УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЖАТОГО ГАЗА

2
Настоящая полезная модель относится к области вспомогательного компрессорного оборудования, предназначена для измерения влагосодержания сжатых газов (воздух, азот, аргон, СО) и может быть использована в составе технологических воздушных систем для постоянного или периодического контроля влагосодержания газов.
В частности настоящая полезная модель может применяться для контроля влагосодержания сжатого воздуха высокого давления (от 0,1 до 42,0 МПа) после блоков осушки, либо после компрессорных станций воздуха высокого давления на надводных судах и подводных лодках.
Спецификой замера влагосодержания воздуха высокого давления, применяемого в системах ВВД на надводных судах и подводных лодках ВМФ, является высокое давление до 42,0 МПа, низкая точка росы (абсолютное значение влагосодержания) сжатого воздуха после осушки и очистки в блоках осушки сжатого воздуха или встроенных системах осушки воздуха компрессорных станций ниже минус 55°С.
Известен фотоэлектронный автоматизированный прибор контроля влагосодержания сжатого воздуха 8Ш31 (техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.772.005ТО), который предназначен для непрерывного и периодического контроля влагосодержания воздуха, находящегося под избыточным давлением до 15,0 МПа.
Недостатками известного прибора является:
отсутствие автоматизации и возможности дистанционного контроля процесса измерения влагосодержания сжатого воздуха, так как прибор имеет ручное управление, требует для замера наличие оператора, не имеет выходных сигналов;
в приборе отсутствует возможности измерения влажности воздуха давлением выше 15,0 МПа без дополнительного приспособления, а также необходимость подачи воздуха, как на анализ, так и на охлаждение зеркала, при этом для охлаждения зеркала требуется осушенный и очищенный воздух давлением не менее 15,0 МПа, что делает трудоемким, а в некоторых случаях невозможным замер влагосодержания воздуха с давлением ниже 15,0 МПа.
Известен прибор контроля влагосодержания MDM300 производства компании Michell Instruments (Великобритания), предназначенный для контроля влагосодержания различных газов в интервале значений температуры точки росы от минус 100 до 20°С, давлении на входе до 2,0 МПа, с показаниями температуры точки росы при рабочем давлении (руководство по эксплуатации гигрометров точки росы Michell Instruments модификации MDM300, сайт компании www.michell.com).
Недостатком известного прибора контроля влагосодержания является низкое рабочее давление до 2,0 МПа, что не обеспечивает возможность его применения для замера влагосодержания воздуха высокого давления без дополнительных соединительных трубопроводов и приспособлений не входящих в состав прибора и управляемых вручную (запорный клапан и регулятор давления).
К недостатку прибора относится также:
отсутствие в составе прибора фильтра для очистки газа перед подачей на счетчик, что снижает точность измерения и срок службы датчика;
отсутствие прибора контроля расхода газа на датчик, что не обеспечивает достоверных измерений при недостаточном или избыточном расходе газа через датчик;
в составе прибора отсутствует манометр и предохранительный клапан, что делает его использование в системе сжатого воздуха высокого давления небезопасным.
Известен гигрометр точки росы, предназначенный для измерения влажности газов, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, при этом в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, а датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами (патент РФ №2213344, МПК G01N 25/66, публикация 2003 г.).
Известный гигрометр точки росы имеет следующие недостатки:
при замере необходимо обеспечивать ручное управление клапанами и визуальный контроль показаний ротаметра и манометра.
отсутствие фильтра тонкой очистки на входе что снижает точность измерения и срок службы датчика, в связи с возможностью попадания на поверхность измерительного зеркала частиц масла или механических частиц;
отсутствие автоматического индикатора для преобразования сигнала, отображения и передачи внешнего сигнала о предельных значениях влажности газа в систему управления;
необходимость для проведения повторного измерения точки росы привести прибор в исходное состояние.
Известно устройство для измерения влажности сжатого газа, включающее датчик влажности, чувствительный орган которого заключен в полость, сообщенную с трубопроводами подвода и отвода газа, дроссельное устройство и приборы контроля давления и расхода, при этом на трубопроводе перед датчиком влажности последовательно установлены два дроссельных вентиля, а также размещены между ними манометр и предохранительный клапан, а на трубопроводе после датчика влажности установлены дроссельный вентиль, предохранительный клапан и ротаметр (патент РФ №66543, МПК G01N 25/56, публикация 2007 г.).
Недостатками известного устройства являются:
большое количество управляемой вручную арматуры - три дроссельных вентиля, кроме того предусмотрено два предохранительных клапана;
большое количество трубопроводов и как следствие большой внутренний объем системы, при этом во внутренних полостях трубопроводов при остановках скапливается влага, которая поглощается датчиком, имеющим сорбционный принцип действия, что увеличивает время выхода прибора на режим;
отсутствие автоматического устройства для преобразования сигнала и отображения, передачи информации по текущему значению и достижении предельных значений;
неудобство обслуживания, связанное с тем, что при прекращении замера или отсутствии воздуха на входе необходимо закрывать клапана для исключения возможности насыщения влагой датчика, при этом происходит изменение положения клапанов (сбивается настройка), что требует повторной регулировки потока при каждом включении;
отсутствие фильтра тонкой очистки на входе, что снижает точность измерения и срок службы датчика.
Известно устройство для измерения влажности сжатого газа, включающее размещенные в едином корпусе датчик влажности, чувствительный элемент которого заключен в полость, сообщенную с трубопроводом подвода и отвода газа, приборы контроля давления и расхода, невозвратные клапаны, при этом на входном трубопроводе перед датчиком влажности последовательно установлены фильтр, регулирующий вентиль и невозвратный клапан, а на трубопроводе газа после датчика влажности установлены невозвратный клапан, регулирующий клапан, и параллельно включенные предохранительный клапан и прибор измерения расхода, при этом прибор контроля давления установлен на входном трубопроводе между регулирующим вентилем и невозвратным клапаном, а чувствительный элемент датчика влажности электрически подключен к автоматическому цифровому индикатору влажности сжатого газа (патент РФ №137950, МПК G01N 25/56, публикация 2014 г.).
Недостатками известного устройства являются:
большое количество арматуры управляемой вручную (два дроссельных вентиля и регулирующий вентиль прибора замера расхода);
неудобство обслуживания, связанное с тем, что при каждом замере необходимо подать в систему воздух (газ) определенного расхода, регулировку потока необходимо осуществлять с помощью вентиля вручную, визуально контролируя показания расхода по прибору измерения расхода.
Задачей настоящей полезной модели является повышение удобства эксплуатации, а именно автоматизация, а также возможность дистанционного контроля процесса измерения влагосодержания сжатого газа.
Сущность настоящей полезной модели состоит в следующем.
Устройство для измерения влажности сжатого газа включает размещенные в едином корпусе датчик влажности, фильтр, прибор контроля давления, предохранительный клапан, соединительные трубопроводы, цифровой индикатор влажности, электрически подключенный к чувствительному элементу датчика влажности, при этом чувствительный элемент датчика влажности заключен в полость, сообщенную с трубопроводами подвода и отвода газа. На трубопроводе подвода газа перед датчиком влажности последовательно установлены фильтр и регулятор давления, обеспечивающий необходимые для измерения влажности сжатого газа давление и расход газа, а непосредственно к выходу регулятора давления подсоединены полость с чувствительным элементом датчика влажности, клапан предохранительный и прибор контроля давления, при этом цифровой индикатор влажности выполнен с возможностью формирования и передачи выходного электрического сигнала о влагосодержании газа.
Схема устройства для измерения влажности сжатого газа представлена на чертеже.
Устройство для измерения влажности сжатого газа содержит датчик влажности 1 с чувствительным элементом 2, помещенным в полость 3, сообщенной с трубопроводом подвода газа 4 и трубопроводом отвода газа 5. Устройство также содержит фильтр 6, регулятор давления газа 7, прибор контроля давления (манометр) 8, клапан предохранительный 9.
Для преобразования сигнала, отображения и передачи текущего значения влажности, либо предельных значений влажности газа предусмотрен цифровой индикатор 10, электрически соединенный с датчиком влажности 1. Все оборудование размещено в едином корпусе 11.
В качестве прибора измерения давления может применяться датчик давления 12, электрически связанный с цифровым индикатором 10.
Конструкция трубопровода подвода газа 4, фильтра 6, регулятора давления газа 7 обеспечивает возможность их работы при высоких давлениях газа на входе в устройство (до 42,0 МПа).
Устройство для измерения влажности сжатого газа работает следующим образом.
Газ (например, воздух) высокого давления (до 42,0 МПа) поступает на вход устройства для измерения влажности сжатого газа - в трубопровод подвода газа 4 и в фильтр 6, где газ очищается, далее газ высокого давления (давлением до 42,0 МПа) поступает в регулятор давления газа 7, где давление газа понижается до необходимой для измерения влажности величины (до 1 МПа), после чего газ поступает в полость 3, в которой размещен чувствительный элемент датчика 2, который измеряет влажность с помощью сорбционного метода. Далее газ выходит из полости 3 в трубопровод отвода газа 5. В трубопроводе отвода газа 5 за счет малого сечения, протяженности и гидравлического сопротивления давление газа перед выходом в окружающую среду сбрасывается до значения порядка 0,15-0,5 МПа, что обеспечивает избыточное давление на выходе газа и гарантированный проток газа через полость 3.
Электрический сигнал датчика 1 передается в цифровой индикатор 10, где преобразуется в цифровое значение влажности сжатого газа.
Данные о текущем значении влажности газа, либо данные о превышении предельных значений влажности газа отображаются на цифровом индикаторе 10, а также могут дистанционно передаваться в виде выходного электрического сигнала о влагосодержании газа.
В нештатной ситуации при выходе из строя регулятора давления газа 7 или значительном загрязнении трубопровода отвода газа 5 в полости 3 может произойти превышение давления газа выше 1,0 МПа, что приведет срабатыванию предохранительного клапана 9, который отрывается при давлении выше 1,15 МПа для предотвращения аварийного превышения давления.
В качестве прибора контроля давления может применяться датчик давления 12 с электрическим сигналом, электрически подключенный к цифровому индикатору 10. При этом в цифровом индикаторе 10 по сигналам от датчика влажности 1 и от датчика давления 12 может быть обеспечено вычисление и отображение значения текущей температуры точки росы газа, приведенной к атмосферному давлению. Датчик давления 12 также может быть использован для формирования аварийного сигнала при выходе из строя регулятора давления газа 7, что может привести к превышению или недопустимому снижению выходного давления.
В результате использования настоящей полезной модели значительно повышается удобство эксплуатации, за счет автоматизации процесса измерения. Дополнительно обеспечивается возможность дистанционного контроля процесса измерения влагосодержания.