Разработка системы слива жидкого гелия

Разработка технологического процесса изготовления детали типа "Переходник". Описание криогенно-вакуумной установки. Транспортировка сжиженного гелия. Конструкция и принцип действия вентиля дистанционного управления с электропневматическим позиционером.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

Техническое задание на разработку ССГ

1. Технологический раздел

1.1 Разработка технологического процесса изготовления детали типа "Переходник"

1.2 Расчет режимов резания

1.3 Разработка управляющей программы

1.4 Выбор технологического оборудования

2. Конструкторский раздел

2.1 Описание криогенно-вакуумной установки

2.2 Транспортировка сжиженного гелия

2.3 Конструкция и принцип действия вентиля дистанционного управления WEKA EPSY^plus с электропневматическим позиционером Sipart PS2 фирмы Siemens

3. Система управления

3.1 Описание компонентов системы

3.1.1 Канал связи RS-485

3.1.2 PROFIBUS

3.1.3 Модуль связи DP/PA сoupler FDC 157-0

3.1.4 Электропневматический позиционер для поступательного привода Sipart PS2 PA

3.1.5 Разветвитель и терминатор SpliTConnect

3.1.6 Кабель SIMATIC NET PROFIBUS

3.1.7 PCI карта PROFIBUS DP фирмы Comsoft

3.1.8 Источник бесперебойного питания АРС Smart-UPS RT 8000VA RM 230V

3.1.9 Вывод

3.2 Система управления электропневматическими позиционерами

3.3 Конфигурация контроллера PROFIBUS

3.4 Описание алгоритма работы электропневматических позиционеров

3.5 Тестовая программа. Графический язык программирования

3.6 Описание программного кода тестовой программы

4. Безопасность жизнедеятельности

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Калькулирование себестоимости продукции

5.2 План производства изделий

6. Исследовательский раздел

Заключение

переходник гелий электропневматический позиционер



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 сжиженного гелия (АСУ ССГ) которая выполняла бы следующие задачи:

- Накопление жидкого гелия в специальном накопительном сосуде 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.



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, H4(не показан) - 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.



1. Технологический раздел

Как было сказано выше, система слива сжиженного гелия работает на накопление, испарение и слив накопленного сжиженного гелия в транспортные сосуды Дьюара и последующей транспортировки к физическим установкам. В данном разделе предложено использовать ССГ для транспортировки сжиженного гелия к термокамере по трубопроводу (Приложение 2), а также к технологической установке для проведения испытаний на ударный изгиб образцов из металла в транспортных сосудах.

Метод испытаний на ударный изгиб при температуре минус 269⁰ (ГОСТ 22848-77)

Данный метод был разработан Центральным научно-исследовательским институтом черной металлургии им. И.П. Бардина (ЦНИИЧМ), Центральным научно-исследовательским институтом машиностроения (ЦНИИМАШ), Центральным научно-исследовательским институтом материаловедения (ЦНИИМВ), Институтом проблем прочности АН УССР (ИПП АН УССР), Государственным институтом прикладной химии (ГИПХ), Всесоюзным научно-исследовательским институтом криогенного машиностроения (ВНИИКРИОГЕНМАШ).

Настоящий стандарт распространяется на металлы и сплавы и изделия из них и устанавливает метод испытания на ударный изгиб образцов при температурах от минус 100 до минус 269 °С. Нас интересуют испытания, проходящие при температуре кипения сжиженного гелия - минус 269°С.

При испытании определяются следующие характеристики:

§ работа К, затрачиваемая на разрушение образца;

§ ударная вязкость КС, равная отношению величины работы удара к начальной площади поперечного сечения образца в месте удара;

§ процент вязкой составляющей в изломе образца, разрушенного при ударном изгибе.

Для проведения испытания при минус 269°С применяют специальные копры (рис.1.2). Копры рекомендуется оснащать датчиками для измерения динамической нагрузки и прогиба образца и регистрирующей аппаратурой для автоматической записи диаграмм деформации.

Для испытания на ударный изгиб при температуре кипения жидкого гелия (минус 269 °С) образец помещают в контейнер, изготовленный из миллиметровой бумаги по ГОСТ 334 (рис.1.1). В верхней части контейнера имеется прорезь для заполнения его жидким гелием.

Рис. 1.1. Контейнер из миллиметровой бумаги

Контейнер с образцом помещают в криостат, который заполняют жидким гелием. После прекращения интенсивного кипения гелия контейнер с образцом выдерживают 5 - 10 мин, затем извлекают из криостата и устанавливают на опоры копра.

Время установки контейнера с образцом на опоры копра, начиная с момента извлечения из криостата до удара ножа маятника, не должно превышать 5 с.



Рис.1.2. Схема копра для испытаний в среде жидкого гелия 1 - основание копра; 2 - сильфон; 3 - объем для заливки жидкого хладоагента; 4 - тяги; 5 - молот; 6 - пневмоцилиндр; 7 - шток; 8 - шариковый замок; 9 - шторка; 10 - фотодатчик; 11 - образец; 12 - наковальня; 13 - динамометр

1.1 Разработка технологического процесса изготовления детали типа "Переходник"

Служебное назначение детали

Переходник служит для соединения труб двух различных диаметров трубопровода. В данном случае переходник служит для соединения трубы диаметром 30мм и сильфона, диаметром 20 мм. Деталь сделана из легированной стали 12Х18Н10Т ГОСТ 3826-82. Содержит 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, до 1,5% титана. Условием выбора данного материала для производства детали "Переходник" было то, что деталь находится в среде под давлением, при температуре до -196 °С, а так же то, что деталь имеет сварные соединения. Сталь 12Х18Н10Т отвечает заданным условиям.

Определение характера (вида) производства

Для определения массы разбиваем деталь на элементарные геометрические фигуры и узнаем объем каждой фигуры (рис.2.1).



Рис.2.1. Деталь разбитая на элементарные геометрические фигуры

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Находим массу детали по формуле:

Где =7,85г/см для стали



.

При годовой программе выпуска детали 700 штук в год и весе детали 0,241 кг по табличным значениям определяем тип производства - мелкосерийное. Определим размер партии деталей, запускаемых в производство одновременно, по формул...