Система и способ мониторинга уровня топлива в топливном резервуаре

Система и способ мониторинга уровня топлива в топливном резервуаре

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к системам подачи топлива и более конкретно к системам мониторинга уровня оставшегося топлива в резервуаре подачи топлива.

Уровень техники

В определенных топливных системах, таких как системы газоснабжения пропаном, пропан доставляется потребителям из резервуара со сжиженным пропаном. Резервуар обычно изолирован от каких-либо стационарных топливопроводов и поэтому должен периодически заново наполняться. Поплавковый датчик уровня используется в резервуаре с пропаном для того, чтобы отслеживать уровень сжиженного пропана. В таких системах потребитель периодически смотрит на датчик уровня топлива в резервуаре и затем при необходимости запрашивает доставку пропана. Хотя датчики уровня топлива, установленные в резервуаре, могут давать достоверные показатели уровня сжиженного пропана, оставшегося в резервуаре, их трудно обслуживать и требуются большие затраты времени для того, чтобы при необходимости их ремонтировать, вследствие их размещения внутри самого резервуара.

Изложение сущности изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание системы мониторинга уровня топлива в резервуаре с пропаном, которая не только определяет и отображает уровень сжиженного пропана в резервуаре, но которая также может предоставлять сигнал на центральный пункт, чтобы использовать информацию для того, чтобы отслеживать скорость использования газа и назначать доставку топлива при необходимости, в частности создание датчика скорости подачи поточного газа для определения скорости подачи газа, из которой может быть получен уровень пропана, оставшийся в резервуаре.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 изображает схему системы распределения пропана, включающей в себя датчик скорости подачи, согласно изобретению,

фиг.2 - схему датчика скорости подачи, включающего в себя расходомерную трубку поточной подачи, согласно изобретению,

фиг.3 - продольный разрез датчика скорости подачи газа согласно изобретению,

фиг.4 - схему альтернативной системы распределения газового топлива согласно изобретению,

фиг.5 - блок-схему последовательности операций измерения скорости подачи газового топлива и назначения доставки дополнительного газового топлива в резервуар.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 представлена система 10 распределения пропана, которая включает в себя резервуар 12, содержащий пропан. Регулятор 14 давления регулирует давление газа в топливоводе 16, который подсоединен к датчику 18 скорости подачи. После датчика 18 скорости газ подается по топливовыпуску 20 потребителям 21 пропана. Датчик 18 скорости подачи газа включает в себя линию связи, чтобы представлять сигнал по выходной линии 22, представляющий скорость подачи газа, причем этот сигнал подается на станцию 24 отчетности. Станция 24 отчетности использует информацию о подаче газа для того, чтобы определять уровень пропана, оставшегося в резервуаре 12, и затем может назначать доставку газа в резервуар 12 при необходимости.

На фиг.2 схематически показан датчик 18 скорости подачи в соответствии с настоящим изобретением, который включает в себя расходомерную трубку 26 и дополнительный корпус 28, установленный на расходомерной трубке 26. Подвижный магнит 30 установлен в расходомерной трубке 26 и на него действует скорость подачи газа из топливовода 16 для того, чтобы предоставить изменение магнитной индукции в ответ на изменение скорости подачи газа. Магнитный датчик 32, такой как датчик на основе эффекта Холла, установлен в дополнительном корпусе 28 и рядом с магнитом 30, чтобы обнаруживать изменение магнитной индукции, соответствующее изменению скорости подачи газа. Датчик 34 давления установлен в расходомерной трубке для того, чтобы определять давление газа, впускаемого из топливовода 16. Датчик 36 температуры установлен в дополнительном корпусе 28, чтобы определять температуру газа. Выходы магнитного датчика 32, датчика 34 давления и датчика 36 температуры соединены с линией 37 связи для предоставления соответствующей информации по выходной линии 22 на станцию 24 отчетности. С помощью этой информации скорость подачи газа может быть получена с использованием широко известного алгоритма, такого как универсальное уравнение определения величины газа, и также может быть легко получен уровень газа, оставшегося в резервуаре 12.

Поперечный разрез датчика 18 скорости подачи показан на фиг.3. Расходомерная трубка 26 включает в себя впускную трубку 38 и выпускную трубку 40, которые соединены друг с другом диафрагменной направляющей 42. Впускная трубка 38, выпускная трубка 40 и диафрагменная направляющая 42 выполнены из немагнитного материала, такого как латунь или алюминий. Расходомерная пластина 44 сформирована из пластикового материала и включает в себя ряд расходомерных отверстий 46 для того, чтобы равномерно распределять подаваемый газ из топливовода 16. Пробка 48 с конической резьбой установлена на расходомерной пластине 44 посредством резьбового винта 49.

Подвижный диафрагменный элемент 50 содержит центральное отверстие 51, окружающее пробку 48 с конической резьбой, причем всасывающее отверстие 51a меньше отводящего отверстия 51b, чтобы центральное отверстие 51 отклонялось наружу. Предусмотрено увеличивающееся пространство между пробкой 48 с конической резьбой и центральным отверстием 51 в направлении подачи вниз.

Магнитный элемент 52 установлен на диафрагменном элементе 50 с гибкой диафрагмой 54, имеющей внутренний периметр, вставленный между элементами 50, 52, а внешний периметр диафрагмы размещен между выпускной трубкой 40 и диафрагменной направляющей 42. Магнитный элемент 52 подвижно установлен в полости 56, предусмотренной в выходной трубке 40, так что при изменении скорости подачи газа фиксатор 50 пробки и прикрепленный магнитный элемент 52 перемещаются внутри полости 56. Пружина 58 зафиксирована между выпускной трубкой 40 и диафрагменным элементом 50 и имеет достаточную упругость для того, чтобы перемещать всасывающее отверстие 51a диафрагменного элемента 50 к одному концу пробки 48, как показано на фиг.3, когда нет подачи газа. По мере того, как скорость подачи газа возрастает, диафрагменный элемент 50 и связанный магнитный элемент 52 отодвигаются из закрытого положения и в итоге переходят в положение относительно пробки 48, соответствующее максимальной скорости подачи газа.

Пробка 48 с конической резьбой и отклоняющееся наружу центральное отверстие имеют такую форму, чтобы было прямое линейное соотношение между изменением диафрагмы подачи, т.е. пространством между пробкой 48 с конической резьбой и центральным отверстием 51, и изменением скорости подачи. Другими словами, при закрытой диафрагме (фиг.3) и переходе в полностью открытое положение диафрагмы, которое представляет положение максимальной скорости подачи газа, форма пробки 48 и форма центрального отверстия 51 обеспечивают линейное отношение между изменением магнитной индукции, создаваемой перемещением магнита, и выходом магнитного датчика 32. Таким образом, пробка 48 и центральное отверстие 51 могут быть названы "равнопроцентной пробкой", которая обеспечивает равное процентное отношение диафрагмы подачи, т.е. с каждым равномерным увеличением диафрагменного элемента 50 предусмотрен постоянный процент изменения подачи через диафрагму подачи. Таким образом, имеется линейное отношение между магнитной индукцией и выходом магнитного датчика 32 в ответ на изменение скорости подачи через диафрагму подачи.

В созданном опытном варианте осуществления изобретения центральное отверстие сформировано отклоняющимся наружу под углом около 10°, а пробка с конической резьбой сформирована отклоняющейся внутрь под углом около 6°.

Крепежное отверстие 60 во впускной трубке 38 позволяет установить датчик 34 давления. Использование выходного сигнала магнитного датчика 32, а также сигналов от датчика 34 давления и датчика 36 температуры позволяет определить скорость подачи газа с помощью алгоритма, хорошо известного в данной отрасли. После того как скорость подачи газа определена, объем газа, остающегося в резервуаре 12 с пропаном, может быть легко определен, и может быть запланирована доставка топлива.

На фиг.4 показана альтернативная система 100 подачи топлива, имеющая резервуар 102 для хранения топлива, такого как сжиженный пропан. Резервуар 102 может быть размещен в удаленном пункте или иным способом изолирован от доступа к топливопроводу. Следовательно, резервуар 102 должен периодически заново наполняться топливом из распределительного центра. Резервуар 102 включает в себя выпуск 104, соединенный с подводящим трубопроводом 106 для доставки газового топлива одному или более потребителям 108, и регулятор 110 давления, который регулирует давление газа в подводящем трубопроводе 106.

Датчик скорости подачи, например модуль 112 замера подачи, предусмотрен для определения подачи газового топлива и формирования сигнала, предоставляющего информацию о подаче топлива. В проиллюстрированном варианте осуществления регулятор 110 и модуль 112 замера подачи интегрированы для того, чтобы образовать интеллектуальный регулятор давления. В альтернативном варианте регулятор 110 и датчик скорости подачи могут быть предусмотрены как отдельные компоненты. Модуль 112 замера подачи включает в себя процессор 113, память 115 и линию 114 связи для предоставления сигнала по выходной линии 116.

Станция 118 отчетности, которая может размещаться удаленно от модуля 112 замера подачи, например, в центре распределения топлива, подсоединена к линии 114 связи посредством выходной линии 116. Станция 118 отчетности может включать в себя контроллер 120, имеющий память 122. Станция 118 отчетности принимает информацию о подаче топлива и назначает доставку газа на замену в резервуар 102 по мере необходимости.

Пропан хранится в резервуаре 102 как жидкость. Резервуар может требовать подачи давления, чтобы поддерживать пропан в жидком состоянии. Когда регулятор 110 открывается, пропан выходит из резервуара в газообразном состоянии и проходит через подводящий трубопровод 106. Когда пропан проходит через подводящий трубопровод 106, датчик расхода замеряет технологические параметры, которые могут быть использованы для того, чтобы вычислить скорость подачи газа. От регулятора 110 и датчика расхода газовое топливо поступает через подводящий трубопровод 106 конечному потребителю 108.

На фиг.5 представлены блок-схема последовательности операций способа мониторинга уровня топлива в резервуаре и график доставки дополнительного топлива в резервуар, который может выполняться посредством системы 100 распределения топлива. На этапе 150 емкость резервуара сохраняется в памяти. Если датчик скорости подачи включает в себя процессор и память, как, например, в модуле 112 замера подачи, емкость резервуара может быть сохранена либо в памяти 115 модуля замера подачи, либо в памяти 122 контроллера станции отчетности, либо и там, и там.

На этапе 152 измеряется скорость подачи газового топлива через подводящий трубопровод 106. Как указывалось выше, скорость подачи может быть получена с помощью любого известного способа или устройства. Если используется модуль 112 замера подачи, скорость подачи выводится с помощью стандартного уравнения подачи и измеренных технологических параметров, таких как давление жидкости перед и за сечением и положение дросселирующего элемента. Альтернативно, контроллер 120 станции отчетности может быть запрограммирован с помощью уравнения подачи, и модуль 112 замера подачи может просто переадресовывать измеренные параметры в контроллер 120. На основе измеренной скорости подачи израсходованный объем топлива вычисляется на этапе 154. Кроме того, израсходованный объем может быть вычислен модулем 112 замера подачи или контроллером 120 станции отчетности.

На этапе 156 определяется уровень оставшегося топлива в резервуаре. Уровень оставшегося топлива может быть вычислен посредством вычитания объема израсходованного топлива из сохраненной емкости резервуара. Чтобы вычислить уровень оставшегося топлива, объем израсходованного топлива должен сначала быть преобразован из объема газа в объем жидкости, чтобы определить объем оставшейся жидкости пропана в резервуаре 102. Альтернативно, объем жидкости может быть преобразован в объем газа, и объем израсходованного топлива может быть вычтен из объема газа в резервуаре 102.

На основе уровня оставшегося топлива оповещение о том, что топливо заканчивается, может быть сформировано на этапе 158. Оповещение о низком уровне топлива может быть сформировано, когда уровень оставшегося топлива соответствует введенному потребителем нижнему пределу уровня. Этапы 156 и 158 могут быть выполнены еще раз либо станцией 118 отчетности, либо датчиком расхода. В итоге, станция 118 отчетности может назначать доставку дополнительного топлива в резервуар на этапе 160. Новая доставка может быть назначена в ответ на оповещение о низком уровне топлива и обеспечивается контроллером 120 станции отчетности.

Следует принимать во внимание, что различные устройства могут быть использованы в качестве датчика скорости подачи, каждое из которых может генерировать различную информацию о подаче топлива. Датчик скорости подачи может просто определять давление жидкости перед сечением, давление жидкости за сечением и положение дросселирующего элемента регулятора. Эти измеренные переменные параметры затем могут быть переадресованы станции 118 отчетности, которая может быть запрограммирована, чтобы вычислять скорость подачи на основе переменных параметров. Альтернативно, датчик расхода может определять технологические параметры и вычислять скорость подачи топлива, которая затем переадресуется станции 118 отчетности. В ответ станция 118 отчетности может вычислить общий объем израсходованного газового топлива и уровень оставшегося топлива в резервуаре. Дополнительно, если датчик скорости подачи включает в себя микропроцессор, как, например, в случае с модулем 112 замера подачи, он может проводить каждое из вышеуказанных вычислений и переадресовывать только оповещение о низком уровне топлива станции 118 отчетности. Альтернативно, датчик скорости подачи может вычислять подачу топлива и объем израсходованного топлива и переадресовывать объем израсходованного топлива станции 118 отчетности. Станция отчетности может включать в себя память, хранящую емкость резервуара и низкий уровень топлива, и поэтому может вычислять оставшийся объем резервуара и генерировать оповещение о низком уровне топливе при необходимости.

Помимо генерирования информации о скорости подачи для определения уровня оставшегося топлива в резервуаре, датчик расхода может переадресовывать дополнительную информацию станции 118 отчетности для других диагностических целей. Например, датчик расхода может включать в себя память для хранения верхних и нижних пределов давления, логически основанные условия оповещений или другие управляющие технологические параметры, которые могут показывать отказ оборудования системы или ненормальные условия эксплуатации. Модуль 112 замера подачи может генерировать оповещения на основе этих параметров и переадресовывать оповещения станции 118 отчетности, которая может отвечать посредством назначения посещения для обслуживания системы газоснабжения.

Вышеприведенное подробное описание предоставлено для облегчения понимания, а не ограничения, поскольку модификации очевидны специалистам в данной области техники.

1. Способ мониторинга уровня жидкого топлива в резервуаре, имеющем заданную емкость, причем резервуар соединен с подводящим топливным трубопроводом, по которому топливо подают в газообразной форме, заключающийся в том, чтоизмеряют расход газообразного топлива, протекающего по подводящему трубопроводу,вычисляют объем израсходованного топлива на основе измеренного расхода,определяют уровень оставшегося жидкого топлива в резервуаре на основе объема израсходованного топлива и емкости резервуара,осуществляют незамедлительную подачу жидкого топлива в резервуар в ответ на уровень оставшегося жидкого топлива, для чего регулятор размещают в подводящем трубопроводе,используют модуль измерения расхода, имеющий процессор и память и предназначенный для измерения расхода топлива, протекающего через подводящий трубопровод, при этомпосредством модуля измерения расхода вычисляют объем израсходованного топлива на основе расхода газообразного топлива,так что посредством модуля измерения расхода определяют уровень оставшегося жидкого топлива в резервуаре на основе объема израсходованного топлива и емкости резервуара, причем модуль измерения расхода содержит линию связи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуль измерения расхода интегрирован с регулятором.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроллер станции отчетности подсоединен к модулю измерения расхода посредством линии связи.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что посредством модуля измерения расхода передают уровень оставшегося жидкого топлива в резервуаре контроллеру станции отчетности.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно генерируют аварийный сигнал низкого уровня топлива, когда уровень оставшегося жидкого топлива в резервуаре соответствует низкому уровню, причем доставку жидкого топлива в резервуар ускоряют в ответ на аварийный сигнал о низком уровне топлива.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что контроллер станции отчетности формирует аварийный сигнал о низком уровне топлива, когда уровень жидкого топлива в резервуаре соответствует нижнему пределу уровня.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что объем резервуара содержит объем жидкости в резервуаре, и объем израсходованного топлива вычисляют как объем израсходованного газообразного топлива, при этом дополнительно преобразуют объем израсходованного газообразного топлива в объем израсходованного жидкого топлива до определения уровня оставшегося жидкого топлива в резервуаре.

8. Система мониторинга уровня жидкого топлива в резервуаре для хранения топлива в жидком состоянии и доставки топлива в газообразном состоянии, содержащаярезервуар, имеющий известный объем для жидкости,подводящий трубопровод, соединенный с резервуаром,регулятор, размещенный в подводящем трубопроводе,датчик расхода, связанный с подводящим трубопроводом и предназначенный для генерирования сигнала расхода топлива, причем датчик расхода имеет линию связи для передачи сигнала расхода топлива, и содержит также модуль измерения расхода, интегрированный с регулятором, при этом модуль измерения расхода содержит процессор и память, причем процессор модуля измерения расхода запрограммирован для вычисления объема израсходованного топлива на основании расхода топлива,станцию отчетности, связанную с датчиком расхода по линии связи для приема сигнала о расходе топлива, а станция отчетности содержит контроллер, имеющий память, запрограммированную для доставки топлива по графику в ответ на сигнал о расходе топлива.

9. Система по п.8, в которой объем резервуара сохранен в памяти модуля измерения расхода, при этом процессор модуля измерения расхода запрограммирован для вычисления уровня оставшегося топлива в резервуаре на основе объема израсходованного топлива и объема резервуара.

10. Система по п.9, в которой уровень оставшегося топлива в резервуаре передается на станцию отчетности, при этом память станции отчетности включает в себя нижний предел уровня топлива, контроллер станции отчетности запрограммирован для формирования аварийного сигнала нижнего уровня, когда уровень оставшегося топлива в резервуаре соответствует пределу нижнего уровня топлива.

11. Система по п.10, в которой контроллер станции отчетности запрограммирован для составления графика доставки топлива в резервуар в ответ на аварийный сигнал нижнего уровня топлива.

12. Система по п.8, в которой объем резервуара сохранен в памяти станции отчетности, и объем израсходованного топлива передается на станцию отчетности, при этом контроллер станции отчетности запрограммирован для вычисления уровня оставшегося топлива в резервуаре на основе объема израсходованного топлива и емкости резервуара.

13. Система по п.12, в которой память станции отчетности сохраняет предельную величину нижнего уровня топлива, а контроллер станции отчетности запрограммирован для генерирования аварийного сигнала нижнего уровня топлива, когда уровень оставшегося топлива в резервуаре соответствует пределу нижнего уровня топлива.

14. Система по п.13, в которой контроллер станции отчетности запрограммирован для определения графика доставки топлива в резервуар в ответ на аварийный сигнал нижнего уровня топлива.

15. Система по п.14, в которой объем резервуара сохранен как объем жидкости, а контроллер станции отчетности принимает объем израсходованного топлива как объем газообразного топлива и запрограммирован для преобразования объема газообразного топлива в объем жидкого топлива до вычисления уровня оставшегося топлива в резервуаре.