установка для содержания телефонных и газонаполненных кабелей под избыточным давлением

Формула изобретения

1. Установка для содержания телефонных и газонаполненных кабелей под избыточным давлением, содержащая как минимум один компрессор, конденсатор с воздушным фильтром, турбогравитационный сепаратор, газоразделительный мембранный аппарат, регулируемый дроссель, накопительный ресивер, регулирующий редуктор, индикатор влажности, а также электроклапан для сброса конденсата из конденсатора, датчик давления, контролирующий давление в накопительном ресивере, и блок управления, соединенный с датчиком давления, электроклапаном и компрессором, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена ресивером, датчиком давления, регулирующим редуктором и электроклапаном, размещенными после компрессора, а также обратным клапаном на входе газоразделительного мембранного аппарата и двумя электроклапанами, установленными на двух выходах газоразделительного мембранного аппарата.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена датчиком давления, подающим сигнал через блок управления на включение второго компрессора.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительно-сбросным клапаном, установленным на выходе установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается эксплуатации силовых кабелей и городских телефонных сетей, в частности линий, в которых для защиты от попадания влаги и контроля за герметичностью оболочек кабелей используется изолирующая газовая и воздушная среда под избыточным давлением.

Известна установка, предложенная в качестве устройства для подачи в кабели осушенных газовых смесей, в которой осушительный блок выполнен в виде мембранного газоразделительного аппарата, а между осушительным блоком и ресивером установлен регулируемый дроссель /патент РФ N 2056689, опубликован в 1996 г./. Установка, принципиальная схема которой содержит источник сжатого воздуха, промежуточный теплообменник, воздушный фильтр, агрегат сброса конденсата из накопительной полости, блок осушки, регулируемый дроссель и ресивер, соединенные воздуховодами, позволяет подавать в кабели осушенную газовую смесь с пониженным содержанием кислорода, с меньшими энергозатратами на обслуживание, чем используемые ранее аналогичные установки. Однако описание и степень проработки конструкции установки слишком поверхностны и абстрактны, соответствуют в большей степени некой полезной лабораторной модели и не позволяют использовать заявленную установку на реальных предприятиях, особенно городских телефонных сетей, эксплуатирующих кабельные сети с жесткими требованиями к влажности, с реальными компрессорами, работающими в прерывистом режиме.

Известна мембранная сушильная установка МСУ "Суховей" производства научно-внедренческой фирмы "Метакс" /г. Москва/. Известная установка предназначена для получения сухих, с пониженным содержанием кислорода смесей из окружающего воздуха, используемых для содержания кабелей телефонных сетей под избыточным газовым давлением. Установка, принципиальная схема которой состоит как минимум из одного компрессора, воздушного фильтра, стойки-конденсатора, электроклапана сброса конденсатора, блока осушки, в качестве которого применен газоразделительный мембранный аппарат, обратного клапана, регулируемого дросселя, как минимум одного ресивера, регулирующего редуктора, индикатора влажности, как минимум одного датчика реле-давления, соединительных воздуховодов и блока управления.

Стойка-конденсатор имеет накопительную емкость, в которой собирается некоторая часть сконденсировавшейся избыточной влаги из сжатого воздуха. Электроклапан по командам из блока управления сбрасывает конденсат из накопительной емкости.

Газоразделительный аппарат в зависимости от модификации имеет мембраны как в виде пленки, так и в виде полых волокон из полимеров, селективно пропускающих компоненты воздушной смеси. Часть воздуха, проникшая сквозь мембраны и обогащенная водяными парами и кислородом, выбрасывается в атмосферу, другая часть с пониженным содержанием водяных паров подается в ресивер. Степень сушки газовой смеси регулируется дросселем один раз при изготовлении установки на предприятии. Обратный клапан предотвращает обратный ток осушенной газовой смеси из ресиверов в газоразделительный аппарат и атмосферу. Осушенный газ /воздух/ собирается в накопительном ресивере.

Редуктор регулирующий позволяет эксплуатационному персоналу снижать давление газовой смеси перед подачей в кабели до требуемого значения. Индикатор влажности информирует визуальным способом о влажности подаваемого газа. Реле давления формирует сигнал на внешнюю сигнализацию о недопустимом снижении давления в кабеле.

Блок управления, принимая сигналы из датчика давления, по мере изменения значения давления в ресивере формирует команды на адекватное взаимодействие компрессора и электроклапана. При достижении заранее заданного давления в ресиверах компрессор останавливается, открывается электроклапан и давление быстро снижается до нуля во всем тракте от компрессора до обратного клапана.

Три года эксплуатации установок МСУ "Суховей" на различных предприятиях городских кабельных сетей выявили существенный недостаток установки МСУ "Суховей", заключающийся в значительном сокращении от требуемого и планируемого срока службы газоразделительного мембранного аппарата. Так, например, при требуемом со стороны городских телефонных сетей сроке службы основного оборудования не менее 10 лет до 10% газоразделительного аппаратов в зависимости от модификации выходят из строя через один год эксплуатации и еще 30% выходят из строя через два года. Учитывая, что стоимость газоразделительного мембранного аппарата достигает 33% от стоимости всей установки, такой срок службы является недопустимым.

Объясняется этот факт тем, что на нормальную и долговечную службы газоразделительных мембранных аппаратов крайне отрицательное влияние оказывают периодические циклы нагружения давлением при включении компрессора и последующем выключении с открытием сбросного клапана. Так, для условий применения установки МСУ "Суховей" число циклов набора сброса давления по амплитуде от 0 до 0,4 МПа в аппаратах может достигать 100000 в год. Известно, что наибольшую долговечность аппарат проявляет при полном отсутствии таких циклов.

Другой значительный недостаток описанной схемы - продолжительная работа компрессоров при наборе давления в цикле. Для обеспечения продолжительной регламентной работы компрессоров можно было бы применить более производительный компрессор, тем самым уменьшив его время работы в цикле, но для обеспечения такого режима необходимо пропорциональное увеличение площади мембранного аппарата емкости ресивера, что влечет за собой значительное увеличение цены и габаритов установки.

Известна установка, предназначенная для подачи в кабели осушенных газовых смесей /патент РФ N 2107962/.

Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением состоит из, как минимум, одного компрессора, воздушного фильтра, рекуперативного теплообменника, стойки-конденсатора с встроенным турбогравитационным сепаратором, электроклапана сброса конденсата из стойки-конденсатора, газоразделительного мембранного аппарата ГРМА, отсекаемого при остановке компрессора двумя обратными клапанами и вторым электроклапаном, двух регулируемых дросселей с сервоприводом, управляемого по сигналам датчика влажности блоком управления, и с ручной регулировкой как минимум одного ресивера, регулирующего редуктора, индикатора влажности, двух датчиков реле-давления, соединительных воздуховодов и блока управления.

Недостатком данной установки является неоправданное усложнение конструкции введением вакуумного насоса. Известно, что селективность газоразделительного мембранного аппарата, а значит и степень осушки воздуха, повышается при повышении перепада давления на мембранах, что можно достигнуть поддерживая оптимальное давление на входе мембранного аппарата, не прибегая к усложнению конструкции. Вторым недостатком установки является недоработка схемы по части безразгрузочной работы мембранного аппарата, так как в момент включения компрессора и открытия электроклапана, компрессор находится в режиме набора давления в систему, а электроклапан уже сбрасывает давление с мембранного аппарата, что приводит к периодическим циклам нагружения мембранного аппарата, что отрицательно сказывается на долговечности его работы.

Известна установка, предназначенная для подачи в кабели осушенных газовых смесей /патент РФ N 2133513 от 18 августа 1999 г./.

Установка для содержания кабелей телефонных сетей под избыточным давлением состоит из как минимум одного компрессора, конденсатора со встроенным турбогравитационным сепаратором, как минимум одного воздушного фильтра, электроклапана сброса конденсата из сепаратора и воздушного фильтра, электроклапана сброса конденсата из сепаратора и воздушного фильтра, накопительного ресивера, отсекаемого при остановке компрессора дополнительным обратным клапаном, регулирующего редуктора, понижающего давление перед газоразделительным мембранным аппаратом, газоразделительного мембранного аппарата, регулируемого дросселя, управляемого по сигналам датчика влажности блоком управления или вручную, основного обратного клапана, регулирующего редуктора, индикатора влажности, двух датчиков давления, соединительных воздуховодов и блока управления.

Значительным недостатком описанной схемы является постоянная работа мембранного аппарата, что приводит к уменьшению его ресурса.

Вторым значительным недостатком данной схемы является периодически постоянная работа компрессора, не зависящая от расхода сухой газовой смеси в кабели, даже при отсутствии его. Это приводит к уменьшению ресурса компрессора, стоимость которого достигает 50% от стоимости всей установки, а также к повышенному потреблению электроэнергии установкой.

Предлагаемая установка свободна от этих недостатков, что приводит к значительному увеличению ресурса всей установки за счет обеспечения щадящего по скачкам давления режима работы основного элемента установки газоразделительного мембранного аппарата, снижению риска увеличения влажности в подаваемой в кабели газовой смеси и существенному увеличению потребительских качеств установки в целом, а также сокращению времени работы компрессора в режиме набора давления и зависящего теперь только от расхода газовой смеси в кабеле.

Указанные преимущества достигаются тем, что обеспечивается безразгрузочный режим работы газоразделительного аппарата, достигаемый установкой обратного клапана 11, между стойкой конденсатора и аппаратом, а на выходе проникшего потока в атмосферу и остаточного потока, содержащего сухой воздух, обогащенный азотом, установкой электроклапанов 13 и 14, так что электроклапаны открыты при наборе давления в ресивере 16 и закрываются при наборе его.

Таким образом, внутри газоразделительного мембранного аппарата давление поднимется только один раз при пуске установки и затем не снижается при остановке компрессора, чем устраняется существенный недостаток прототипа. Известно, что селективность газоразделительного мембранного аппарата, а значит и степень осушки воздуха повышается при повышении перепада давления на мембранах, что реализуется установкой после компрессора ресивера 3, датчика реле давления 4, регулирующего редуктора 6 и электроклапана 7. В ресивере 3 с помощью датчика реле давления 4 поддерживается давление несколько больше требуемого. При прохождении воздуха через регулирующий редуктор 6 давление воздуха снижается до оптимального и сразу через электроклапан 7, управляемый датчиком 17, воздух подается на предварительную осушку и газоразделительный аппарат 12, на котором достигается оптимальный перепад давления. Реле давления 4 управляет работой компрессора 1, таким образом на газоразделительный мембранный аппарат сразу подается оптимальное рабочее давление, исключая периодические циклы нагружения, чем устраняется второй недостаток прототипа. Блок управления предлагается оснастить логическим блоком контроля неисправности компрессора с выдачей команды на запуск второго компрессора, что существенно снизит вероятность попадания влажного воздуха в кабель и увеличит надежность работы установки.

На выходе установки после индикатора влажности предлагается установить предохранительно сбросный клапан, который предотвратит недопустимое повышение давления на выходе установки, что предотвратит обрыв кабелей и увеличит надежность работы установки.

Принципиальная схема установки показана на чертеже.

Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением состоит из, как минимум, одного компрессора 1, 2, как минимум, двух датчиков реле-давления 4, 17, 5, двух ресиверов 3, 16, регулирующего редуктора 6, четырех электроклапанов, стойки конденсатора 8 со встроенным турбогравитационным сепаратором, как минимум, одного воздушного фильтра 9, обратного клапана 11, газоразделительного мембранного аппарата 12, регулирующего дросселя 15, индикатора влажности и предохранительно сбросного клапана, соединительных воздуховодов и блока управления.

Установка работает следующим образом: от компрессора 1 сжатый воздух подается в накопительный ресивер 3, затем сжатый воздух редуцируется до заданного давления редуктором 6, после которого стоит электроклапан 7. После электроклапана сжатый воздух подается через конденсатор 8, где охлаждается, и через турбогравитационный сепаратор подается в фильтр 9. Из фильтра 9 профильтрованный и свободный от капель воздух подается в газоразделительный мембранный аппарат 12, который на входе отделен от предыдущей части схемы обратным клапаном 11. В газоразделительном аппарате воздух разделяется на два потока: проникший поток, содержащий влажный воздух, который через электроклапан 13 выбрасывается в атмосферу. Сухой воздух, обогащенный азотом, через электроклапан 14 и регулирующий дроссель 15 накапливается в ресивере 16. Из ресивера сухой газ с низким давлением после регулирующего редуктора 18 проходит визуальный индикатор влажности 19, затем через предохранительно-сбросный клапан 20 подается в кабель. При достижении определенного давления в ресивере 16 датчик реле давления 17 посылает сигнал в блок управления, который формирует команды на закрытие электроклапанов 7, 13, 14 и открытие электроклапана 10, через который выбрасывается отсепарированная влага из накопительной полости стойки-конденсатора 8 и фильтра 9. Благодаря закрытию электроклапанов 13 и 14 и срабатыванию обратного клапана 11 газоразделительный мембранный аппарат 12 остается под постоянным давлением. При достижении определенного давления P2 или P3 в ресивере 3 датчик реле давления 4 формирует команду на выключение или включение компрессора 1. При снижении давления в ресивере 3 ниже заданного P3 датчик 5 формирует команду на включение резервного компрессора 2. Входные сигналы и выходные команды блока управления показаны на чертеже штриховыми линиями. При недопустимом повышении давления на выходе установки срабатывает сбросной клапан, предотвращая порыв кабеля.

Таким образом, установка имеет усовершенствованную схему с улучшенной способностью сепарации капельной влаги, обеспечивает щадящий режим по скачкам давления для газоразделительного мембранного аппарат, благодаря чему предотвращается преждевременный выход из строя мембранного аппарата и попадание влажного воздуха в кабели, меньшую периодичность работы компрессора, что увеличивает его ресурс, чем достигается существенно повышенный уровень качества и надежности работы установки.

Литература

1. Установка содержания газонаполненных кабелей под избыточным давлением. Патент РФ N 2056689, 6 H 02 G 1/16, 1996 г.

2. Мембранная сушильная установка "Суховей". Техническое описание и руководство по эксплуатации. Стр. 1, 3, 7-19. Научно-внедренческая фирма "Метакс". Москва, 1995 г.

3. Патент РФ N 2107962.

4. Патент РФ N 2133513, H 01 B 9/06.