АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОТБОРА ПРОБ

Полезная модель относится к устройствам отбора проб жидкости и может найти применение областях промышленности, где требуется отбор проб жидкости из трубопроводов, работающих под давлением, в частности в нефтяной отрасли.
Широко используются системы отбора проб жидкости из трубопровода, основанные на взятии отдельных доз жидкости, протекающей по трубопроводу при постоянном движении части перекачиваемой жидкости через пробоотборное устройство по обводной магистрали основного трубопровода через определенные промежутки времени и сборе их в специальной емкости. Из отдельно взятых доз составляется общая средняя проба жидкости.
Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее блок управления потоком жидкости через пробоотборное устройство, в корпусе которого размещены втулка, пружина, золотник, электромагнит, якорь которого соединен с золотником. На боковой поверхности корпуса размещена дозирующая камера, в корпусе которой расположен дифференциальный поршень. Объем отбираемой пробы за один цикл регулируется установкой шага хода поршня. Надпоршневая часть корпуса дозирующей камеры через штуцер соединяется с обводной магистралью трубопровода для создания подпорного давления на поршень, а в подпоршневой части корпуса выполнено отверстие для связи камеры с обводной магистралью трубопровода и емкостью для сбора проб. В исходном положении якорь с золотником под усилием пружины находится в верхнем положении. При подаче управляющего воздействия на электромагнит якорь втягивается, преодолевая сопротивление пружины, и золотник идет в нижнее положение, при этом продукт поступает в рабочую полость дозирующей камеры, преодолевая давление в полости камеры и перемещая дифференциальный поршень. Заполнение жидкостью дозирующей камеры осуществляется путем смещения золотника относительно окон в поверхности, по которой он скользит. При снятии управляющего воздействия на электромагнит пружина возвращает якорь с золотником в исходное положение.
Поршень перемещается под воздействие давления жидкости в надпоршневой полости и продукт сливается в емкость для сбора проб (Паспорт на пробоотборник типа АПЭ-М АИУ 2.840.008, заводской №054 БУП №068 от 5 октября 2001 года).
Недостатком этого устройства является наличие сложных конструктивных узлов (золотниковая система перераспределения потоков жидкости), не обеспечивающих надежной работы устройства в эксплуатации и увеличивающих габариты устройства.
Ближайшим техническим решением по конструктивным признакам к заявляемой полезной модели является устройство для отбора проб жидкости из трубопровода раскрытое в полезной модели по патентному документу RU №31653 (опубл. 20.08.2003, бюл. №23). Известная система отбора проб содержит дозирующую камеру с регулируемым объемом проб, блок управления перераспределением потоков текучей среды и средство для создания вблизи дозирующей камеры участка впускной магистрали совмещенного с участком выпускной магистрали, при этом дозирующая камера выполнена в виде корпуса с установленным в нем с возможностью заданного осевого перемещения поршнем и имеет в надпоршневой части отверстие для обеспечения подпорного давления на поршень, а в подпоршневой части отверстие для связи упомянутой камеры через впускную магистраль с магистралью трубопровода и через выпускную магистраль с емкостью для сбора проб, при этом на впускной и выпускной магистралях установлены соленоидные клапаны, электрически связанные с упомянутым блоком управления для управления процессом забора дозы жидкости и слива этой дозы в емкость.
Недостатком является то, что для отбора пробы необходимо обеспечить разницу давлений в надпоршневой и подпоршневой полостях, что ведет к увеличению протяженности трубопроводов гидравлических магистралей системы отбора проб. Отбор пробы осуществляется за два хода поршня, что снижает эксплуатационные сроки использования устройства без замены изношенных деталей.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создать простую малогабаритную конструкцию устройства обеспечивающего высокую
степень надежности работы, удобство и долговечность в эксплуатации при условии качественного выполнения устройством функции отбора проб жидкости.
Поставленная задача решается тем, что в автоматической системе отбора проб, содержащей электронный блок управления для перераспределения потоков жидкости в системе образованных трубопроводами гидравлических магистралей, связывающих дозирующее средство с, по меньшей мере, одной накопительной емкостью для сбора единичных проб заданного объема и с контролируемой магистралью основного напорного трубопровода, два электромагнитных клапана, электрически связанных с блоком управления, поршень, размещенный внутри дозирующего средства с возможностью возвратно-поступательного движения, при котором в дозирующем средстве образуются две изолированные друг от друга камеры, каждая из которых выполнена с по меньшей мере одним отверстием, при этом первая камера гидравлически связана с накопительной емкостью и с контролируемой магистралью основного напорного трубопровода, а вторая камера гидравлически связана с контролируемой магистралью основного напорного трубопровода, причем во время поступательного движения поршня происходит наполнение первой рабочей камеры упомянутой пробой, а во время возвратного движения поршня происходит вытеснение упомянутой пробы из этой камеры в емкость для сбора проб под действием давления, создаваемого во второй рабочей камере, новым является то, что в системе гидравлических магистралей дополнительно размещены, по меньшей мере, два электромагнитных клапана, при этом вторая камера гидравлически связана с накопительной емкостью.
Вторая камера, так же как и первая при таком исполнении устройства является рабочей камерой, так как во время возвратного движения поршня происходит наполнение ее заданной единичной пробой, которая во время поступательного движения поршня вытесняется в упомянутую емкость под действием давления, создаваемого в первой камере.
Целесообразно дозирующее средство автоматической системы отбора проб выполнить в виде цилиндрического корпуса, полость первой камеры
гидравлически связать с упомянутой емкостью по линии первой выпускной магистрали с установленным на ней первым электромагнитным клапаном и с упомянутой магистралью основного напорного трубопровода по линии первой впускной магистрали с установленным на ней вторым электромагнитным клапаном, при этом полость второй камеры гидравлически связать с упомянутой магистралью основного напорного трубопровода по линии второй впускной магистрали, а с упомянутой емкостью по линии второй сливной магистрали, причем на второй впускной и второй выпускной магистралях установить соответственно третий и четвертый электромагнитные клапаны.
Объем внутренней полости цилиндрического корпуса определяет заданный объем отбираемой пробы. Предпочтительно оставлять диаметр цилиндра постоянным, а длину поршня подбирать для конкретного заданного объема дозы. Возможно и другое воплощение устройства, при котором для изменения величины заданного объема пробы дозирующее средство снабжают средством ограничения хода поршня, размещая его внутри цилиндрического корпуса со стороны торцовой поверхности.
Целесообразно ограничитель хода поршня выполнить с возможностью регулирования и фиксации его положения. Возможно выполнение устройства с двумя ограничителями хода поршня, устанавливая их с каждой торцовой стороны.
Цилиндрический корпус можно выполнить с одной съемной крышкой, имеющей отверстие, а второе отверстие при этом выполнить в днище цилиндрического корпуса. Цилиндрический корпус можно выполнить и другой модификации - с двумя съемными крышками, каждая из которых имеет отверстие для обеспечения гидравлической связи.
Целесообразно часть трубопроводов системы гидравлических магистралей предварительно выполнить за одно целое с крышкой, например выполнением в крышке сквозных радиальных каналов, сообщенных через осевой канал с камерой.
Предпочтительно в автоматической системе отбора проб трубопроводы первой впускной и второй впускной магистралей частично совмещать на участке между третьим и вторым клапанами со стороны упомянутого напорного трубопровода. Целесообразно снабдить автоматическую систему отбора проб
двумя накопительными емкостями, каждую из которых гидравлически связать с одной из двух упомянутых камер.
Преимущества и особенности полезной модели станут более очевидными из детального описания в соединении с сопровождающим чертежом, на котором изображено:
На фиг.1 представлена схема предлагаемой системы отбора проб, где сплошными линиями изображены трубопроводы для образования гидравлических магистралей, а пунктирными - электрические связи блока управления с исполнительными механизмами (приводами клапанов). Контролируемая магистраль изображена в виде отрезка трубы со стрелкой - Р раб. Направление жидкости в магистралях показано сплошными и пунктирными стрелками.
Устройство включает дозирующее средство в виде вертикально ориентированного герметичного цилиндрического корпуса 1 с размещенным внутри корпуса 1 поршнем 2, делящем полость дозирующего средства на первую камеру 3 и вторую камеру 4.
С торцевой стороны корпуса 1 выполнено отверстие 5 для связи камеры с 3 с системой гидравлических магистралей. Камера 3 гидравлически связана с контролируемой магистралью 6 через отверстие 5 и клапан 7, установленный на впускной магистрали 8. Камера 3 также гидравлически связана с накопительной емкостью 9 через отверстие 5 и клапан 10, установленный на выпускной магистрали 11.
На противоположной торцевой стороне корпуса 1 выполнено отверстие 12 для связи камеры с 4 с системой гидравлических магистралей. Камера 4 гидравлически связана с трубопроводом 6 контролируемой магистрали через отверстие 12 и клапан 13, установленный на впускной магистрали 14, а с накопительной емкостью 9 через отверстие 12 и клапан 15 установленный на выпускной магистрали 16.
Часть выпускной магистрали 11 от клапана 10 со стороны емкости 9 и часть выпускной магистрали 16 от клапана 15 со стороны емкости 9 выполнены совмещенными с образованием общего входа в емкость 9.
Часть впускной магистрали 8 от клапана 7 со стороны контролируемой магистрали трубопровода 6 и часть впускной магистрали 14 от клапана 13 со стороны контролируемого трубопровода 6 совмещены.
В камере 4 смонтировано средство ограничения хода поршня 17, выполненное с возможностью его перемещения и фиксации в заданном положении. Средство 17 предназначено для регулирования объема единичной пробы.
Электроприводы клапана 7, клапана 10, клапана 13 и клапана 15 соединены с блоком управления 18.
Блок управления 18 служит для формирования и подачи необходимых управляющих сигналов на электроприводы клапанов и позволяет осуществлять гибкое управление процессом отбора проб.
В исходном состоянии все клапаны закрыты.
Для заполнения дозирующей камеры блок управления 18 вырабатывает сигнал для открытия заданного клапана.
При отборе проб через заданное время, которое определяется экспериментально для минимальных рабочих давлений, по сигналу из блока 18 подаются управляющие сигналы на закрытие или открытие заданных клапанов.
Если при отборе порции жидкости клапаны 7 и 15 открыты, а клапаны 13 и 10 закрыты, то под воздействием давления жидкости поршень совершает поступательное движение и перемещаясь из нижнего положения в верхнее, вытесняет жидкость из камеры 4 в емкость 9 (см. прерывистую стрелку). Через время, определяемое практически (опытным путем) для разных значений Р раб, клапаны 7 и 15 закрываются.
При очередном отборе порции жидкости клапаны 13 и 10 открыты, а клапаны 7 и 15 закрыты. При этом, под воздействием давления жидкости поршень, совершая возвратное движение перемещается из верхнего положения в нижнее, вытесняя жидкость из камеры 3 в емкость 9 (см. сплошную стрелку). Через время, определяемое практически (опытным путем) для разных значений Р раб, клапаны 13 и 10 закрываются.
Выше описанные процедуры повторяются заданное число раз.
Таким образом, отбор пробы происходит за каждый ход поршня 2, так как заполнение жидкостью дозирующего средства. (V пробы) с одновременным отбором пробы осуществляется как при поступательном, так и при возвратном движениях поршня 2.
В примере конкретного выполнения системы отбора проб, проходящей опытно-промышленную проверку, использованы электромагнитные клапаны PVXG 262C013 24В фирмы ASKO/JOUCOMATIC. В качестве блока управления используется контроллер, который преобразовывает информационные команды от ЭВМ в аналоговые электрические сигналы для исполнительных механизмов электромагнитных клапанов.
Преимущества предлагаемого устройства отбора пробы заключаются в том, что оно является компактным, обладает высокой надежностью, имеет сравнительно простую схему отбора, что не требует больших затрат времени и трудозатрат на сборку системы и ее эксплуатацию.