ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для перекачки инертных газов высокой чистоты, например Ar, Не, из рабочей камеры в баллоны и в обратном направлении с минимальными потерями и одновременной очисткой от примесей (влага, пыль, кислород, углеводороды).
Известен комплекс газотехнологический передвижной (полезная модель RU №12210, опубликовано 16.12.1999), содержащий основные узлы комплекса, включающие агрегат вакуумный ротационный, насос вакуумный мембранный, компрессор, ресивер, фильтры, баллоны с чистым элегазом, баллоны порожние для сбора отработанного элегаза, приборы контроля влажности и давления, щит питания электрооборудования силовой, в котором смонтирован пульт управления, не менее, чем два гибких шланга, имеющие на концах самозапирающиеся герметичные разъемы. Комплекс размещен в кузове автомобиля «Газель». Основные узлы комплекса смонтированы на раме, жестко прикрепленной к кузову автомобиля, баллоны зафиксированы в горизонтальном положении в ложементах рамы прижимами, в кузове установлена панель управления, на которой размещены ручки управления запорными устройствами и приборы контроля влажности и давления. В комплекс введен барабан для наматывания сетевого кабеля, на боковых стенках кузова автомобиля имеются разъемы для подсоединения шлангов и кабеля электропитания, одна клемма подключения внешнего заземления, в кузове установлено вспомогательное оборудование, включающее приборы и приспособления для создания нормальных условий работы обслуживающего персонала. В комплекс введены следующие фильтры: пылевой, цеолитовый, осушительный алюмооксидный, маслоотделительный. На входе вакуумного ротационного агрегата установлен сорбционный масляный фильтр, на выходе - аэрозольный масляный фильтр.
-2
Задача комплекса газотехнологического передвижного состоит лишь в том, чтобы с помощью агрегата вакуумного ротационного откачать рабочие объемы элегазовых аппаратов до давления Р=5⋅10 мм рт.ст, напустить в них элегаз, удалить элегаз с использованием мембранного насоса и компрессора (до давления Р=40 мм рт.ст.) из рабочих объемов и расфасовать его в баллоны.
За прототип взято передвижное устройство для перекачки газа (полезная модель RU №51168, «Сервисный вакуумно-компрессорный комплекс передвижной», опубликовано 27.01.2006), предназначенное для пуска и ремонта отдельно стоящих высоковольтных выключателей с элегазовой изоляцией.
Задача данного комплекса состоит лишь в удалении загрязненного элегаза безмашинным способом из внутренних объемов элегазовых аппаратов. Комплекс содержит смонтированные на раме основные его узлы, включающие в себя: вакуумный насос, мембранный насос, компрессор, блок фильтров, баллоны с чистым газом, баллоны порожние для сбора отработанного газа, зафиксированные в горизонтальном положении в ложементах рамы, соединительные трубопроводы, запорную арматуру, а также панель управления, на которой размещены ручки управления запорными устройствами и приборы контроля влажности и давления, блок сорбционный, смонтированный на раме и предназначенный для удаления безмашинным способом из внутренних (рабочих) объемов высоковольтных аппаратов сильно загрязненного элегаза. Выход мембранного насоса соединен со входом компрессора. В качестве вакуумного насоса используется агрегат вакуумный ротационный, который расположен параллельно мембранному насосу и компрессору и предназначен лишь для предварительной подготовки (вакуумирования) элегазовых аппаратов и магистралей комплекса. Блок фильтров включает в себя пылевой, алюмооксидный и цеолитовый фильтры. Блок фильтров расположен на линии удаления элегаза из объемов, т.е на входе в мембранный насос.
На несущей раме комплекса смонтирован щит питания электрооборудования силовой. Комплекс оснащен колесами грунтовыми и поворотной колесной парой с ручкой штангой, позволяющими перемещать комплекс вручную как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе при наличии твердого покрытия. Комплекс может быть установлен в автомобиле или на прицепе с грузоподъемностью не менее 1 тонны для обслуживания удаленных, труднодоступных и отдельно стоящих элегазовых аппаратов. Комплекс может быть укомплектован дополнительно одним или несколькими сорбционными блоками в зависимости от количества удаляемого загрязненного элегаза.
Принцип работы прототипа заключается в следующем: откачка газовых магистралей комплекса и газовых объемов высоковольтных выключателей производится вакуумным ротационным агрегатом. Наполнение газовых объемов высоковольтных выключателей элегазом производится избыточным давлением из баллона через редуктор. Откачка (перекачка) элегаза из газового объема высоковольтного выключателя в баллон производится вначале за счет избыточного давления в самом этом объеме, затем откачка производится компрессором до давления 1 атм и заканчивается откачка компрессором в паре с насосом до остаточного давления 40 мм рт.ст.
Недостатками аналога и прототипа являются:
- наличие агрегата с масляным уплотнением (агрегат вакуумный ротационный), который не позволяет работать с газами высокой чистоты;
-2
- невозможность перекачки газа из рабочей камеры в баллоны и обратно, создавая при этом в исходных объемах (рабочей камере или в баллонах) давление Р=1⋅10 мм рт.ст;
- невозможность очистки газа от примесей (влага, кислород, углеводород, пыль) при перекачке газа из рабочей камеры в баллоны, так как блок фильтров расположен лишь на линии напуска;
- расположение блока фильтров на входе в мембранный насос не гарантирует чистоту газа на выходе из него;
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании полезной модели: перекачка использованного или загрязненного по различным причинам инертного газа из рабочей камеры в баллоны с одновременной очисткой его от примесей и напуск очищенного газа из баллонов обратно в рабочую камеру до рабочего давления, возможность перемещения комплекса вручную в закрытых помещениях и возможность установки его на любой вид транспорта с грузоподъемностью не менее 150 кг.
Техническим результатом, обеспечиваемым данной полезной моделью является расширение технологических возможностей устройства за счет использования дополнительной ступени для перекачиваемого газа (вакуумного спирального насоса), а также за счет измененной пневматической схемы и места расположения блока фильтров на ней.
Технический результат достигается тем, что в передвижном устройстве для перекачки инертных газов высокой чистоты, содержащем смонтированные на раме вакуумный насос, мембранный насос, блок фильтров, баллоны, ресивер, соединительные трубопроводы, клапаны, панель управления и приборы контроля вакуумметрического и избыточного давлений, новым является то, что в качестве вакуумного насоса использован спиральный вакуумный насос, выход которого соединен со входом мембранного насоса, спиральный вакуумный насос является дополнительной ступенью при перекачке газа, блок фильтров расположен в магистрали между мембранным насосом и баллонами, а ресивер служит для сбора спиральным и мембранным насосами газа, оставшегося после перекачки по всем трубопроводам.
Устройство снабжено ресивером для сбора спиральным вакуумным и мембранным насосами газа, оставшегося после перекачки, из всех магистралей трубопроводов. В прототипе ресивер осуществляет функцию накопления газа для возможности стабильной работы компрессора.
В устройстве предусмотрены штуцеры для подключения дополнительных баллонов, пробоотборников, а также приборов, для измерения содержания вредных веществ в рабочем газе.
На Фиг. 1 представлен внешний вид устройства (вид спереди), где:
3 - мембранный насос;
7 - датчик избыточного давления;
8, 11 - датчик вакуумметрического давления;
12 - штуцер для подключения дополнительных приборов контроля;
15 - рама.
На Фиг. 2 представлен внешний вид устройства (вид сбоку), где:
1 - спиральный вакуумный насос;
5 - блок фильтров
9 - натекатель VF1;
13 - баллоны;
14 - штуцер для подключения дополнительных баллонов;
19 - колеса.
На Фиг. 3 представлен внешний вид устройства (сверху), где:
2 - манометр;
4 - ресивер;
16 - панель управления;
17 - соединительные трубопроводы;
18 - ручка.
На Фиг. 4 представлена пневматическая схема устройства, где:
1 - спиральный вакуумный насос;
2 - манометр;
3 - мембранный насос;
4 - ресивер;
5 - блок фильтров;
6 - рабочая камера;
7, 10 - датчики избыточного давления;
8, 11 - вакуумметры;
9 - натекатель VF1;
12 - штуцер для подключения дополнительных приборов контроля;
13 - баллоны;
14 - штуцер для подключения дополнительных баллонов.
VП1-VП26 - клапаны.
-2
Передвижное устройство перекачки инертных газов высокой чистоты включает в себя следующие основные узлы: спиральный вакуумный насос 1, мембранный насос 3, блок фильтров 5, в который входит пылевой механический фильтр и фильтр очистки от влаги, кислорода и углеводородов, клапаны VП1-VП26, приборы контроля избыточного 7, 10 и вакуумметрического 8, 11 давлений, контроллер для вакуумметров, манометр 2, панель управления и контроля 16, баллоны 13, ресивер 4 и соединительные трубопроводы 17. Компоненты устройства размещены на мобильной раме 15. Баллоны 13 объемом 10 л соединяются с устройством с помощью гибких металлорукавов, к концу которого приварен штуцер с накидной гайкой. Устройство оснащено колесами 19 и ручкой 18, позволяющими перемещать его вручную как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе при наличии твердого покрытия. Устройство через штуцер 14 дополнительно может быть укомплектовано одним или несколькими баллонами в зависимости от количества удаляемого (напускаемого) газа, и через штуцер 12 -приборами контроля примесей, пробоотборниками. Использование безмасляного оборудования (спиральный вакуумный насос 1, мембранный насос 3) позволяет работать с газами высокой чистоты, которые не будут загрязняться парами масел. Поэтому не возникает необходимость в установке масляных и аэрозольных фильтров. Дополнительная ступень в виде спирального вакуумного насоса позволяет достичь в исходных объемах (рабочая камера или баллон) давление Р=1⋅10 мм рт.ст. при процессе перекачки, тем самым уменьшив потери дорогостоящего газа. При этом имеется возможность осуществлять движение газа как от рабочей камеры до баллонов, так и обратно, не перестыковывая данные элементы, что позволяет реализовать замкнутый цикл перекачки газа. При перекачке в любом направлении (от рабочей камеры в баллоны или наоборот) газ проходит через блок фильтров 5, После прохода газа через блок фильтров 5, из газа удаляются вредные примеси, такие как влага, кислород, углеводороды, механические частицы. После завершения процесса перекачки в магистралях устройства остается газ, потеря которого крайне нежелательна. Поэтому для решения данной проблемы передвижное устройство для перекачки газа оснащено ресивером 4. После окончания перекачки газ с помощью спирального вакуумного насоса 1, мембранного насоса 3 перекачивается из всех магистралей в ресивер 4 для возможности использования его в дальнейших работах (например, напуск в рабочую камеру).
-2
В случаях, когда количество баллонов, установленных на раме передвижного устройства для перекачки газа, недостаточно, чтобы перекачать весь газ из рабочей камеры (до достижения в рабочей камере давления Р=1⋅10 мм рт.ст.), есть возможность присоединить дополнительно баллоны (один или несколько) к штуцеру 14, расположенному в коллекторе с баллонами. Так же имеется штуцер 12 для подключения пробоотборников и приборов для измерения содержания вредных веществ в рабочем газе.
Задачами предложенной полезной модели являются:
- исключение устройств, которые могут загрязнять перекачиваемый газ парами масел;
- очистка газа от механических (пыль) и других (влага, кислород, углеводороды) примесей при перекачке (в обоих направлениях);
- перекачка всего оставшегося газа в магистралях для минимизации потерь;
-2
- достижение в рабочих объемах (рабочая камера и баллон) остаточного вакуумметрического давления Р=1⋅10 мм рт.ст;
Принцип работы передвижного устройства для перекачки газа заключается в следующем.
-3
-3
-2
Проводится подключение передвижного устройства к рабочей камере с использованием гибкого металлорукава и откачка рабочей камеры и магистралей с помощью внешнего вакуумного насоса (на рисунке не показан) до давления Р≈10 мм рт.ст. Контроль осуществляется по вакуумметрами 8 и 11. После достижения давления Р≈10 мм рт.ст. начинается процесс перекачки из рабочей камеры 6 в баллоны 13. На начальном этапе перекачка газа осуществляется за счет разности давлений в объемах (рабочая камера и баллоны). После достижения равновесного давления в рабочей камере и баллонах (контроль осуществляется по датчикам давления 7 и 10) перекачка газа происходит за счет мембранного насоса 3. После достижения давления на входе в мембранный насос Р≤1,0 бар (контролируется манометром 2, расположенным между мембранным насосом 3 и спиральным вакуумным насосом 1) газ перенаправляется на вход спирального вакуумного насоса, выход которого соединен со входом мембранного насоса 3. Спиральный вакуумный насос 1 создает требуемое давление на вход мембранного насоса 3 и тем самым перекачка осуществляется в две ступени. На каждом этапе перекачки газ проходит через блок фильтров 5, позволяющие удалять газ от механических (пыль) и других вредных примесей (кислород, углеводороды, влага). Таким образом, с помощью передвижного устройства для перекачки газа имеется возможность перекачки газа из рабочей камеры 6 в приемные баллоны 13, создавая при этом в исходном объеме (рабочей камере 6) остаточное давление на уровне Р≈10 мм рт.ст.
-2
Напуск газа из баллонов 13 в рабочую камеру 6 проводится в том же порядке, что и перекачка из рабочей камеры 6 в баллоны 13. Сначала за счет разности давления (в камере и баллоне), затем мембранным насосом и спиральным вакуумным насосом в паре с мембранным насосом. При этом если по каким-либо причинам необходимо прервать процесс напуска, то на любом этапе есть возможность обратно перенаправить в баллоны 13 напущенный в рабочую камеру 6 газ (до определенного давления). При необходимости есть возможность плавного напуска газа в рабочую камеру 6 через натекатель 9. Газ, оставшийся в магистралях после перекачки, можно направить в ресивер 4 спиральным и мембранным насосами. При этом в магистралях достигается остаточное давление на уровне Р≈10 мм рт.ст., т.е потери газа в магистралях также минимальны.
Таким образом, с использованием данного устройства возможно проведение следующих технологических операций:
- напуск газа в рабочие камеры до необходимого давления (при этом можно практически полностью удалить газ из баллона);
ост
-2
- удаление (перекачка) газа из рабочих камер до Р=10 мм рт.ст. и расфасовка его в баллоны;
- отбор проб газа для оценки содержания вредных примесей;
- очистка газа от вредных примесей непосредственно при напуске и перекачке.