RU2653529C1 - Device for heating a cryogenic apparatus - Google Patents
Device for heating a cryogenic apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653529C1 RU2653529C1 RU2017104723A RU2017104723A RU2653529C1 RU 2653529 C1 RU2653529 C1 RU 2653529C1 RU 2017104723 A RU2017104723 A RU 2017104723A RU 2017104723 A RU2017104723 A RU 2017104723A RU 2653529 C1 RU2653529 C1 RU 2653529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- temperature
- heated
- voltage regulator
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 5
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B1/00—Details of electric heating devices
- H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
Landscapes
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к области криогенной техники и предназначено для обогрева регулирующих аппаратов, используемых в криогенных технологиях.The device relates to the field of cryogenic technology and is intended for heating control devices used in cryogenic technologies.
Аналогом предлагаемого устройства является устройство для перекачки сжиженного газа, в частности регулирующего клапана, содержащее закрепленный в кожухе криогенной емкости полый корпус, внутри которого размещен подвижный вдоль корпуса шток, связанный одним концом с выходом привода перемещения штока, а другим - с тарелкой клапана, изменяющего проходное сечение трубопровода, по которому протекает сжиженный газ (Беляков В.П. Криогенная техника и технология, М.: Энергоатомиздат, 1982, с. 52-54).An analogue of the proposed device is a device for pumping liquefied gas, in particular a control valve, comprising a hollow body fixed in a cryogenic tank housing, inside of which a rod movable along the body is located, connected at one end to the output of the rod displacement actuator, and the other to a valve disc that changes the passage section of the pipeline through which liquefied gas flows (Belyakov V.P. Cryogenic equipment and technology, Moscow: Energoatomizdat, 1982, p. 52-54).
Недостатком данного устройства является то, что при изменении температуры окружающей среды элементы регулирующего аппарата, находящиеся снаружи криогенной емкости, обледеневают. При низких температурах и повышенной влажности воздуха лед образуется не только на поверхностях аппарата, но и в опорах, по которым перемещаются подвижные элементы аппарата. Это вызывает заклинивание подвижных элементов аппарата и может привести к потере его работоспособности, вплоть до выхода из строя. Этот недостаток особенно ярко проявляется после длительной эксплуатации криогенной установки.The disadvantage of this device is that when the ambient temperature changes, the elements of the regulatory apparatus located outside the cryogenic tank are icy. At low temperatures and high humidity, ice forms not only on the surfaces of the apparatus, but also in the supports along which the moving elements of the apparatus move. This causes jamming of the movable elements of the device and may lead to a loss of its operability, up to failure. This disadvantage is especially pronounced after prolonged operation of the cryogenic installation.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении желаемого распределения температур в подвижном элементе аппарата по всей его длине, при котором исключается образование наледи и заклинивание подвижных соединений.The technical problem solved by the proposed device is to provide the desired temperature distribution in the movable element of the apparatus along its entire length, which eliminates the formation of ice and jamming of the movable joints.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство, содержащее размещенный вблизи обогреваемого аппарата электрический нагреватель, подключенный к выходу регулятора напряжения, соединенного входом с выходом регулирующего устройства, первый вход которого связан с задатчиком температуры обогреваемого аппарата, а второй - с выходом датчика температуры обогреваемого аппарата (см., например, патент РФ №2521102, МПК Н05В 1/02).The closest analogue (prototype) is a device containing an electric heater located near a heated apparatus connected to the output of a voltage regulator connected by an input to the output of a regulating device, the first input of which is connected to the temperature setter of the heated apparatus, and the second to the output of the temperature sensor of the heated apparatus ( see, for example, RF patent No. 2521102, IPC Н05В 1/02).
Недостатком данного устройства является то, что при изменении температуры криогенного продукта и окружающей среды параметры нагревательного элемента, в частности, температурный коэффициент сопротивления материала, из которого выполняется нагревательный элемент, изменяется в широких пределах. Так, например, при включении системы электрообогрева температура нагревательного элемента, контактирующего с элементами регулирующего аппарата имеющими отрицательную температуру на уровне - 130 - -180°C, будет иметь низкое электрическое сопротивление. По мере разогрева самого нагревательного элемента его температура будет увеличиваться, а электрическое сопротивление нагревателя расти. Величина электрического сопротивления холодного и нагретого нагревателя в зависимости от материала, из которого он выполнен, может изменяться в несколько раз. Учитывая, что требуемая для нормальной работы электрического нагревателя мощность рассчитывается для нагревателя, работающего при положительных температурах, подключение его к источнику питания в начальный момент времени, когда он имеет низкое электрическое сопротивление, приведет к значительному увеличению тока нагревателя. Поскольку пределы изменения температуры нагревателя и его сопротивления трудно контролировать, то учесть их при проектировании системы обогрева практически невозможно. Это вызывает при включении нагревателя значительное увеличение тока, что в свою очередь может привести к выходу из строя (пробою) тиристоров регулятора напряжения.The disadvantage of this device is that when the temperature of the cryogenic product and the environment change, the parameters of the heating element, in particular, the temperature coefficient of resistance of the material from which the heating element is made, varies widely. So, for example, when you turn on the electric heating system, the temperature of the heating element in contact with the elements of the regulating apparatus having a negative temperature at the level of - 130 - -180 ° C will have a low electrical resistance. As the heating element itself warms up, its temperature will increase, and the electrical resistance of the heater will increase. The electrical resistance of a cold and heated heater, depending on the material from which it is made, can vary several times. Considering that the power required for normal operation of an electric heater is calculated for a heater operating at positive temperatures, connecting it to a power source at the initial time when it has a low electrical resistance will lead to a significant increase in the heater current. Since the limits of changes in the temperature of the heater and its resistance are difficult to control, it is practically impossible to take them into account when designing a heating system. This causes a significant increase in current when the heater is turned on, which in turn can lead to failure (breakdown) of the thyristors of the voltage regulator.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении желаемого распределения температур в подвижном элементе аппарата по всей его длине, при котором исключается образование наледи и заклинивание подвижных соединений. Решение этой задачи состоит в обеспечении надежной работы тиристорного регулятора напряжения путем ограничения тока нагревателя на допустимом уровне при изменениях его сопротивления.The technical problem solved by the proposed device is to provide the desired temperature distribution in the movable element of the apparatus along its entire length, which eliminates the formation of ice and jamming of the movable joints. The solution to this problem is to ensure reliable operation of the thyristor voltage regulator by limiting the heater current to an acceptable level with changes in its resistance.
Технический эффект, заключающийся в обеспечении бесперебойного режима работы криогенного оборудования, достигается тем, что известное устройство, содержащее размещенный вблизи обогреваемого элемента аппарата электрический нагреватель, последовательно подключенные к нему регулятор напряжения, снабженный источником питания, регулирующее устройство, датчик температуры обогреваемого аппарата, задатчик температуры обогреваемого аппарата и элемент сравнения, согласно изобретению, снабжено датчиком тока, дополнительным элементом сравнения и ограничителем напряжения, вход регулирующего устройства соединен с выходом дополнительного элемента сравнения, вычитающий вход дополнительного элемента сравнения подключен к сигнальному выходу датчика тока, а суммирующий вход - к выходу ограничителя напряжения, соединенного входом с выходом элемента сравнения, подключенного суммирующим входом к выходу задатчика температуры, а вычитающим входом - к датчику температуры обогреваемого аппарата, причем силовой вход датчика тока подключен к выходу регулятора напряжения.The technical effect of ensuring an uninterrupted mode of operation of cryogenic equipment is achieved by the fact that the known device comprising an electric heater located next to a heated element of the apparatus, a voltage regulator connected to it, equipped with a power source, a regulating device, a temperature sensor of the heated apparatus, a temperature setter of the heated apparatus and the comparison element, according to the invention, is equipped with a current sensor, an additional element voltage regulator, the input of the regulating device is connected to the output of the additional comparison element, the subtractive input of the additional comparison element is connected to the signal output of the current sensor, and the summing input is connected to the output of the voltage limiter connected to the output of the comparison element connected by the summing input to the output of the temperature regulator and a subtracting input - to the temperature sensor of the heated apparatus, and the power input of the current sensor is connected to the output of the voltage regulator.
Устройство поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема системы для регулирования температуры криогенного аппарата.The device is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a system for controlling the temperature of a cryogenic apparatus.
Устройство для обогрева криогенного регулирующего аппарата содержит размещенный вблизи обогреваемого элемента аппарата электрический нагреватель 1, подключенный к выходу регулятора напряжения 2, снабженного источником питания 3, силовой выход регулятора напряжения подключен к входу электрического нагревателя 1, а сигнальный вход - к выходу регулирующего устройства 4, соединенного входом с выходом дополнительного элемента сравнения 5, вычитающий вход которого подключен к сигнальному выходу датчика тока 6, а суммирующий вход - к выходу ограничителя напряжения 7, соединенного входом с выходом элемента сравнения 8, подключенного суммирующим входом к выходу задатчика температуры 9, а вычитающим входом - к датчику температуры 10 обогреваемого аппарата, причем силовой вход датчика тока 6 подключен к выходу регулятора напряжения 2.A device for heating a cryogenic control apparatus comprises an
Устройство работает следующим образом. В работающей криогенной установке сжиженный газ имеет температуру, лежащую в диапазоне - 130 - -180°C, в то время как температура наружного воздуха (окружающей среды) может колебаться от - 40 до +40°C, а электрического нагревателя - от - 100 до +150°C. При плюсовых температурах окружающей среды обледенения трущихся деталей аппарата, как правило, не происходит. Однако при понижении температуры окружающей среды происходит обледенение подвижных элементов аппарата как внутри его корпуса, так и снаружи. Для обеспечения работоспособности регулирующего аппарата при изменении температуры окружающей среды на его корпусе устанавливают электрический нагревательный элемент 1. Электрический нагревательный элемент 1 может быть выполнен в виде резистивного элемента, как показано в устройстве, описанном в указанном выше патенте РФ №2521102, или в виде индукционного нагревателя, описанного в патенте РФ на полезную модель №144886. Предлагаемая структура устройства инвариантна относительно вида электрического нагревателя и его конструктивного выполнения и является универсальной для обогрева криогенных аппаратов.The device operates as follows. In a working cryogenic installation, liquefied gas has a temperature lying in the range - 130 - -180 ° C, while the temperature of the outside air (environment) can range from - 40 to + 40 ° C, and the electric heater - from - 100 to + 150 ° C. At positive ambient temperatures, icing of the friction parts of the apparatus, as a rule, does not occur. However, when the ambient temperature decreases, icing of the moving elements of the apparatus occurs both inside its body and outside. To ensure the operability of the regulatory apparatus when the ambient temperature changes, an
Для поддержания требуемой температуры обогреваемого аппарата (на чертеже не показан) в устройстве используются регулятор напряжения 2 с источником питания 3, датчик температуры обогреваемого аппарата 10, задатчик 11 температуры Θа обогреваемого аппарата и регулирующее устройство 4. Для обеспечения работоспособности аппарата при изменении температуры окружающей среды Θo необходимо регулировать мощность, поступающую от источника питания 3 на электрический нагреватель 1, поддерживая, тем самым, заданную температуру Θа обогреваемого аппарата. Поддержание заданной температуры Θа обогреваемого аппарата осуществляется системой регулирования температуры, включающей в себя регулятор напряжения 2, датчик температуры 10, регулирующее устройство 4 и дополнительный элемент сравнения 5. Элемент сравнения 8 сравнивает сигнал Θз поступающий от задатчика температуры 9, с сигналом Θа обратной связи, поступающим от датчика температуры обогреваемого аппарата 10, расположенного на корпусе обогреваемого аппарата. На выходе регулирующего устройства 4 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности температур ΔΘ=Θз-Θа, который обеспечивает регулирование мощности, поступающей от регулятора напряжения 2 в электрический нагреватель 1. Как следует из приведенного выражения, изменение температуры Θа будет приводить к изменению мощности, поступающей в электрический нагреватель 1 и, следовательно, восстановлению заданного температурного режима аппарата.To maintain the required temperature of the heated apparatus (not shown in the drawing), the device uses a
Как правило, выбор заданного значения температуры Θз производится для каких-то усредненных значений параметров окружающей среды. Учитывая трудность и большую погрешность в определении теплотехнических параметров обогреваемого аппарата и электрического нагревателя, рассчитать значение заданной температуры Θз, требуемое для обеспечения работоспособности аппарата, и мощности электрического нагревателя практически невозможно. Поэтому чаще всего оператору необходимо производить перенастройку регулятора температуры и изменять мощность регулятора напряжения. В противном случае работа с постоянным значением температуры задания, т.е. при Θз=const, будет приводить к перегреву обогреваемого аппарата и выходу из строя регулятора напряжения при высоких температурах окружающей среды, а при низких температурах - к обледенению аппарата из-за недостаточной мощности, вводимой в электрический нагреватель.As a rule, the choice of the set temperature Θ s is made for some average values of the environmental parameters. Given the difficulty and large error in determining the thermal parameters of the heated apparatus and electric heater, it is almost impossible to calculate the value of the set temperature Θ s required to ensure the operability of the apparatus and the power of the electric heater. Therefore, most often the operator needs to reconfigure the temperature controller and change the power of the voltage controller. Otherwise, work with a constant value of the reference temperature, i.e. at Θ з = const, it will lead to overheating of the heated apparatus and the failure of the voltage regulator at high ambient temperatures, and at low temperatures - to icing up the apparatus due to insufficient power introduced into the electric heater.
Для повышения надежности работы системы электрообогрева в устройство дополнительно вводят контур стабилизации тока нагревателя, включающий в себя датчик тока 6, дополнительный элемент сравнения 5 и ограничитель напряжения 8. Выход элемента сравнения 8 подключают через ограничитель напряжения 7 к суммирующему входу дополнительного элемента сравнения 5, вычитающий вход которого соединяют с датчиком тока 6. Контур стабилизации тока электрического нагревателя аналогичен по структуре контуру стабилизации температуры нагревателя. В нем роль задатчика тока выполняет ограничитель напряжения 7. Необходимость его введения вызвана тем, что при работе контура стабилизации температуры нагревателя сигнал на выходе элемента сравнения 8, пропорциональный разности температур ΔΘ=Θз-Θа, будет изменяться, следовательно, будет изменяться и заданное значение тока нагревателя. Как уже отмечалось выше, из-за изменения температуры нагревателя будет изменяться его электрическое сопротивление и, следовательно, ток. Контур стабилизации тока стабилизирует ток нагревателя при изменении, как сопротивления, так и напряжения регулятора напряжения 2, исключая тем самым превышение тока регулятора напряжения 2 выше допустимого значения при изменении параметров нагревателя и его температуры.To increase the reliability of the electric heating system, the heater current stabilization circuit is additionally introduced into the device, including a
В настоящее время регулятор напряжения 2 выполняется на тиристорах и выпускается серийно. Регулирующее устройство 4 и элементы сравнения выполняются, как правило, в виде серийно выпускаемого программируемого микропроцессорного контроллера. В качестве датчиков тока и температуры обогреваемого аппарата целесообразно использовать стандартные датчик тока и термопару, например хромель-копелевую.Currently,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017104723A RU2653529C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Device for heating a cryogenic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017104723A RU2653529C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Device for heating a cryogenic apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653529C1 true RU2653529C1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017104723A RU2653529C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Device for heating a cryogenic apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653529C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU131929U1 (en) * | 2012-11-08 | 2013-08-27 | Михаил Викторович Рубцов | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS |
RU2521102C1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-06-27 | Михаил Викторович Рубцов | Device for zonal heating of cryogenic control apparatus |
RU144886U1 (en) * | 2014-02-18 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS |
RU2588585C1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Криотерм" (ООО "Криотерм") | Device for adaptive heating of cryogenic device |
-
2017
- 2017-02-14 RU RU2017104723A patent/RU2653529C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521102C1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-06-27 | Михаил Викторович Рубцов | Device for zonal heating of cryogenic control apparatus |
RU131929U1 (en) * | 2012-11-08 | 2013-08-27 | Михаил Викторович Рубцов | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS |
RU144886U1 (en) * | 2014-02-18 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS |
RU2588585C1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Криотерм" (ООО "Криотерм") | Device for adaptive heating of cryogenic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10493680B2 (en) | Temperature control method and temperature control device | |
MX2016010548A (en) | Heated hose and method. | |
RU2653529C1 (en) | Device for heating a cryogenic apparatus | |
RU2588585C1 (en) | Device for adaptive heating of cryogenic device | |
US20220050485A1 (en) | Method and system for providing variable ramp-down control for an electric heater | |
RU159991U1 (en) | DEVICE FOR ADAPTIVE HEATING OF CRYOGENIC APPARATUS | |
PH12021550141A1 (en) | Method for controlling temperature of a heating apparatus in an electrically-heated smoking system, and electrically-heated smoking system | |
RU2521102C1 (en) | Device for zonal heating of cryogenic control apparatus | |
RU131929U1 (en) | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS | |
KR20100127590A (en) | Hair iron and method for controlling the same | |
MX2015005164A (en) | Thermostatic valve. | |
CN105190178B (en) | Gas regulation accessory | |
RU144886U1 (en) | DEVICE FOR ZONE HEATING OF CRYOGENIC REGULATING APPARATUS | |
SE446492B (en) | DEVICE FOR TEMPERATURE CONTROL OF ELECTRICAL HEATING ELEMENTS | |
US2935657A (en) | Anticipator compensator thermostat | |
RU181858U1 (en) | Device for thermoregulation of electronic equipment | |
RU2662333C2 (en) | Device for controlling pressure of compressed air with control action reservation | |
CN2682460Y (en) | Multiple temperature control device | |
TH2001002014A (en) | Electric heaters for flow regulating devices | |
KR102612877B1 (en) | Instant water heater | |
KR20190058338A (en) | Waste electric power cut-off device of electronic products and control method thereof | |
RU2647359C1 (en) | Method for controlling cooling system of oil-filled power transformer | |
US3015447A (en) | Control apparatus | |
RU130419U1 (en) | RESISTANCE ELECTRIC FURNACE TEMPERATURE REGULATOR (OPTIONS) | |
US2315984A (en) | Temperature regulator |