SU954737A1 - Method of automatic control of cryogenic helium system - Google Patents

Method of automatic control of cryogenic helium system Download PDF

Info

Publication number
SU954737A1
SU954737A1 SU813242268A SU3242268A SU954737A1 SU 954737 A1 SU954737 A1 SU 954737A1 SU 813242268 A SU813242268 A SU 813242268A SU 3242268 A SU3242268 A SU 3242268A SU 954737 A1 SU954737 A1 SU 954737A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
expander
flow
helium
temperature
bath
Prior art date
Application number
SU813242268A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Константинович Буткевич
Виталий Филиппович Романишин
Игорь Михайлович Морковкин
Иосиф Абрамович Гольман
Анатолий Филиппович Аринин
Николай Максимович Григоренко
Владлен Дмитриевич Коваленко
Юрий Иванович Духанин
Александр Геннадиевич Агупов
Евгений Игнатьевич Васин
Original Assignee
Предприятие П/Я А-3605
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я А-3605 filed Critical Предприятие П/Я А-3605
Priority to SU813242268A priority Critical patent/SU954737A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU954737A1 publication Critical patent/SU954737A1/en

Links

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию технологическими процессами криогенных систем и может быть, использовано в криогенных гелиевых системах.The invention relates to automatic process control of cryogenic systems and can be used in cryogenic helium systems.

Известен способ регулирования гелие-; вой холодильной установки стабилизации давления на входе в установку, стабилизации уровня жидких криогентов в криогенных емкостях, стабилизации уровня температуры^ прямого потока на входе в детандер изменением производительности детандера [1] .A known method of regulating helium-; of a refrigeration unit, stabilization of pressure at the inlet of the unit, stabilization of the level of liquid cryogens in cryogenic tanks, stabilization of the temperature level of the direct flow at the inlet to the expander by changing the productivity of the expander [1].

Недостатком известного способа регулирования является потеря части холодопроизводительности и, таким образом, сн№-15 жение экономичности криогенной гелиевой системы.A disadvantage of the known method of regulation is the loss of part of the cooling capacity and, thus, reduction # 15 of the economy of the cryogenic helium system.

Цель изобретения - повышение экономичности работы гелиевой системы. 20 Указанная цель достигается тем, что отключают контур стабилизации температуры, измеряют расход прямого потока гелия на входе в установку стабилизи2 руют расход прямого потока гелия. на входе в установку изменением производительности детандера при выходе температуры прямого потока гелия на входе в детандер из заданного диапазона .отключают контур стабилизации расхода и включают контур стабилизации температуры, а при достижении детандером максимальной производительности стабилизацию температуры производят дросселированием части прямого потока гелия.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the helium system. 20 This goal is achieved by turning off the temperature stabilization circuit, measuring the direct helium flow rate at the inlet of the unit, stabilizing the direct helium flow rate. at the inlet of the installation, by changing the expander performance when the temperature of the direct helium flow at the inlet of the expander is out of the specified range, the flow stabilization circuit is turned off and the temperature stabilization circuit is turned on, and when the expander reaches its maximum performance, temperature stabilization is performed by throttling part of the direct helium flow.

На чертеже представлена принципиальная схема криогенной гелиевой системы, реализующей предлагаемый способ.The drawing shows a schematic diagram of a cryogenic helium system that implements the proposed method.

Криогенная гелиевая система содержит регенеративные теплообменники 1—4 азот‘ную ванну 5, гелиевую ванну 6, детандер 7, дроссельный вентиль 8, регулирующие вентили 9-11, датчик 12 расхода, датчик 13 температуры, датчик 14 давления датчики 15 и 16 уровня, регуляторы 17-22, логическое устройство 23, объект 24 охлаждения.The cryogenic helium system contains regenerative heat exchangers 1–4 nitrogen bath 5, helium bath 6, expander 7, throttle valve 8, control valves 9-11, flow sensor 12, temperature sensor 13, pressure sensor 14, level 15 and 16 sensors, regulators 17-22, a logic device 23, an object 24 cooling.

д 954757 4d 954757 4

Система работает .следующим образом. Сжатый гелий по линии прямого потока проходит через датчик 12 расхода, теплообменники 1-4, азотную ванну 5, детандер 7, гелиевую ванну 6 и направ- 5 ляется в объект 24 охлаждения. Охлаждение прямого потока осуществляется в теплообменниках 2—4 обратным потоком^ часть прямого потока охлаждается парами азота в теплообменнике 1, далее пря- 10 мой поток охлаждается в ванне 5 с жидким азотом, в детандере 7 за счет расширения гелия, в гелиевой ванне - 6 жидким гелием. В режиме охлаждения система работает с избыточным обратным по-15 током.The system works as follows. Compressed helium in a direct flow line passes through a flow sensor 12, heat exchangers 1-4, a nitrogen bath 5, an expander 7, a helium bath 6 and is directed to a cooling object 24. The direct flow is cooled in heat exchangers 2–4 by the reverse flow; part of the direct flow is cooled by nitrogen vapor in the heat exchanger 1, then the direct flow is cooled in bath 5 with liquid nitrogen, in expander 7 due to expansion of helium, and in helium bath 6 by liquid helium. In cooling mode, the system operates with excess reverse-15 current.

Автоматическое регулирование режимом работы криогенной гелиевой системы осуществляется с помощью системы датчиков, регуляторов и исполнительных ме- 20 ханизмов. В режиме охлаждения объекта 24 сигнал от датчика 12 расхода поступает на регулятор 17, который выдает сигнал на исполнительный механизм изме нения производительности детандера 7, 25 стабилизируя таким образом минимально допустимый по условиям охлаждения объекта расход прямого потока. Уровень жидкого азота в ванне 5 стабилизируется регулятором 20 посредством изменения 30 расхода жидкого азота через вентиль 10. Аналогично построена стабилизация уровня жидкого гелия в ванне 6 посредством датчика 16, регулятора 21 и регулирующего вентиля 11. 35 Automatic control of the operating mode helium cryogenic system is carried out via a system of sensors, controllers and actuators 20 Me- nisms. In the cooling mode of the object 24, the signal from the flow sensor 12 is supplied to the controller 17, which provides a signal to the actuator for changing the performance of the expander 7, 25 thus stabilizing the minimum direct flow rate that is acceptable for the cooling of the object. The level of liquid nitrogen in the bath 5 is stabilized by the regulator 20 by changing 30 the flow rate of liquid nitrogen through the valve 10. Similarly, the stabilization of the level of liquid helium in the bath 6 through the sensor 16, the regulator 21 and the control valve 11. 35

При изменении тепловой' нагрузки в объекте 24 происходит изменение температуры и давления охлаждения, величины испарения жидкого гелия в ванне 6, ве_ 40 личины обратного потока гелия, параметров (давлений, температур, расходов) в установке. Так', при увеличении нагрузки в объекте 24 происходит активное испарение жидкого гелия в ванне 6 и увеличение обратного потока, что приводит к по- 43 нижению температур во всех точках установки. При выходе температуры перед детандером из заданного диапазона на регулятор 17 ’ через логическое устройство 23 поступает сигнал с датчика 13 тем- 50 пературы и контур регулирования, состоящий из датчика 12 расхода, регулятора 17 и детандера 7, отключается, включается контур стабилизации температуры перед детандером, состоящий из датчика 13 55 температуры, регулятора 18, детандера 7. При этом будет увеличиваться прямой поток гелия до тех пор, пока не будет установлена заданная температура перед детандером 7 и снята тепловая нагрузка в объекте 24.When the thermal load in object 24 changes, the temperature and cooling pressure change, the amount of liquid helium vaporization in bath 6, the value of helium back flow, and the parameters (pressures, temperatures, flow rates) in the installation. Thus', when the load increases in the object 24 is an active evaporation of the liquid helium in bath 6 and increase a reverse flow, 43 led to a progressive lowering of the temperature at all points in the installation. When the temperature of the expander outlet before a predetermined range to the controller 17 'via the logic device 23 receives a signal from the sensor 13 and the tem- perature 50 control loop consisting of the sensor 12, flow controller 17 and the expander 7 is disconnected, the temperature stabilization circuit is switched to the expander, consisting of a temperature sensor 13 55 , a regulator 18, an expander 7. In this case, the direct helium flow will increase until a predetermined temperature is established in front of the expander 7 and the thermal load in the object 24 is removed.

Если же тепловая нагрузка продолжает увеличиваться и превышает регламентное .значение, а дальнейшее увеличение производительности детандера невозможно, то тогда от датчика 13 темпера,туры через логическое устройство 23 поотупает сигнал на регулятор 19 и дополнительно включается контур стабилизации температуры, состоящий из датчика 13 температуры, регулятора 19 дроссельного вентиля 8.If the thermal load continues to increase and exceeds the regulatory value, and a further increase in the expander’s productivity is impossible, then the signal to the controller 19 will be dumbed from the temperature sensor 13 through the logic device 23 and, in addition, the temperature stabilization circuit consisting of the temperature sensor 13, the controller 19 throttle valve 8.

При уменьшении тепловой нагрузки регулирование режима работы криогенной системы осуществляется в обратном порядке.With a decrease in heat load, the regulation of the operating mode of the cryogenic system is carried out in the reverse order.

Экономическая эффективность предлагаемого способа, выраженная в снижении удельных затрат на производство холода, составляет 30%, что при холодопроизводительности системы 2100 Вт создает годовую’экономию порядка 20 тыс. руб.The economic efficiency of the proposed method, expressed in reducing the unit cost of producing cold, is 30%, which with a cooling capacity of 2100 W creates an annual’s savings of about 20 thousand rubles.

Claims (1)

Изобретение относитс  к автоматическому регулированию технологическими процессами криогенных систем и может быть, использовано в криогенных гелиевых системах. Известен способ регулировани  гелие-; вой холодильной установки стабилизации давлени  на входе в установку, стабилизации уровн  жидких криогентов в криогенны емкост х, стабилизации уровн  температур . пр мого потока на входе в детандер измене нием производительности детандера l . Недостатком известного способа регулировани   вл етс  потер  части холодепроизводительности и, так м образом, сн№ жение экономичности криогенной гелиевой системы. Цель изобретени  - повышение экономичности работы гелиевой системы. Указанна  цель достигаетс  тем, что отключают контур стабилизации температуры , измер ют расход пр мого потока гели  на входе в установку стабилизируют расход пр мого потока гели . на входе в установку изменением производительности детандера при выходе температуры пр мого потока гели  на входе в детандер из заданного диапазона .отклк чают контур стабилизации расхода и включают контур стабилизации температуры, а при достижении детандером максимальной производительности стабилизацию температуры производ т дросселированием части пр мого потока гели . На чертеже представлена принципиальна  схема криогенной гелиевой cticTeMbi, реализующей предлагаемый способ. Криогенна  гелиева  система содержит регенеративные теплообменники 1-4 азот- ную ванну 5, гелиевую ванну 6, детандер 7, дроссельный вентиль 8, регулирующие вентили 9-11, датчик 12 расхода, датчик 13 температуры, датчик 14 давлени  датчики 15 и 16 уровн , регул торы 17-22, логическое устройство 23, объект 24 охлаждени . Система работает .следующим образом. Сжатый гелий по линии пр мого потока проходит черездатчик 12 расхода, теплообменники 1-4, азотную ванну 5, детандер 7, гелиевую ван,ну 6 и направл етс  в объект 24 охлаждени . Охлаж дение пр мого потока осуществл етс  в теплообменниках 2-4 обратным потоком часть пр мого потока охлаждаетс  парами азота в теплообменнике 1, далее пр мой поток охлаждаетс  в ванне 5 с жидКИМ азотом, в детандере 7 за счет расши рени  гели , в гелиевой ванне - 6 жидким гелием. В режиме охлаждени  система работает с избыточным обратным потоком . Автоматическое регулирование режимом работы криогенной гелиевой системы осуществл етс  с помощью системы датчиков , регул торов и исполнительных механизмов . В охлаждени  объекта 24 сигнал от датчика 12 расхода поступает на регул тор 17, который выдает сигнал на исполнительный механизм изменени  производительности детандера 7, стабилизиру  таким образом минимально допустимый по услови м охлаждени  объекта расход пр мого потока. Уровень жидкого азота в ванне 5 стабилизируетс  регул тором 20 посредством изменени  расхода жидкого азота через вентиль 1О. Аналогично построена стабилизаци  уро н  жидкого гели  в ванне б посредством датчика 16, регул тора 21 и регулирующего вентил  11. При изменении тепловой нагрузки в объекте 24 происходит изменение температуры и давлени  охлаждени , величины испарени  жидкого гели  в ванне 6, величины обратного потока гели , параметров (давлений, температур, расходов) в установке. Так , при увеличении нагрузки в объекте 24 происходит активное испарение жидкого гели  в ванне 6 и увеличе ние обратного потока, что приводит к понижению температур во всех точках установки . При выходе температуры перед детандером из заданного диапазона на регул тор 17 через логическое устройство 23 поступает сигнал с датчика 13 температуры и контур регулировани , состо щий из датчика 12 расхода, регул тора 17 и детандера 7, отключаетс , включает с  контур стабилизации температуры перед детандером, состо щий из датчика 13 температуры, регул тора 18, детандера 7 При этом будет увеличиватьс  пр мой поток гели  до тех пор, пока не будет уста овлена заданна  температура перед детандером 7 и сн та теплова  нагрузка в объекте 24. Если же теплова  нагрузка продолжает увеличиватьс  и преы 1шает реглаентное .значение, а дальнейшее увеличение производительности детандера невозможно , то тогда от датчика 13 температ -ры через логическое устройство 23 поотупает сигнал на регул тор 19 и дополнительно включаетс  контур стабилизации температуры, состо щий из датчика 13 температуры, регул тора 19 дроссельного вентил  8. При уменьщении тепловой нагрузки регулирование режима работы криогенной системы осуществл етс  в обратном пор дке . Экономическа  эффективность предлагаемого способа, выраженна  в снижении удельных затрат на производство холода, составл ет ЗО%, что при холодопроизводительности системы 2100 Вт создает годовуюэкономию пор дка 20 тыс. руб. Формула изобретени  Способ автоматического регулирова и  криогенной гелиевой системьт оборудованной детандером, путем стабилизации да&лени  на входе в установку, стабилизации уровн  жидких криогентов в криогенных емкост х, стабилизации уровн  температуры пр мого потока гели  на входе в детандер изменением производительности Детандера, отличающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности работы гелиевой системы, отключают контур стабилизации температуры, измер ют расход пр мого потока гели  на входе в установку изменением производительности детандера, при выходе температуры пр мого потока гели  на входе в детандер из заданного диапазона отключают контур стаб№изации расхода и включают контур стабилизации температуры, а при достижении детандером максимальной про.из,водительности стабилизацию температуры производ т дросселированием части пр мого потока гели . Источники информации прин тые во внимание при экспертизе IStoee А,р. А {8ех1ЪЕе тиб чригрозе heP/ium re{ri6eratof.-Proceedin65 of . the Second 3nternat opoiB Clrijo, En. Conf. .United, ,l68,p-36,The invention relates to the automatic regulation of technological processes of cryogenic systems and can be used in cryogenic helium systems. There is a method of regulating helium; stabilization of the pressure at the inlet of the installation, stabilization of the level of liquid cryogenes in cryogenic tanks, stabilization of the temperature level. direct flow at the inlet to the expander by varying the performance of the expander l. A disadvantage of the known method of regulation is the loss of part of the cold-performance and, thus, the reduction of the efficiency of the cryogenic helium system. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the helium system. This goal is achieved by disconnecting the temperature stabilization circuit, measuring the flow rate of the direct flow of the gels at the entrance to the installation, stabilizing the flow rate of the direct flow of the gels. At the entrance to the installation, the performance of the expander at the exit of the direct flow temperature of the gels at the entrance to the expander from the specified range turns off the flow stabilization circuit and turns on the temperature stabilization circuit, and when the expander reaches its maximum performance, the temperature is stabilized by gels. The drawing shows a schematic diagram of a cryogenic helium cticTeMbi that implements the proposed method. The cryogenic helium system contains regenerative heat exchangers 1-4 nitrogen bath 5, helium bath 6, expander 7, throttle valve 8, control valves 9-11, flow sensor 12, temperature sensor 13, pressure sensor 14, level sensors 15 and 16, tori 17-22, logic device 23, cooling object 24. The system works as follows. Compressed helium passes through the direct flow through the flow sensor 12, heat exchangers 1-4, nitrogen bath 5, expander 7, helium bath, to 6, and sent to cooling facility 24. The direct flow is cooled in heat exchangers 2-4 by reverse flow. A part of the direct flow is cooled with nitrogen vapor in heat exchanger 1, then the direct flow is cooled in bath 5 with liquid nitrogen, in expander 7 due to expansion of helium, in helium bath - 6 liquid helium. In cooling mode, the system operates with excess back flow. Automatic regulation of the cryogenic helium system operation mode is carried out with the help of a system of sensors, regulators and actuators. In the cooling of the object 24, the signal from the flow sensor 12 is supplied to the regulator 17, which outputs a signal to the executive mechanism for changing the performance of the expander 7, thus stabilizing the flow rate of the forward flow that is minimal according to the cooling conditions of the object. The level of liquid nitrogen in the bath 5 is stabilized by the regulator 20 by changing the flow rate of liquid nitrogen through the valve 1O. Similarly, the stabilization of the level of liquid gels in bath b is constructed by means of sensor 16, controller 21 and control valve 11. When the heat load in object 24 changes, the temperature and cooling pressure change, the amount of evaporation of liquid gel in bath 6, the return flow of gels, parameters (pressure, temperature, flow rate) in the installation. Thus, with an increase in the load in the object 24, an active evaporation of the liquid gel in bath 6 and an increase in the return flow occur, which leads to a decrease in temperatures at all points of the installation. When the temperature in front of the expander from a predetermined range, the regulator 17, through logic device 23, receives a signal from the temperature sensor 13 and the control loop, consisting of the flow sensor 12, the regulator 17 and the expander 7, turns off, turns on the temperature stabilization circuit in front of the expander, consisting of a temperature sensor 13, a regulator 18, an expander 7 This will increase the direct flow of the gels until the specified temperature is set before the expander 7 and the heat load in the object 24 is removed. the heat load continues to increase and exceeds the regulatory value, and further expansion of the expander’s performance is impossible, then the temperature sensor goes through the logic device 23 to the controller 19 and additionally turns on the temperature stabilization circuit, the temperature sensor 13, regulator 19 of the throttle valve 8. When the heat load is reduced, the operating mode of the cryogenic system is controlled in the reverse order. The economic efficiency of the proposed method, expressed in reducing the unit cost of cold production, is 30%, which, given a cooling capacity of 2100 W, creates annual savings of about 20 thousand rubles. The invention is a method of automatically regulated and cryogenic helium system equipped with an expander, by stabilizing a & laziness at the installation inlet, stabilizing the level of liquid cryogents in cryogenic tanks, stabilizing the level of the forward flow temperature of the helium at the inlet to the expander by varying the Deander's performance, in that In order to improve the efficiency of the helium system, the temperature stabilization circuit is turned off, the flow rate of the forward flow of helium at the entrance to the installation is measured by changing the performance of the expander, at the exit of the direct flow temperature, the gels at the inlet to the expander from the specified range shut off the flow stabilization circuit and turn on the temperature stabilization circuit, and when the expander reaches its maximum output, the temperature is stabilized by throttling a portion of the forward flow gels. Sources of information taken into account in the examination of IStoee A, p. A {8х1ЬЕе tib chrygroze heP / ium re {ri6eratof.-Proceedin65 of. the Second 3nternat opoiB Clrijo, En. Conf. .United, l68, p-36,
SU813242268A 1981-01-28 1981-01-28 Method of automatic control of cryogenic helium system SU954737A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813242268A SU954737A1 (en) 1981-01-28 1981-01-28 Method of automatic control of cryogenic helium system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813242268A SU954737A1 (en) 1981-01-28 1981-01-28 Method of automatic control of cryogenic helium system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU954737A1 true SU954737A1 (en) 1982-08-30

Family

ID=20940989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813242268A SU954737A1 (en) 1981-01-28 1981-01-28 Method of automatic control of cryogenic helium system

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU954737A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792290C1 (en) * 2022-07-13 2023-03-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) Method for producing cold at t>4.4 k by a helium refrigerator with an excess reverse flow

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792290C1 (en) * 2022-07-13 2023-03-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) Method for producing cold at t>4.4 k by a helium refrigerator with an excess reverse flow

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR910002048B1 (en) Apparatus for controlling a refrigerant expansion valve in a refrigeration system
US4742689A (en) Constant temperature maintaining refrigeration system using proportional flow throttling valve and controlled bypass loop
US4353409A (en) Apparatus and method for controlling a variable air volume temperature conditioning system
US9671161B2 (en) Controlling liquefaction of natural gas
US6446446B1 (en) Efficient cooling system and method
US5916251A (en) Steam flow regulation in an absorption chiller
SU954737A1 (en) Method of automatic control of cryogenic helium system
CN1039053C (en) Method of and apparatus for controlling condensing agent supply to evaporator with U-shaped tubes
JP2708053B2 (en) Refrigerator temperature controller
DK150251B (en) CONTROL DEVICE FOR KAELE PLANTS
KR920010738B1 (en) Temperature control method for cooling device
SU1458663A1 (en) Device for controlling installation for liquefaction of natural gas
SU819525A1 (en) Method of automatic regulating of cryogenic helium system
US4261719A (en) Method of and apparatus for controlling rate of material air supply to air separation plant
RU2238487C2 (en) Method and device for cryostatting object with varying heat load
SU802744A1 (en) Method of controlling heulium refrigerating plant
JPH06272987A (en) Chilled water system controlling method for air conditioning facility
JP2769423B2 (en) Refrigeration device temperature control method and device
RU2725912C1 (en) Method to control pressure of transcript of refrigerating unit on carbon dioxide gas
SU1247635A1 (en) Device for controlling process of liquid refrigerant
SU929972A1 (en) Method of automatic control of cryogenic helium system preliminary refrigeration stage
SU870869A1 (en) Method of automatic controlling of cryogenic helium system
JPS58130925A (en) Controller for temperature of air conditioner
JPS60202276A (en) Air conditioner
SU438986A1 (en) Automatic control device