Автоматизация системы слива гелия

Расчет режимов резания, универсального трехкулачкового клинового патрона. Датчики для измерения уровня сжиженного гелия в накопительном сосуде. Автоматический преобразователь интерфейсов. Блок измерения уровня гелия дискретный, уровнемера линейного.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Система слива сжиженного гелия включает в себя несколько основных элементов: накопительный сосуд (НС), криовентили с дистанционным управлением, датчики температуры, уровня и давления, трубопроводную систему, а также весы платформенные.

Мой дипломный проект посвящен разработке системы сбора и обработки данных устройства слива сжиженного гелия технологического процесса обработки деталей низкими температурами.

Данную тему можно разделить на две части: первая - непосредственно система сбора данных устройства слива сжиженного гелия, вторая - использования системы сжиженного гелия для обработки деталей низкими температурами.

Первая часть включает в себя комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных.

В настоящее время автоматизированные системы сбора данных сложно представить без графического представления всех контролируемых параметров на мониторе персонального компьютера - мнемосхеме. Для этого существует огромное количество программных пакетов для сбора, отображения и архивирования информации об объекте управления - SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - Диспетчерское управление и сбор данных).

При разработке системы слива сжиженного гелия (в дальнейшем ССГ) для графического представления параметров системы использовалась среда графического программирования LabView.

LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами.

Идеологически LabVIEW очень близка к SCADA-системам, но в отличие от них в большей степени ориентирована на решение задач не столько в области АСУ ТП, сколько в области АСНИ (Автоматизированная система научных исследований).

Чувствительные элементы (датчики) позволяют контролировать такие физические величины как: температура, уровень и давление. Это позволяет нам иметь полную информацию о работе системы в режиме реального времени.

В системе слива сжиженного гелия предусмотрено 2 компьютера: промышленный компьютер - работает на систему, выполняет функции котроллера; персональный компьютер (терминальный) - выполняет функции системного компьютера.

По способу сопряжения с компьютером система сбора данных устройства слива сжиженного гелия построена на основе модулей сбора данных с внешними интерфейсами (RS-232,RS-485,USB).

Вторая часть темы, на мой взгляд, актуальна для данного дипломного проекта, так как, по сути, является альтернативным предложением по использованию ССГ.

ССГ разработана в ГНЦ ИФВЭ для удобства проведения физических экспериментов. На 70 ГэВ протонном синхротроне ИФВЭ создается пучок чистых К-мезонов для изучения СР-нарушения в распадах К - мезонов. График физического сеанса на ускорителе У-70 составляется таким образом, что одновременно работают несколько экспериментальных установок, причём как минимум две из них одновременно потребляют сжиженный гелий.

При проектировании криогенно-вакуумной установки (КВУ) считалось, что существующее в ИФВЭ криогенное оборудование позволит удовлетворить потребности экспериментальных установок в сжиженном гелии. Однако на практике оказалось, что гелиевые компрессорные агрегаты после 40 лет эксплуатации регулярно выходят из строя.

Поэтому из двух действующих криогенерирующих установок ИФВЭ одновременно может работать только одна: либо на производство сжиженного гелия непосредственно в КВУ, обеспечивающей работу экспериментальной установки, либо на производство сжиженного гелия для других экспериментальных установок при неработающей экспериментальной установке из-за вынужденной остановки КВУ вследствие дефицита сжатого гелия.

Для разрешения проблемы непрерывного снабжения экспериментальных установок сжиженным гелием во время проведения физического сеанса была разработана, создана и смонтирована система слива сжиженного гелия (ССГ) из КВУ.

Физический сеанс в ИФВЭ проводится всего два раза в год. Вследствие этого ССГ большую часть времени простаивает. Поэтому выдвигается предположение о возможном использовании ССГ для накапливания сжиженного гелия и транспортирования его к технологической установке - термокамере.

В качестве хладагента в термокамере используется сжиженный гелий. Его рабочая температура - 4.2 К (-268.950С). При такой обработке материал приобретает определенные свойства.

Такая технология также используется в ИФВЭ для испытания на термоусадку пластин хомута, фиксирующие обмотки сверхпроводящего магнита. Данная технология будет описана ниже в соответствующем разделе.

Техническое задание на разработку системы слива сжиженного гелия

С целью оптимизации работ по снабжению физических установок жидким гелием во время проведения сеанса, была поставлена задача дополнить криогенно-вакуумную установку физического канала 21К (КВУ 21К), путем создания автоматизированной системы управления сливом жидкого гелия (АСУ ССГ) которая выполняла бы следующие задачи:

- Накопление жидкого гелия в специальном накопительном сосуде

(НС) (рис. 1) до объема, равного 720 л в режимах работы криогенно-вакуумной установки (КВУ), при повышенной холодопроизводительности (захолаживание криогенного коллектора до Т=100 К, тренировка резонаторов при Т=2,5-3 К, криостатирование дефлекторов при Т=1,8 К) при условии, что уровень жидкого гелия в ванне промежуточного охлаждения (ВПО) не ниже 33 см.

- Поддержание уровня жидкого гелия в НС при поддержании его уровня ВПО в заданных пределах, поддержание уровня в НС не выше 750 л и испарение по достижении этого уровня.

- Контроль за подсоединением сосуда для транспортировки жидкого гелия (СТГ) к системе слива гелия (ССГ) в режиме интерактивного взаимодействия с клиентом, тестирование соединений.

- Захолаживание ССГ.

- Контроль за действиями клиента при наполнении СТГ.

- Отепление(отогревание) ССГ.

Для реализации вышеперечисленных задач потребуется следующий принцип действия ССГ: сжиженный гелий из ВПО КВУ подаётся в накопительный сосуд ССГ через криогенный коллектор К1 и вентиль ДВ1.

Из ёмкости НС сжиженный гелий может заливаться в транспортные сосуды СТГ через вентиль РВ1 или испаряться электронагревателем W, образовавшийся газообразный гелий через вентиль ДВ2 и теплообменник ПТ направляется в хранилище криогенного цеха.

Размещено на

Рис.1. Система слива жидкого гелия из КВУ.

Сокращения:

- ВПО - ванна промежуточного охлаждения КВУ;

- НС - накопительный сосуд сжиженного гелия;

- ДВ1, ДВ2 - вентили дистанционного управления WEKA;

- РВ1, РВ2 - вентили с ручным управлением;

- ОК - обратный клапан;

- ПТ - пластинчатый теплообменник на улице;

- СТГ - транспортируемый гелиевый сосуд Дьюара;

- К1,К2,К3 - криогенные коллекторы;

- ЭНВ - электронагреватель воздуха;

- W - электроиспаритель жидкого гелия;

- Н - непрерывный уровнемер жидкого гелия;

- Н1, Н2, Н3 - точечные уровнемеры жидкого гелия.

ССГ размещена в помещении ПК1, на двух уровнях: на верхнем (отм. +2.55 м) - накопительный сосуд с вентилями ДВ1 и ДВ2, на нижнем (отм. -1.35 м) - СТГ с коммуникационными трубопроводами и вентилями РВ1 и РВ2, рампа, низкопрофильные весы для статического взвешивания, стойка с промышленным PC, блоками управления и дисплеем оператора СТГ.

I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Разработка технологического процесса изготовления детали типа «Гайка накидная»

1.1 Служебное назначение детали

Гайка -- крепёжное изделие в виде детали с резьбовым отверстием, образующее соединение при помощи винта, болта или шпильки.

Обычно, гайки изготавливаются шестигранной формы под гаечный ключ, но могут быть и квадратными, круглыми с насечкой, с выступами под пальцы («барашки») или другой формы.

Гайки из углеродистых нелегированных и легированных сталей разделяются по классу прочности 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12 -- для гаек с нормальной высотой, равной или более 0,8d; 04; 05 -- для гаек с номинальной высотой от 0,5d до 0,8d. Класс прочности обозначен числом при умножении которого на 100 получают значение напряжения от испытательной нагрузки в МПа и указывает на наибольший класс прочности болтов, с которыми они могут создавать соединение. При этом сочетании, происходит разрушение стержня болта раньше, чем резьбы, что позволяет легко выявить разрушение крепёжного изделия.

Главная задача гайки- обеспечить надежность соединения и противостоять его ослаблению во время нагрузок.

Шестигранная гайка - это самая популярная и распространенная гайка. Имеет форму правильного шестигранника.

Гайки, как правило, производятся на станках-автоматах.

1.2 Описание конструкции детали, химический состав и свойства

Деталь «Гайка» изготовлена из Стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72).

Сталь 12Х18Н10Т относится к коррози...