UA152859U

UA152859U - Система зберігання та подачі водню

Info

Publication number: UA152859U
Application number: UAU202203366U
Authority: UA
Inventors: Юрій Олексійович Абрамов; Валентина Іванівна Кривцова; Андрій Олександрович Михайлюк
Original assignee: Національний Університет Цивільного Захисту України
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-04-19

Abstract

Система зберігання та подачі водню має газогенератор, зразок гідрореагуючого складу, датчик рівня води, підсилювач, тригер, підсилювачі потужності, електромагнітний клапан, ємність для компенсації, електричний двигун, редуктор, заслінку, яка розміщена у вихідному отворі газогенератора, датчик тиску, датчик положення заслінки, ключі, вимірювач фази, генератор та блок управління. Вихід датчика рівня води через підсилювач, тригер та перший підсилювач потужності з'єднаний із входом управління електромагнітного клапана, через який порожнина газогенератора з'єднана із ємністю для компенсації. Вихід датчика тиску з'єднаний із входом першого ключа, перший вихід якого з'єднаний із першим входом другого ключа, вихід якого через другий підсилювач з'єднаний із обмоткою управління електричного двигуна, вал якого через редуктор з'єднаний із заслінкою, вихід датчика положення заслінки з'єднаний із входом третього ключа, другий вихід якого з'єднаний із другим входом вимірювача фази, перший вхід якого з'єднаний із другим виходом першого ключа. Входи управління ключем з'єднані із виходом блока управління. Введено два ключі, вимірювач амплітуди та обчислювальний блок, вихід якого з'єднаний із входом блока управління. Другий вихід першого ключа з'єднаний із першим входом п'ятого ключа, вихід якого через вимірювач амплітуди з'єднаний із другим входом обчислювального блока, перший вхід якого з'єднаний із виходом вимірювача фази, другий вхід другого ключа з'єднаний із виходом четвертого ключа, перший та другий входи якого з'єднані відповідно із першим та другим виходами генератора. Другий вихід блока управління з'єднаний із входами управління четвертого та п'ятого ключів.

Description

Корисна модель належить до області водневої енергетики, зокрема до систем одержання, зберігання та подачі водню, і може бути використана як в стаціонарному, так і в нестаціонарному варіантах.

Відома система зберігання та подачі водню, яка включає газогенератор, зразок гідрореагуючого складу, датчик рівня води, підсилювачі, тригер, підсилювачі потужності, електромагнітний клапан, ємність для компенсації, датчик тиску, комутатори, електричний двигун, редуктор, заслінку, пристрій для порівняння амплітуд, пристрій для порівняння частот, елемент І та блок управління, при цьому вихід датчика рівня води через перший підсилювач, тригер та перший підсилювач потужності з'єднані із входом управління електромагнітного клапана, через який порожнина газогенератора з'єднана із ємністю для компенсації, заслінка розміщена у вихідному отворі газогенератора і з'єднана із виходом редуктора, вхід якого з'єднаний із валом електричного двигуна, його обмотка управління підключена до виходу другого підсилювача потужності, перший вихід блока управління з'єднаний із входами управління комутаторів, вхід першого комутатора підключений до виходу датчика тиску, перший вихід першого комутатора з'єднаний із першим входом другого комутатора, вихід якого підключений до входу другого підсилювача потужності, другий вихід першого комутатора через підсилювач з'єднаний із другим входом другого комутатора та із першими входами пристрою для порівняння амплітуд та пристрою для порівняння частоти, виходи цих пристроїв з'єднані із входами елемента І, його вихід підключений до входу блока управління, другий вихід якого з'єднаний із другим входом пристрою для порівняння амплітуд, а третій вихід блока управління з'єднаний із другим входом пристрою для порівняння частот |11.

Недоліком такої системи зберігання та подачі водню є те, що при контролі технічного стану системи не враховуються її фазові властивості.

Найближчим аналогом є система зберігання та подачі водню, яка включає газогенератор, зразок гідрореагуючого складу, датчик рівня води, підсилювач, тригер, підсилювачі потужності, електромагнітний клапан, ємність для компенсації, датчик тиску, комутатори, електричний двигун, редуктор, заслінку, яка розміщена у вихідному отворі газогенератора, генератор, датчик положення заслінки, вимірювач фази, цифро-аналоговий перетворювач, пристрій порівняння та блок управління, вихід якого з'єднаний із входами управління комутаторів, вихід датчика рівня

Зо води через підсилювач, тригер та перший підсилювач потужності з'єднані із входом управління електромагнітного клапана, через який порожнина газогенератора з'єднана із ємністю для компенсації, вихід датчика тиску з'єднаний із входом першого комутатора, перший вихід якого з'єднаний із першим входом другого комутатора, вихід якого через другий підсилювач потужності з'єднаний із обмоткою управління електричного двигуна, вал якого через редуктор з'єднаний із заслінкою, датчик положення заслінки з'єднаний із входом третього комутатора, другий вихід першого комутатора з'єднаний із першим входом вимірювача фази, відповідні виходи якого з'єднані з відповідними входами цифро-аналогового перетворювача, другий вхід другого комутатора з'єднаний із виходом генератора, перший вхід пристрою порівняння з'єднаний із виходом цифро-аналогового перетворювача, другий вхід пристрою порівняння з'єднаний із джерелом еталонного сигналу, а вихід пристрою порівняння з'єднаний із входом блока управління (21.

Недоліком такої системи зберігання та подачі водню є те, що при контролі її технічного стану не в повній мірі враховуються її динамічні властивості, внаслідок чого достовірність контролю не є високою.

В основу корисної моделі поставлена задача з підвищення достовірності контролю технічного стану системи зберігання та подачі водню за рахунок одержання додаткової інформації стосовно її динамічних властивостей.

Поставлена задача вирішується тим, що в системі зберігання та подачі водню, яка включає газогенератор, зразок гідрореагуючого складу, датчик рівня води, підсилювач, тригер, підсилювачі потужності, електромагнітний клапан, ємність для компенсації, електричний двигун, редуктор, заслінку, яка розміщена у вихідному отворі газогенератора, датчик тиску, датчик положення заслінки, ключі, вимірювач фази, генератор та блок управління, при цьому вихід датчика рівня води через підсилювач, тригер та перший підсилювач потужності з'єднаний із входом управління електромагнітного клапана, через який порожнина газогенератора з'єднана із ємністю для компенсації, вихід датчика тиску з'єднаний із входом першого ключа, перший вихід якого з'єднаний із першим входом другого ключа, вихід якого через другий підсилювач потужності з'єднаний із обмоткою управління електричного двигуна, вал якого через редуктор з'єднаний із заслінкою, вихід датчика положення заслінки з'єднаний із входом третього ключа, другий вихід якого з'єднаний із другим входом вимірювача фази, перший вхід якого з'єднаний із 60 другим виходом першого ключа, а входи управління ключів з'єднані із виходом блока управління, згідно з корисною моделлю, додатково введено два ключі, вимірювач амплітуди та обчислювальний блок, вихід якого з'єднаний із входом блока управління, другий вихід першого ключа з'єднаний із першим входом п'ятого ключа, вихід якого через вимірювач амплітуди з'єднаний із другим входом обчислювального блока, перший вхід якого з'єднаний із виходом вимірювача фази, другий вхід другого ключа з'єднаний із виходом четвертого ключа, перший та другий входи якого з'єднані відповідно із першим та другим виходами генератора, а другий вихід блока управління з'єднаний із входами управління четвертого та п'ятого ключів.

На кресленні наведена схема системи зберігання та подачі водню, де зображено: 1 - газогенератор; 1.1 - вода; 2 - зразок гідрореагуючого складу; З - датчик рівня води; 4 - підсилювач; 5 - тригер; 6, 12 - підсилювачі потужності; 7 - електромагнітний клапан; 8 - ємність для компенсації; 9 - датчик тиску; 10, 11, 18, 21, 23 - ключі; 13 - електричний двигун; 14 - редуктор; 15 - вихідний отвір газогенератора; 16 - заслінка; 17 - датчик положення заслінки; 19 - блок управління; 20 - генератор; 22 - вимірювач фази; 24 - вимірювач амплітуди; 25 - обчислювальний блок. Вихід датчика рівня води З через підсилювач 4, тригер 5 та підсилювач потужності б з'єднаний із входом управління електромагнітного клапана 7, через який порожнина газогенератора 1 з'єднана із ємністю для компенсації 8. Вихід датчика тиску 9 з'єднаний із входом ключа 10, перший вихід якого з'єднаний із першим входом ключа 11, вихід якого через підсилювач потужності 12 з'єднаний із обмоткою управління електричного двигуна 13. Вал цього електричного двигуна через редуктор 14 з'єднаний із заслінкою 16, яка розміщена у вихідному отворі 15 газогенератора 1. Другий вихід ключа 10 з'єднаний із першим входом вимірювача фази 22 та ключа 23. Другий вхід ключа 11 з'єднаний із виходом ключа 21, перший вхід якого з'єднаний із першим виходом генератора 20, а його другий вихід з'єднаний із другим входом ключа 21, вхід управління якого та вхід управління ключа 23 з'єднані із другим виходом блока управління 19, а його перший вихід з'єднаний із входами управління ключів 10, 11 та 18.

Вихід датчика положення 17 заслінки 16 з'єднаний із входом ключа 18, другий вихід якого з'єднаний із другим входом вимірювача фази 22, вихід якого з'єднаний із першим входом обчислювального блока 25. Вихід ключа 23 через вимірювач амплітуди 24 з'єднаний із другим входом обчислювального блока 25, а його вихід з'єднаний із входом блока управління 19.

Система зберігання та подачі водню працює наступним чином.

Процес генерації водню здійснюється внаслідок взаємодії води 1.1 із зразком гідрореагуючого складу 2. При генерації водню забезпечується контроль рівня води 1.1 в порожнині газогенератора 1, що здійснюється за допомогою датчика рівня води 3. При перевищенні рівня води 1.1 вище нормативної величини за сигналом від датчика рівня води 3, який поступає через підсилювач 4, тригер 5 та підсилювач потужності 6 на вхід управління електромагнітного клапана 7, вода 1.1 із порожнини газогенератора 1 через цей електромагнітний клапан надходить до ємності для компенсації 8. Для забезпечення нормативного значення тиску в порожнині газогенератора 1 використовується інформація, яка у вигляді сигналу, що надходить з виходу датчика тиску 9, через ключі 10, 11 та підсилювач потужності 12 до обмотки управління електричного двигуна 13, за допомогою якого через редуктор 14 змінюється положення заслінки 16. Внаслідок цього в порожнині газогенератора 1 змінюється тиск таким чином, що його величина наближається до нормативного значення.

В режимі самоконтролю газогенератора 1 по команді від блока управління 19 здійснюється перекомутація ключів 10, 11 та 18. Внаслідок цього сигнал синусоїдальної форми частоти Фо з виходу генератора 20 через ключі 11 та 21 надходить на вхід підсилювача потужності 12, за допомогою якого, а також за допомогою електричного двигуна 13 та редуктора 14, заслінка 16 буде здійснювати гармонічні коливання частоти Фо. Сигнали з виходів датчика положення 17 заслінки 16 через ключ 18 та датчика тиску 9 через ключ 10 надходять на входи вимірювача фази 22, де здійснюється вимірювання значення фазово-частотної характеристики Ф(довАо) газогенератора 1 на частоті Фо. Крім цього, сигнал з виходу датчика тиску 9 через ключі 10 та 23 надходить до вимірювача амплітуди 24, де здійснюється вимірювання значення амплітудно- частотної характеристики А(Фо) газогенератора 1 на частоті Фо. Результати вимірювання надходять до обчислювального блока 25, внаслідок чого блок управління 19 видає команду на перекомутацію ключів 21 та 23. З виходу генератора 20 через ключі 11 та 21 на вхід підсилювача потужності 12 буде надходити синусоїдальний сигнал частоти оо-до і заслінка 16 буде здійснювати коливання із такою частотою. Сигнали з виходів датчика положення 17 заслінки 16 через ключ 18 та з виходу датчика тиску 9 через ключ 10 будуть надходити на входи вимірювача фази 22, де буде здійснюватися вимірювання значення фазово-частотної характеристики Ф(ФфонАФ) газогенератора 1. Результат вимірювання надходить до обчислювального блока 25. бо Фазово-частотна характеристика ф(о) газогенератора 1 має опис

Ф(в)--агсідот, (1) де Фо - кругова частота; т - постійна часу газогенератора 1, а амплітудно-частотна характеристика Ас(о) газогенератора 1 описується виразом

А(в) - ки «(вх | щі (г) де К - коефіцієнт передачі газогенератора 1.

Із (1) витікає де(в) - р (ех | ' до ;(3) що із врахуванням (2) трансформує цей вираз наступним чином де(в) - ЧА х до (4

Внаслідок того, що де(в) іт ле(в). іт віх ле) тт) Того ло)-Фф(о)|лю до Лю-0 До Ао-30 Ав ; (5) то після об'єднання (4) та (5) вираз для постійної часу т газогенератора 1 буде мати вигляд (при о - Фо) - 2 - т--|КА (во) | | Ф(оо з Ав) -Ф(во) |Ао (в)

Згідно з цим виразом, обчислювальний блок 25 визначає величину постійної часу т газогенератора 1 і порівнює її з нормативним значенням. При їх співпадінні до малої величини є видається команда до блока управління 19, який видає команду на перекомутацію ключів 10, 11, 18, 21 та 23 і система зберігання та подачі водню переходить до штатної роботи.

Згідно з виразом (б), для визначення результату контролю технічного стану системи зберігання та подачі водню використовується амплітудно-частотна характеристика А(о) та фазово-частотна характеристика Фф(о) газогенератора, які повністю визначають його динамічні властивості. В системі зберігання та подачі водню (2| результат контролю її технічного стану визначається лише за допомогою фазово-частотної характеристики ф(о) газогенератора, внаслідок чого в системі, згідно з корисною моделлю, що заявляється, достовірність контролю її технічного стану буде вищою.

Таким чином, введення двох ключів вимірювача амплітуди і обчислювального блока та зв'язків, що ними обумовлені, забезпечують підвищення достовірності контролю технічного стану системи зберігання та подачі водню за рахунок одержання додаткової інформації стосовно її динамічних властивостей.

Зо Джерела інформації: 1. Патент України Мо 128070, МПК СО1В 3/06, 2018. 2. Патент України Мо 148864, МПК СО1В 3/06, 2021.

Claims

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Система зберігання та подачі водню, яка включає газогенератор, зразок гідрореагуючого складу, датчик рівня води, підсилювач, тригер, підсилювачі потужності, електромагнітний клапан, ємність для компенсації, електричний двигун, редуктор, заслінку, яка розміщена у вихідному отворі газогенератора, датчик тиску, датчик положення заслінки, ключі, вимірювач фази, генератор та блок управління, при цьому вихід датчика рівня води через підсилювач, тригер та перший підсилювач потужності з'єднаний із входом управління електромагнітного клапана, через який порожнина газогенератора з'єднана із ємністю для компенсації, вихід датчика тиску з'єднаний із входом першого ключа, перший вихід якого з'єднаний із першим входом другого ключа, вихід якого через другий підсилювач з'єднаний із обмоткою управління електричного двигуна, вал якого через редуктор з'єднаний із заслінкою, вихід датчика положення заслінки з'єднаний із входом третього ключа, другий вихід якого з'єднаний із другим входом вимірювача фази, перший вхід якого з'єднаний із другим виходом першого ключа, а входи управління ключем з'єднані із виходом блока управління, яка відрізняється тим, що введено два ключі, вимірювач амплітуди та обчислювальний блок, вихід якого з'єднаний із входом блока управління, другий вихід першого ключа з'єднаний із першим входом п'ятого ключа, вихід якого через вимірювач амплітуди з'єднаний із другим входом обчислювального блока, перший вхід якого з'єднаний із виходом вимірювача фази, другий вхід другого ключа з'єднаний із виходом четвертого ключа, перший та другий входи якого з'єднані відповідно із першим та другим виходами генератора, а другий вихід блока управління з'єднаний із входами управління четвертого та п'ятого ключів.

Ів Й до ше де і Ї їв 15 я Є ! ни я рено В. зе З хо У а З , і м ЩІ і | ті ! Финжжннкнмній Динккккккккиий я у ша ; ЩІ де - : Ї і 55 к фі ; яка ПИШИ хни: уеоксосоососоя ; нини їм ши І | хі :