Устройство для контроля содержания масла в сжатом газе

Настоящая полезная модель предназначена для измерения содержания компрессорного масла в сжатых газах (воздух, азот, аргон, углекислый газ и др.), а также для непосредственной индикации, осуществления записи и формирования сигнала о превышении установленного значения в систему управления и может быть использована в составе технологических воздушных систем высокого давления для постоянного или периодического контроля содержания масла в сжатом воздухе.
В частности, настоящая полезная модель может применяться для контроля содержания масла в системах воздуха высокого давления (42,0 МПа) после компрессоров высокого давления и блоков осушки и очистки сжатого воздуха, устанавливаемых на надводных судах и подводных лодках ВМФ.
Для обеспечения воздухом судовых систем воздуха высокого давления (ВВД) применяются поршневые многоступенчатые компрессоры, которые смазываются синтетическим или минеральным компрессорным маслом. В компрессоре воздух очищается от масла в межступенчатых водомаслоотделителях, а после компрессора воздух осушается и очищается от масла в адсорбционных блоках осушки и очистки сжатого воздуха.
Очистка воздуха высокого давления от компрессорного масла и последующий контроль предельно допустимой концентрации масла в воздухе высокого давления необходимы для исключения возможности взрыва в судовых системах сжатого воздуха вследствие дизельного эффекта при оседании масла на стенках трубопроводов и сосудов воздуха высокого давления.
Специфическими требованиями, предъявляемые к устройствам, применяемым на судах ВМФ являются:
- удобство и простота эксплуатации;
- необходимость работать при высоких давлениях до 42,0 МПа (для обеспечения хранения большого объема сжатого воздуха);
- надежность и стойкость к внешним воздействиям;
- минимальные габаритные размеры и масса.
Известен способ определения примесей масла в газах с помощью индикаторных трубок, включающий сорбцию примесей масла путем пропускания анализируемой пробы через сорбент и его анализ, при этом сорбцию масла осуществляют в отдельном сорбционном патроне, после чего его вымывают органическим растворителем в индикаторную трубку, а оценку содержания масла осуществляют по длине окрашенного слоя индикаторной трубки. В качестве сорбента может быть использован активный оксид алюминия (патент РФ №2092833, МПК G01N 30/02, публикация 1997 г.).
Недостатком известного технического решения является ограниченность и сложность применения: необходимость использовать дополнительный органический растворитель, наличие расходных материалов (сорбционный патрон, индикаторные трубки) и отсутствие автоматизации процесса измерения, что не позволяет использовать данный метод для постоянного контроля содержания масла в сжатом воздухе в системах воздуха высокого давления.
Известен измерительный прибор для определения содержания углеводородов в газах, включающий первый датчик для определения содержания углеводородов в измерении потока газа и получения соответствующего первого результата измерения, второй датчик для определения содержания углеводородов во втором измерении расхода газа и для получения соответствующего второго результата измерения, блок оценки для оценки результатов измерений двух датчиков, блок катализатора для получения катализатора газового потока, при этом первый датчик представляет собой полупроводниковый газовый датчик на основе оксида металла и непрерывно проводит измерения, второй датчик является фотоионизационным датчиком и прерывисто проводит измерения, а катализатор газового потока может подавать газ на второй датчик (патент США №2015/0369784 А1, МПК G01N 33/00, публикация 2015 г.).
Недостатком известного измерительного прибора является неудобство его эксплуатации, связанное со сложной схемой и алгоритмом работы и применением двух газовых датчиков разного типа, что может увеличивать точность измерения, но для практических задач контроля является избыточным, так как снижает быстродействие системы и, кроме того, увеличивает габаритные размеры, при этом катализатор газового потока также является избыточным для контроля маслосодержания пневматических систем, работающих под давлением.
Известен флуоресцентный сигнализатор масла в сжатых газах, содержащий камеру высокого давления в виде проточной кюветы для анализируемого газа, снабженную смотровыми стеклами, импульсный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа, включающую конденсорную линзу и фильтр, первое фотоприемное устройство для регистрируемого возбужденного излучения, расположенные за проточной кюветой на оси, перпендикулярной оптической оси источника излучения возбуждения, второе фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения, третье фотоприемное устройство для регистрации возбуждающего излучения, прошедшего сквозь смотровые стекла кюветы, а также два компаратора и два индикаторных устройства (патент РФ №79181, МПК G01N 21/00, G01N 21/63, публикация 2008 г.).
Недостатком известного сигнализатора масла в сжатых газах является неудобство эксплуатации, связанное с отсутствием отображения текущего значения содержания масла в воздухе, и наличием сложной оптической схемы (фотоэлектронный умножитель, компараторы, светофильтры, усилители, фотоприемные устройства и т.п.), что усложняет настройку, регулировку и обслуживание, снижает стойкость к внешним воздействиям, при этом отсутствует защита оптической схемы от механических частиц и других внешних воздействий, что снижает надежность системы измерения, и кроме того, увеличиваются габаритные размеры сигнализатора.
Известен прибор для измерения остаточного содержания масла в сжатом воздухе OILCHECK производства компании CS Instruments GmbH (Германия). Прибор включает датчик остаточного содержания масла фотоионизационного типа (официальный сайт компании CS Instruments GmbH http://www.cs-instruments-russia.ru/products/compressed-air-quality/residual-oil-content-measurement-oilcheck-stationary-solution/).
Недостатками известного прибора является неудобство эксплуатации связанное с ограничением максимального рабочего давления (до 1,6 МПа), что препятствует его применению для контроля содержания масла в воздуха высокого давления (до 42,0 МПа), при этом для индикации текущего значения концентрации масла в сжатом воздухе требуется подключение дополнительного устройства - самописца с графическим дисплеем и сенсорным экраном, а прибор, с учетом всех дополнительных систем отбора проб, имеет значительные габаритные размеры.
Известно устройство для контроля содержания масла в сжатом газе, установленное в напорной линии компрессорной установки, и которое выполнено с линией отвода пробы сжатого газа из напорной линии за маслоотделителем, оборудованной патроном с поглотителем масла, манометром для измерения давления газа и счетчиком его расхода, при этом устройство содержит аналитические весы для периодического взвешивания указанного патрона (патент РФ №90499, МПК F04B 41/00, публикация 2010 г.).
Недостатком известного устройства для контроля содержания масла в сжатом газе является сложность эксплуатации, отсутствие автоматизации процесса измерения, большие габаритные размеры, так как необходимо точное лабораторное оборудование - аналитические весы, большое время необходимое для замера содержания масла.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание простого, надежного и удобного в эксплуатации устройства, обеспечивающего эффективный контроль содержания масла в сжатом газе.
Поставленная задача решается устройством для контроля содержания масла в сжатом газе, включающим размещенные в едином корпусе соединительные трубопроводы подвода и отвода сжатого газа и установленный между ними фотоионизационный газоанализатор, чувствительный элемент которого заключен в полость, сообщенную с трубопроводом подвода сжатого газа, и к нему электрически подключен цифровой индикатор содержания масла, выполненный с возможностью формирования, отображения и передачи выходного электрического сигнала о содержании масла в сжатом газе, при этом на трубопроводе подвода сжатого газа перед газоанализатором последовательно установлены невозвратный клапан, фильтр грубой очистки, регулятор давления, предохранительный клапан, фильтр тонкой очистки, микрорегулятор давления, регулятор расхода и прибор контроля давления, обеспечивающие необходимые для измерения содержания масла давление и расход сжатого газа.
Полость с чувствительным элементом газоанализатора подсоединена к трубопроводу подвода газа через трехходовой электромагнитный клапан непосредственно либо через угольный фильтр.
Устройство имеет в своем составе узлы, обеспечивающие возможность работы при давлении газа на входе от 0,5 до 42,0 МПа.
Схема устройства для контроля содержания масла в сжатом газе (воздухе) представлена на чертеже.
Устройство содержит фотоионизационный газоанализатор 1, который сообщен с трубопроводом 2 подвода газа и трубопроводом 3 продувки газоанализатора. На трубопроводе подвода газа 2 предусмотрены невозвратный клапан 4, фильтр грубой очистки 5, регулятор давления 6 с предохранительным клапаном, фильтр тонкой очистки 7, микрорегулятор давления 8, прибор контроля давления 9, регулятор расхода 10, клапан электромагнитный 11, клапан электромагнитный трехходовой 12. На трубопроводе 3 продувки газоанализатора предусмотрен фильтр угольный 13.
Невозвратный клапан 4 служит для изоляции газового трубопровода подвода газа и сохранения чистоты и герметичности полости датчика, что обеспечивает достоверность показаний, хорошее быстродействие, удобство эксплуатации.
Фильтр грубой очистки 5 очищает поступающий в устройство газ от крупных частиц, воды и масла, фильтр тонкой очистки 7 очищает газ от мелких механических частиц, способных повредить чувствительный элемент газоанализатора, что обеспечивает долгую работу оборудования (регулятор давления, микрорегулятор давления, регулятор расхода, предохранительный клапан) без их обслуживания, что повышает удобство эксплуатации.
Для преобразования сигнала, отображения и передачи текущего значения либо предельных значений концентрации масла предусмотрен индикатор 14, электрически соединенный с фотоионизационным газоанализатором 1, прибором контроля давления 9, клапаном электромагнитным 11 и клапаном электромагнитным трехходовым 12. Все оборудование размещено в едином корпусе.
Единый корпус позволяет удобно транспортировать, размещать, подключать и эксплуатировать устройство.
Устройство для контроля содержания масла в сжатом газе работает следующим образом.
Газ (воздух) давлением до 42,0 МПа поступает на вход устройства во входной трубопровод 2 и через невозвратный клапан 4 поступает для очистки в фильтр 5, затем в регулятор давления 6, фильтр тонкой очистки 7, микрорегулятор давления 8 и регулятор расхода 10, через открытый электромагнитный клапан 11 и трехходовой электромагнитный клапан 12 попадает на чувствительный элемент фотоионизационного газоанализатора 1, далее газ сбрасывается в окружающую среду.
Микрорегулятор давления 8 и регулятор расхода 10 посредством тонкой настройки обеспечивают необходимые для измерения содержания масла давление и расход сжатого газа.
Фотоионизационный газоанализатор 1 при подаче в него газа определяет содержание масла в газе и автоматически передает электрический сигнал в цифровой индикатор 14, который преобразует сигнал и отображает текущее значение содержания масла в газе. Предусмотрена передача сигнала о превышении порогового и предельного значения концентрации масла в систему управления, что повышает удобство эксплуатации.
Для очистки чувствительного элемента газоанализатора 1 с целью обеспечения достоверности показаний перед каждым включением и выключением устройства предусмотрена автоматическая продувка очищенным газом. Продувка выполняется следующим образом: при включении (выключении) устройства автоматически подается сигнал на переключение трехходового электромагнитного клапана 12 и поток газа перенаправляется на очистку в угольный фильтр 13 и затем на продувку датчика.
Для предотвращения выхода из строя прибора контроля давления 9, микрорегулятора давления 8, электромагнитных клапанов, фотоионизационного газоанализатора 1 предусмотрен предохранительный клапан 6, настроенный на давление порядка от 0,9 до 1,1 МПа.
В случае превышения рабочего давления после регулятора давления 6 выше допустимого, прибор контроля давления 9 автоматически передает сигнал в цифровой индикатор 14, который закрывает электромагнитный клапан 11, посредством снятия с него электропитания, что повышает удобство эксплуатации.
Предложенное техническое решение за счет автоматизации процесса измерения обеспечивает возможность формирования и непрерывной выдачи сигнала о текущем значении содержания масла в сжатом газе в систему управления, что позволяет повысить удобство эксплуатации и эффективность контроля.