расход при приведенном эффективном сечении магистрали при подаче осушенного воздуха на регенерацию адсорбента
(см. "Пневматика для автоматизации". Главный каталог, FESTO/PNEUMATIC, Frankfurt Qhr Main, 1996 г., декабрь, таб. 6.4, стр. 2 1/2 - 22.).

Подставим значение K_v из (6) в (5) и получим формулу (I):
KV_ε/Q_Nn≅ t < T,
где K = 1100k.

Из вышеприведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущество по сравнению с известным, а именно в связи с экономией расхода осушенного воздуха, направляемого на регенерацию адсорбента (за счет его строгого дозирования в зависимости от расхода воздуха в кабелях), снижаются энергозатраты при эксплуатации устройства и увеличивается срок службы за счет экономии моторесурсов компрессора.

В настоящее время произведены испытания устройства, реализующие предложенное техническое решение и подтверждающие достижение указанного технического результата.

Формула изобретения

1. Способ защиты кабелей от воздействия атмосферы, включающий циклическую подачу прямотоком сжатого воздуха от автономного источника, отделение из него конденсированной фазы, осушку воздуха в объеме адсорбента, накопление осушенного воздуха в постоянном объеме и подачу под постоянным давлением одной части накопленного осушенного воздуха в кабели, а также отбор другой части накопленного осушенного воздуха, его дросселирование и подачу противотоком в интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха, на регенерацию адсорбента с последующим его выпуском в атмосферу, отличающийся тем, что дросселирование части осушенного воздуха, подаваемого противотоком на регенерацию адсорбента, производят при постоянном давлении, причем интервал времени его подачи выбирают из соотношения
KV_ε/Q_Nn ≅ t < T,
где t - интервал времени подачи осушенного воздуха на регенерацию адсорбента;
T - интервал времени отсутствия подачи сжатого воздуха;
V_ε - суммарный объем сжатого воздуха, прошедшего через адсорбент от автономного источника за один цикл;
Q_Nn - стандартный номинальный расход при приведенном эффективном сечении магистрали при подаче осушенного воздуха на регенерацию адсорбента;
K - коэффициент, определяющий часть осушенного воздуха, необходимого для регенерации адсорбента в зависимости от V_ε.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания подачи осушенного воздуха на регенерацию адсорбента связь между атмосферой и объемом адсорбента прерывают.

3. Устройство для защиты кабелей от воздействия атмосферы, содержащее пневматически связанные между собой и последовательно соединенные источник сжатого воздуха, охладитель, отделитель конденсированной фазы, отсечной запорно-дренажный орган, адсорбер, параллельно установленные дросселирующий орган и основной обратный клапан, накопитель осушенного воздуха, управляющий манометр, основной редуцирующий орган и блок управления, подключенный к источнику сжатого воздуха, запорно-дренажному органу и к управляющему манометру, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком расхода воздуха, дополнительным обратным клапаном и дополнительным редуцирующим органом, при этом дополнительный обратный клапан и дополнительный редуцирующий орган размещены последовательно и установлены в цепь дросселирующего органа параллельно основному обратному клапану, отсечной запорно-дренажный орган выполнен в виде трехходового трехпозиционного клапана, а датчик расхода воздуха установлен между основным редуцирующим органом и кабелями и подключен к блоку управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1