| |||||
|
| |||||
СОРБЦИОННЫЙ ГИДРОСЕНСОРНЫЙ КАБЕЛЬ – НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИНаличие систем сигнализации о наступлении критических ситуаций, связанных с водой и огнем, является обязательным требованием для функционирования практически всех технически сложных объектов.
Рис. 1. Схема точечного гидросенсорного датчика. Этих недостатков лишены получившие распространение за рубежом гидросенсорные кабели (рис. 2). Они также работают на принципе залива водой сенсорных элементов. Но эти элементы представляют собой не точки, а пару параллельных проводов с оболочкой одной из разновидностей трансэнергопластиков [1] — специальной высокоэлектропроводящей пластмассы (обозначены черным цветом на рис. 3), которые обвиваются вокруг несущей конструкции кабеля.
а) б)
Рис. 3. Структура гидросенсорного кабеля.
Поступающая вода постепенно увеличивает уровень и, достигнув сенсорных поверхностей, замыкает в месте про- При этом полностью отпадает необходимость в дорогостоящих коммуникационных сетях, существенно расширяется контролируемая площадь, с помощью одного кабеля становится возможным мониторить сразу несколько помещений. Дополнительным преимуществом таких кабелей является повышение чувствительности — они имеют в 2–3 раза более низкий по сравнению с точечными датчиками порог срабатывания. Эти кабели легко сгибаются, удобны для монтажа, их сенсорная поверхность, изготовленная из электропроводящей пластмассы, абсолютно не подвержена главному врагу металлов — коррозии. Они долговечны, могут работать во влажных средах много лет, практически не требуя затрат на свое обслуживание. Однако, при всех своих преимуществах, гидросенсорные кабели имеют также ряд серьезных ограничений: Всех этих недостатков лишено предложенное нами новое решение для детектирования утечек воды — сорбционный гидросенсорный кабель (СГК) — рис. 4 [2].
Рис. 4. Внешний вид сорбционного гидросенсорного кабеля.
Сорбционный гидросенсорный кабель Принцип работы этого кабеля основан на явлениях сорбции. Сорбция (от лат. Sorbeo — поглощаю) — поглощение твердым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом, поглощающее твердое тело или жидкость — сорбентом. В свою очередь, различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (т. е. не зависящими от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Конструкция сорбционного гидросенсорного кабеля представлена на рис. 5. Кабель состоит из двух параллельных гибких сенсорных элементов — находящихся под напряжением металлических жил, с оболочкой из высокоэлектропроводящей пластмассы — 4. От взаимозамыкания жилы предохраняются за счет диэлектрического пластикового прутка 5, обвитого вокруг них в виде восьмерок. Вся конструкция помещена в «сорбционный» чехол 3, изготовленный из капиллярнопористого волокнообразного материала, обладающего в сухом состоянии диэлектрическими свойствами.
а) б) Схема работы сорбционного кабеля. Вода 1, соприкасаясь с чехлом 3 за счет совокупности сорбционных и капилярнопористых эффектов начинает впитываться (распространяться по толщине чехла), образуя при этом совокупность электропроводящих взаимопроникающих микроканалов. В конечном итоге эти микроканалы замыкают электропроводящие поверхности двух сенсорных элементов 4. При замыкании генерируется сигнал ΔUv (рис. 5, б), передаваемый далее по металлической сердцевине сенсорных элементов. После соответствующей процедуры обработки сигнала на пульте управления появляется сообщение о факте затопления и его координатах.
Новые, не имеющие аналогов, функциональные возможности сорбционных гидросенсорных кабелей Детектирование пара Механизм работы и фактический уровень чувствительности СГК таковы, что он срабатывает на появление вблизи его поверхности воды в любом фазовом состоянии (не только в виде жидкости, но и в виде пара). Пар конденсируется в виде микрокапель на поверхности сорбционого чехла, которые затем впитываются и замыкают сенсорные жилы — генерируют соответствующий электрический сигнал (рис. 6).
Рис. 6. Принцип работы паросенсорного кабеля.
Это позволило создать прототип первого в мире паросенсорного кабеля, способного детектировать воздействие на него практически любых количеств водяного пара на любом участке своей длины. Иглообразная поверхность кабеля облегчает процесс конденсации пара на СГК, повышая его быстродействие (рис. 7 а).
а) б) Один СГК такой конструкции способен заменить десятки дорогостоящих, крупногабаритных точечных датчиков пара, работающих на принципе предварительного накопления конденсата (рис. 7 б). В силу механизма работы СГК у него практически отсутствует нижний порог срабатывания по количеству детектируемой воды (экспериментально подтверждено «срабатывание» СГК при попадании на него микрокапель воды массой от 0,02 г). Такой уровень чувствительности по воде делает возможным создание не имеющих в мире аналогов систем мониторинга появления микротрещин в ответственных, работающих под давлением системах паро- и водотрубопроводов (ТЭЦ, АЭС, жилищно-городское хозяйство, химические производства, морской, речной, подводный флот и т. д.), рис. 8.
Рис. 8. Пример мониторинга: подводный флот. Зафиксировать момент начала образования микротрещин в ответственных паро- и водотрубопроводах — это означает по существу вовремя предотвратить их развитие и катастрофические последствия неминуемого в дальнейшем прорыва труб (рис. 9).
Рис. 9. Примеры аварийных протечек.
Начало образования микротрещины 2 связывается с появлением сопровождающих ее первых микрокапель воды — 3, либо малых количеств пара (рис. 10).
а) б) Эти микрокапли стекают по поверхности трубы вниз, где и фиксируются (точка 4) прикрепленным снизу сорбционным гидросенсорным кабелем 5 (желтый цвет). Развернутые на основе СГК системы раннего обнаружения микротрещин позволяют, конечно, параллельно выполнять и стандартную для традиционных гидросенсоров функцию — регистрировать протечки фланцев, уплотнений, переходников и т. д.
Независимость работы от ориентации в пространстве Благодаря капиллярнопористой морфологии структуры внешней оболочки СГК — сорбционного чехла, его работа полностью независима от фактора ориентации в пространстве. На рис. 11 голубым цветом показаны контролируемые в здании поверхности.
Рис. 11. Схема контролируемых поверхностей здания. Способность работать при любой ориентации в совокупности с высочайшей (по существу молекулярной) чувствительностью к воде позволяют СГК фиксировать появление таких широко распространенных и нежелательных событий, как появление сырости (в ряде случаев и сопутствующей ей плесени), образование конденсата абсолютно на любых поверхностях — полах, стенах, потолках (рис. 12).
Рис. 12. Возможные для фиксации потолочные протечки.
Такие возможности будут востребованы в многочисленных комплексах хранения продовольствия и специального оборудования (системы Госрезерва МО и МЧС), системах кондиционирования гражданского и промышленного назначения. Они позволят свести к минимуму применяемый в настоящее время для этих целей визуальный контроль. Перечисленные области применения не исчерпывают, а лишь иллюстрируют возможности применения в промышленности сорбционных гидросенсорных кабелей. Владимир Степанович Кондратенко
Литература
Другие публикации: | |||||
|
