RU2107962C1

RU2107962C1 - Plant for keeping cables of urban telephone lines under gage pressure

Info

Publication number: RU2107962C1
Application number: RU97101502A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Урвачев; С.В. Пугачев; А.И. Костин; Л.С. Самойлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью - Научно-внедренческая фирма "Метакс"
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: maintenance of power and telephone cable lines including those where cables are filled with insulating gas or air under gage pressure. SUBSTANCE: plant has at least one compressor, air cleaner, regenerating heat exchanger, condenser mount with built-in turbogravitational separator, electric valve for condensate dump from condenser mount, gas-separating diaphragm apparatus shut off in case of compressor stop by two check valves and second electric valve, controlled throttle with servodrive, controlled by humidity sensor signals in control unit, at least one receiver, control reducer, humidity indicator, two pressure-relay sensors, crossover air duct, and control unit. Plant incorporates water droplet separation system providing for reduced abrupt pressure fluctuations acting on gas-separating diaphragm apparatus, automatic-control system for keeping gas mixture dry at plant outlet thereby preventing premature failure of apparatus and ingress of wt air into cables. EFFECT: improved quality and reliability of plant. 6 cl, 3 dwg

Description

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 или воздушная среда под избыточным давлением. The invention relates to the operation of power cables and urban telephone networks, in particular lines, in which an insulating gas or air environment under excessive pressure is used to protect against moisture and tightness of cable sheaths.

Известно предложение по применению в качестве устройства для подачи в кабели осушенных газовых смесей установки, в которой осушительный блок выполнен в виде мембранного газоразделительного аппарата, а между осушительным блоком и ресивером установлен регулируемый дроссель [1]. Установка, принципиальная схема которой показана на фиг. 1, содержит источник сжатого воздуха 1, промежуточный теплообменник 2, воздушный фильтр 3, агрегат сброса конденсата из накопительной полости 7, блок осушки 4, регулируемый дроссель 5 и ресивер 6, соединенные воздуховодами 8. Установка позволяет подавать в кабели осушенную газовую смесь с пониженным содержанием кислорода, с меньшими энергозатратами и меньшими затратами на обслуживание, чем используемые ранее аналогичные установки. A proposal is known for the use as a device for feeding drained gas mixtures into cables of an installation in which the drying unit is made in the form of a membrane gas separation apparatus, and an adjustable choke is installed between the drying unit and the receiver [1]. An installation whose circuit diagram is shown in FIG. 1, contains a source of compressed air 1, an intermediate heat exchanger 2, an air filter 3, a condensate discharge unit from the storage cavity 7, a drying unit 4, an adjustable throttle 5 and a receiver 6 connected by air ducts 8. The installation allows the drained gas mixture with reduced content to be fed into the cables oxygen, with lower energy consumption and lower maintenance costs than previously used similar installations.

Однако описание и степень проработки конструкции установки слишком поверхностны и абстрактны, соответствуют в большей степени некоей полезной лабораторной модели и не позволяют использовать установку на реальных предприятиях, особенно городских телефонных сетей, эксплуатирующих кабельные сети с жесткими требованиями к влажности воздуха, с реальными компрессорами, работающими в прерывистом режиме. However, the description and degree of study of the design of the installation is too superficial and abstract, to a greater extent correspond to some useful laboratory model and do not allow the installation to be used in real enterprises, especially urban telephone networks that operate cable networks with stringent requirements for air humidity, with real compressors operating in intermittent mode.

Известна мембранная сушильная установка МСУ "Суховей", производства фирмы НВФ Метакс (г. Москва) [2]. Известная установка предназначена для получения сухих с пониженным содержанием кислорода смесей из окружающего воздуха, используемых для содержания кабелей городских телефонных сетей под постоянным газовым давлением. Установка, принципиальная схема которой изображена на фиг. 2, состоит из, как минимум, одного компрессора КМ1, воздушного фильтра Ф1, стойки-конденсатора СК, электроклапана сброса конденсата ЭК, блока осушки, в качестве которого применен газоразделительный мембранный аппарат ГРМА1, обратного клапана КО1, регулируемого дросселя ДР1, как минимум одного ресивера РС1, регулирующего редуктора РР1, индикатора влажности ИВ, как минимум одного датчика реле-давления РД1, соединительных воздуховодов и блока управления БУ. Known membrane drying unit MSU "Sukhovey", manufactured by NVF Metax (Moscow) [2]. The known installation is designed to obtain dry with low oxygen content of mixtures from ambient air used for the maintenance of cables of urban telephone networks under constant gas pressure. Installation, the circuit diagram of which is shown in FIG. 2, consists of at least one compressor KM1, an air filter F1, a condensing rack SK, an electrovalve condensate discharge EC, a drying unit, which uses a gas separation membrane apparatus GRMA1, a check valve KO1, an adjustable choke DR1, at least one receiver PC1, the regulating gearbox PP1, humidity indicator IV, at least one pressure switch sensor RD1, connecting ducts and the control unit BU.

Стойка-конденсатор имеет накопительную емкость, в которой собирается конденсирующая некоторая часть избыточной влаги из сжатого воздуха. Электроклапан ЭК1 по командам из блока управления сбрасывает конденсат из накопительной емкости. The condenser rack has a storage tank in which a condensing part of the excess moisture from the compressed air is collected. The solenoid valve EK1 discharges condensate from the storage tank by commands from the control unit.

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 (линия А), другая часть с пониженным содержанием водяных паров подается в ресивер. Степень осушки газовой смеси регулируется дросселем ДР1 один раз при изготовлении установки на предприятии. Обратный клапан КО1 предотвращает обратный ток осушенной газовой смеси из ресиверов в газоразделительный аппарат и атмосферу. The gas separation apparatus, depending on the modification, has membranes both in the form of a film and in the form of hollow fibers, made of polymers selectively passing through the components of the air mixture. Part of the air penetrated through the membrane and enriched with water vapor and oxygen is emitted into the atmosphere (line A), another part with a reduced content of water vapor is fed into the receiver. The degree of drying of the gas mixture is regulated by the inductor DR1 once during the manufacture of the installation at the enterprise. The KO1 check valve prevents the drained gas mixture from flowing back from the receivers to the gas separation apparatus and atmosphere.

Редуктор регулирующий РР позволяет эксплуатирующему персоналу снижать давление газовой смеси перед подачей в кабели до требуемого значения. Индикатор влажности ИВ информирует визуальным способом о влажности подаваемого газа. Реле давления РД2 формирует сигнал на внешнюю сигнализацию о недопустимом снижении давления в кабеле. The PP regulating reducer allows operating personnel to reduce the pressure of the gas mixture before feeding it to the required value. The humidity indicator VI informs visually about the humidity of the supplied gas. The pressure switch RD2 generates a signal to an external alarm about an unacceptable pressure drop in the cable.

Блок управления (БУ), принимая сигналы из датчика давления РД1, по мере изменения значения давления в ресивере РС1, формирует команды на адекватное взаимодействие компрессора КМ1 и электроклапана ЭК1. 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. The control unit (BU), receiving signals from the pressure sensor RD1, as the pressure in the receiver PC1 changes, generates commands for adequate interaction of the compressor KM1 and the solenoid valve EC1. When a predetermined pressure in the receivers is reached, the compressor stops, the electrovalve opens and the pressure quickly drops to zero in the entire path from the compressor to the non-return valve.

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 газоразделитеьного мембранного аппарата. Так например, при требуемом со стороны городских телефонных сетей сроке службы основного оборудования не менее 10 лет до 10 % газоразделительных аппаратов, в зависимости от модификации, выходят из строй 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. Three years of operation of the MSU "Sukhovey" installations at various enterprises of urban cable networks revealed a significant drawback of the installation of the MSU "Sukhovey", which consists in a significant reduction from the required and planned service life of the gas separation membrane apparatus. For example, if the life of the main equipment required by the city telephone networks is at least 10 years, up to 10% of gas separation devices, depending on the modification, fail after one year of operation and another 30% fail after two years. Given that the cost of the gas separation membrane apparatus reaches 33% of the cost of the entire installation, this service life is unacceptable.

Объясняется этот факт тем, что на нормальную и долговечную службу 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 аппарата проявляет при полном отсутствии таких циклов. Кроме того, отрицательную роль играет обнаружившийся факт попадания капельной влаги на вход мембранного аппарата, вследствие недостаточной сепарации потока сжатого воздуха в стойке-конденсаторе, что приводит к потере механической прочности полимерных материалов. Возможное постепенное разрушение мембранного аппарата, естественный износ механизмов компрессора и наличие лишь визуального индикатора влажности на выходе установки приводит к нестабильности значения сухости газовых смесей и возможности закачивания в кабели ГТС влажного воздуха. This fact is explained by the fact that the normal and long-lasting service of gas separation membrane devices is extremely negatively affected by periodic pressure loading cycles when the compressor is turned on and then turned off with the opening of the relief valve. So, for the conditions of use of the MSU "Sukhovey" installation, the number of pressure set-up / drop cycles in amplitude from 0 to 0.4 MPa in the apparatus can reach 100,000 per year. It is known that the device exhibits the greatest durability in the complete absence of such cycles. In addition, the revealed fact that droplet moisture enters the inlet of the membrane apparatus plays a negative role due to insufficient separation of the compressed air flow in the condenser rack, which leads to a loss of the mechanical strength of polymeric materials. The possible gradual destruction of the membrane apparatus, the natural wear of the compressor mechanisms and the presence of only a visual indicator of humidity at the unit outlet leads to instability of the dryness of gas mixtures and the possibility of pumping moist air into the hydraulic cables.

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. The proposed installation is free from these shortcomings, which leads to a significant increase in the life of the entire installation due to the low pressure jump mode of operation of the main element of the gas separation membrane apparatus, a decrease in the risk of increased humidity in the gas mixture supplied to the cables, and a significant increase in the consumer qualities of the installation as a whole.

Указанные преимущества достигаются тем, что обеспечивается безразгрузочный режим работы газоразделительного аппарата, достигаемый установкой второго обратного клапана КО2 между стойкой-конденсатором и аппаратом, а на выходе проникшего потока в атмосферу (линия А) устанавливается второй электроклапан, так что электроклапан открыт при работе компрессора и закрывается при остановке его. Таким образом внутри газоразделительного мембранного аппарата давление поднимается только один раз при пуске установки и затем не снижается при остановке компрессора, чем устраняется существенный недостаток прототипа. These advantages are achieved by the fact that the non-off-load operation mode of the gas separation apparatus is achieved by installing a second KO2 check valve between the condenser rack and the apparatus, and a second electrovalve is installed at the outlet of the infiltrated stream into the atmosphere (line A), so that the electrovalve is open when the compressor is running and closes when stopping him. Thus, inside the gas separation membrane apparatus, the pressure rises only once when starting the installation and then does not decrease when the compressor is stopped, which eliminates a significant disadvantage of the prototype.

Известно, что селективность газоразделительного мембранного аппарата, а значит, и степень осушки воздуха, повышается при повышении перепада давления на мембранах, что при постоянных параметрах компрессора можно достичь снижением давления на выходе проникшего потока (линия А) ниже атмосферного. Для достижения сразу двух целей последовательно с вторым электроклапаном ЭК2 предлагается установить вакуумный насос ВН, работающий одновременно с компрессором КМ1, снижающий давление на выходе проникшего потока ниже атмосферного и изолирующий аппарат от атмосферы при выключении компрессора и вакуумного насоса. It is known that the selectivity of the gas separation membrane apparatus, and hence the degree of air drying, increases with increasing pressure drop across the membranes, which with constant compressor parameters can be achieved by lowering the pressure at the outlet of the penetrated stream (line A) below atmospheric. To achieve two goals at once, it is proposed to install a VN vacuum pump in series with the second solenoid valve EK2, operating simultaneously with the KM1 compressor, reducing the pressure at the outlet of the infiltrated stream below atmospheric and isolating the device from the atmosphere when the compressor and vacuum pump are turned off.

Для устранения второго существенного недостатка в верхней части стойки конденсатора СК предлагается установить специальный турбогравитационный сепаратор ТС оригинальной конструкции с тангенциальной подачей входящего воздушного потока и осевым отводом выходящего, что резко снижает вероятность попадания капельной влаги на вход газоразделительного аппарата и значительно повышает его долговечность. Кроме того, предлагается ввести дополнительный рекуперативный теплообменник ТР с охлаждением нагретого компрессором воздуха, выходящим со стойки-конденсатора СК. При этом одновременно возрастает эффективность работы сепаратора СК и повышается селективность нагретых паров воды в газоразделительном аппарате. To eliminate the second significant drawback, it is proposed to install a special turbo-gravity separator TS of the original design in the upper part of the SC condenser rack with a tangential supply of the incoming air stream and the axial outlet of the outlet, which sharply reduces the probability of drip moisture entering the inlet of the gas separation apparatus and significantly increases its durability. In addition, it is proposed to introduce an additional recuperative heat exchanger TR with cooling of the air heated by the compressor leaving the SC condensing rack. At the same time, the efficiency of the SC separator increases and the selectivity of heated water vapor in the gas separation apparatus increases.

Для максимального использования газоразделительных способностей мембранного аппарата предлагается установить дроссель ДР1 перед обратным клапаном КО1, чтобы стало возможным часть осушенных газов после дросселя ДР1, но перед обратным клапаном КО1, забирать и подавать во внутреннюю полость мембранного аппарата с низким давлением, причем в направлении, противоположном направлению основного потока газа. To maximize the gas separation capabilities of the membrane apparatus, it is proposed to install the DR1 throttle in front of the KO1 check valve, so that it is possible to take part of the dried gases after the DR1 throttle, but before the KO1 check valve, take it and feed it into the internal cavity of the membrane apparatus with low pressure, and in the opposite direction main gas stream.

Для повышения стабильности значения влажности на выходе установки по мере износа компрессора и мембранного аппарата в непосредственной близости от визуального индикатора влажности ИВ устанавливается фотоэлектрический датчик влажности ДВ, подающий сигналы во внешнюю сигнализацию и блок управления, а регулируемый дроссель ДР1 выполняется с электрическим сервоприводом. 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. Блок управления предлагается выполнить на бесконтактной безискровой элементной базе, что позволит размещать установку непосредственно в кабельной шахте и не выделять ей отдельного помещения. To increase the stability of the humidity value at the outlet of the installation as the compressor and the membrane apparatus wear, in the immediate vicinity of the visual indicator of humidity of the IW, a photoelectric humidity sensor DV is installed, which sends signals to an external alarm and control unit, and the adjustable choke DR1 is made with an electric servo drive. The control unit is proposed to be equipped with a compressor malfunction control logic block with a command to start the second compressor, which will significantly reduce the likelihood of moist air entering the cable. The control unit is proposed to be implemented on a non-contact, sparkless elemental base, which will allow the installation to be placed directly in the cable shaft and not separate it from a separate room.

Принципиальная схема установки показана на фиг. 3. A schematic diagram of the installation is shown in FIG. 3.

Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением состоит из, как минимум, одного компрессора КМ1, воздушного фильтра Ф1, рекуперативного теплообменника ТР, стойки-конденсатора СК с встроенным турбогравитационным сепаратором ТС, электроклапана сброса конденсата из стойки-конденсатора ЭК1, газоразделительного мембранного аппарата ГРМА1, отсекаемого при остановке компрессора двумя обратными клапанами КО1 и КО2 и вторым электроклапаном ЭК2, двух регулируемых дросселей: ДР1 с сервоприводом, управляемого по сигналам датчика влажности ДВ блоком управления БУ, и ДР2 с ручной регулировкой, как минимум одного ресивера РС1, регулирующего редуктора РР, индикатора влажности ИВ, двух датчиков реле-давления РД1 и РД2, соединительных воздуховодов и блока управления БУ. Installation for the maintenance of cables of urban telephone networks under excess gas pressure consists of at least one compressor KM1, air filter F1, recuperative heat exchanger TR, condenser rack SK with integrated turbo-gravity separator TS, solenoid valve condensate discharge from condenser rack EC1, gas separation membrane the GRMA1 apparatus, cut off when the compressor is stopped by two non-return valves KO1 and KO2 and a second electrovalve EK2, two adjustable chokes: DR1 with a servo-drive, controlled by measured by the signals of the humidity sensor DV by the control unit BU, and DR2 with manual adjustment of at least one receiver PC1, a regulating gearbox PP, humidity indicator IV, two pressure switch sensors RD1 and RD2, connecting ducts and a control unit BU.

Установка работает следующим образом. От компрессора КМ1 сжатый воздух подается через фильтр Ф1 на рекуперативный теплообменник ТР, где охлаждается, затем через турбогравитационный сепаратор ТС попадает в стойку-конденсатор СК. Из стойки отсепарированный от капель воды воздух нагревается в теплообменнике ТР горячим воздухом компрессора и подается в мембранный газоразделительный аппарат ГРМА1, где разделяется на два потока: влажный воздух выбрасывается в атмосферу через электроклапан ЭК2 и через вакуумный насос НВ. Сухой воздух, обогащенный азотом через регулирующий дроссель ДР1 и обратный клапан КО1, накапливается в ресивере РС1. Часть сухого воздуха после дросселя ДР1 через второй дроссель ДР2 подается во внутреннюю полость мембранного аппарата с низким давлением, причем в направлении, противоположном направлению основного потока газа (эта линия помечена на фиг. 3 крестиками). Из ресивера сухой газ с низким давлением после регулирующего редуктора РР проходит визуальный индикатор влажности ИВ и подается в кабель. При достижении определенного давления в ресивере датчик-реле давления РД1 посылает сигнал в блок управления, который формирует команды на выключение компрессора и вакуумного насоса и закрытие электроклапана ЭК2 и открытие электроклапана ЭК1, через который выбрасывается отсепарированная влага из накопительной полости стойки-конденсатора СК. Благодаря закрытию элекроклапана ЭК2 и срабатыванию обратных клапанов КО1 и КО2 газоразделительный мембранный аппарат остается под постоянным давлением. Получая сигналы от фотоэлектрического датчика влажности ДВ и датчика - реле давления РД2 на выходе установки, блок управления формирует команды на переключение на резервный компрессор КМ2 и работу сервопривода СП, управляющего положением дросселя ДР1, а значит, и степенью осушки воздуха в газоразделительном аппарате. Входные сигналы и выходные команды блока управления показаны на фиг. 3 штриховыми линиями. Installation works as follows. Compressed air is supplied from compressor KM1 through filter F1 to a heat recovery heat exchanger TR, where it is cooled, then through a turbo-gravity separator TS it enters the condenser rack SK. Separated from water droplets from the rack, the air is heated in the heat exchanger TR with the compressor hot air and fed to the GRMA1 membrane gas separation apparatus, where it is divided into two streams: moist air is discharged into the atmosphere through the EC2 solenoid valve and through the HB vacuum pump. Dry air enriched with nitrogen through the control choke DR1 and the check valve KO1 accumulates in the receiver PC1. Part of the dry air after the throttle DR1 through the second throttle DR2 is fed into the internal cavity of the membrane apparatus with low pressure, and in the direction opposite to the direction of the main gas flow (this line is marked with crosses in Fig. 3). From the receiver, dry gas with low pressure after the PP regulating pressure regulator passes a visual indicator of humidity of IV and is supplied to the cable. When a certain pressure is reached in the receiver, the pressure sensor-relay RD1 sends a signal to the control unit, which generates commands to turn off the compressor and vacuum pump and close the solenoid valve EC2 and open the solenoid valve EC1, through which the separated moisture is ejected from the storage cavity of the SK condenser rack. Due to the closing of the solenoid valve EC2 and the operation of the check valves KO1 and KO2, the gas separation membrane apparatus remains under constant pressure. Receiving signals from the photoelectric humidity sensor ДВ and the sensor РД2 pressure switch at the unit output, the control unit generates commands for switching to the backup compressor KM2 and the operation of the SP servo drive, which controls the position of the ДР1 inductor, and, therefore, the degree of air drying in the gas separation apparatus. The input signals and output commands of the control unit are shown in FIG. 3 dashed lines.

Claims

1. Installation for maintaining cables of urban telephone networks under excess gas pressure, comprising at least one compressor, an air filter, a condenser rack, an electrovalve for condensate discharge from a condenser rack, a gas separation membrane apparatus, at least one receiver, a non-return valve, and at least one adjustable throttle located between the receiver and the gas separation membrane apparatus, control gear, humidity indicator, two pressure switch sensors, connecting ducts and control unit characterized in that it is additionally equipped with a second non-return valve placed in front of the gas separation apparatus, a second electrovalve located at the outlet of the penetrated stream from the gas separation membrane apparatus and a turbogravity separator located in the upper part of the condenser rack, and an adjustable throttle is located in front of the first non-return valve .

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a regenerative heat exchanger located in front of the turbogravitational separator.

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that it is additionally equipped with a vacuum pump installed in series with the second electrovalve.

4. The installation according to claim 1, characterized in that the adjustable inductor is made with a servo drive, receiving commands from the control unit by signals from the introduced photoelectric humidity sensor.

5. Installation according to claim 1, characterized in that the control unit is made on a non-contact element base.

6. The installation according to claim 5, characterized in that it is equipped with a backup compressor, and the control unit has a time relay for supplying a special signal for switching to the backup compressor.