УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА И ПОДГОТОВКИ ПРОБЫ ГАЗА

Полезная модель относится к области аналитической химии, а именно к устройствам для отбора проб материала в газообразном состоянии, и может быть применена при экспресс-анализе состава газовых смесей, например, изотопов водорода методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Данный метод характеризуется низкой интенсивностью излучения комбинационного рассеяния света, и настоящая полезная модель предназначена для увеличения концентрации молекул в объеме анализируемой газовой смеси.
Известно устройство газового пробоотборника, состоящее из корпуса для газа с установленным на нем запорным элементом, описанное в ГОСТ 14921-78 «Газы углеводородные сжиженные. Методы отбора проб».
Пробоотборник характеризуется постоянным внутренним объемом. Если газовая среда находится в нем при относительно невысоких давлениях, то методом спектроскопии комбинационного рассеяния света контролировать состав газовой среды не представляется возможным, т.к. конструкция пробоотборника не позволяет изменять (увеличивать) давление пробы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является пробоотборник с подвижным поршнем, описанное в ГОСТ 31370-2008 «Газ природный. Руководство по отбору проб». Пробоотборник такого типа содержит корпус из металлической трубы с полированной внутренней поверхностью, закрытой торцевыми крышками. Внутри корпуса поступательно перемещается поршень, соединенный со штоком, приводимый в движение рабочим газом, подаваемым в полость за поршнем через отверстие, перемещение штока ограничено штангой. В крышках выполнены резьбовые отверстия для манометров и клапанов. Проба газа поступает в надпоршневую полость через центральное отверстие, выполненное в корпусе.
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие мобильности устройства (необходимость подавать рабочий газ в полость за поршнем для сжатия пробы), невозможность сохранения повышенного давления пробы без применения рабочего газа.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик устройства.
При использовании полезной модели достигается следующий технический результат:
- возможность удерживания газообразной пробы при требуемом давлении без применения дополнительных удерживающих устройств;
- мобильность устройства.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется устройство для отбора и подготовки пробы газа. Устройство содержит корпус с отверстием для подачи пробы газа и запорный элемент, установленный перед отверстием для подачи газа, поршень с приводом. В корпусе устройства выполнены продольные прорези. Привод выполнен в виде винтового механизма с самотормозящей резьбой, состоящего из гайки, установленной с возможностью линейного перемещения, и винта. В прорезях корпуса установлены штифты для предотвращения вращения гайки.
Через запорный элемент, установленный перед отверстием для подачи пробы, напускается во внутреннюю полость газообразная проба при низком давлении. Выполнение привода поршня в виде винтового механизма позволяет изменять (увеличивать) давление газовой пробы, а наличие самотормозящей винтовой пары, состоящей из гайки, установленной с возможностью линейного перемещения, и винта, предотвращает обратное поступательное перемещение поршня. При этом запорный элемент, установленный перед отверстием для подачи пробы, перекрывается после напуска пробы в корпус устройства, и высокое давление пробы сохраняется без применения дополнительных удерживающих устройств. В продольных прорезях, выполненных в корпусе, установлены штифты, взаимодействующие с гайкой и обеспечивающие ей линейное перемещение и одновременно предотвращающие ее вращение, что исключает движение привода в обратном направлении. При увеличении давления пробы увеличивается концентрация молекул в объеме анализируемой газовой смеси, что повышает чувствительность анализа пробы газа методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Мобильность пробоотборника обеспечивается независимостью от дополнительных внешних устройств, т.к. давление пробы в нем поддерживается предотвращением обратного поступательного перемещение поршня.
Проба газа напускается через запорный элемент во внутреннюю полость устройства. Предварительно поршень перемещен в крайнее положение таким образом, чтобы объем полости был максимальным. Запорный элемент закрывается, проба газа транспортируется на установку спектроскопии комбинационного рассеяния света. На штуцер запорного элемента устанавливается оптический зонд спектроскопии комбинационного рассеяния света, запорный элемент открывается. Вращением винта поршень устройства перемещается в другое крайнее положение, уменьшая объем внутренней полости пробоотборника. Давление пробы газа увеличивается, повышая чувствительность метода спектроскопии комбинационного рассеяния света. Винтовой механизм перемещения поршня позволяет развивать значительные усилия для создания высокого давления, а условие самоторможения винтовой пары предотвращает обратное поступательное перемещение поршня и сохраняет высокое давление пробы без применения дополнительных удерживающих устройств.
На фигуре представлена схема заявляемого устройства, где
1 - корпус с отверстием 2 для подачи газа, 3 - запорный элемент, 4 - поршень, 5 - эластичное уплотнение, 6 - гайка, 7 - штифт, 8 - продольные прорези, 9 - винт, 10 - оптический зонд.
На входе газа в корпус 1 с отверстием 2 для подачи газа установлен запорный элемент 3. Внутри корпуса 1 установлен поршень 4 с эластичным уплотнением 5, соединенный с гайкой 6. Вращение гайки 6 блокируется штифтами 7, перемещающимися в продольных прорезях 8. Резьба гайки 6 находится в зацеплении с резьбой винта 9. Гайка 6 и винт 9 образуют винтовой механизм с параметрами резьбы, обеспечивающими самоторможение. Таким образом, винт 9 установлен в корпусе с возможностью вращения без поступательного перемещения.
Устройство работает следующим образом. Вращением винта 9 поршень 4 устанавливается в крайнее правое (как представлено на рисунке) положение, увеличивая объем внутренней полости до максимального. В полость корпуса 1 через запорный элемент 3 и отверстие 2 для подачи газа напускается проба анализируемого газа, запорный элемент 3 закрывается. Для выполнения экспресс-анализа пробы методами спектроскопии комбинационного рассеяния света на запорный элемент 3 устанавливается оптический зонд 10, запорный элемент 3 открывается. Вращением винта 9 поршень 4 перемещается в крайнее левое положение, уменьшая внутренний объем пробоотборника до минимального (фактически до объемов, существующих в запорном элементе) и увеличивая давление анализируемой пробы.
Был изготовлен опытный образец устройства. Корпус и поршень изготовлены из нержавеющей стали, внутренняя поверхность корпуса полированная. Эластичное уплотнение - комбинированное из резины и фторопласта. В винтовом механизме использована пара трения бронза-сталь, резьба однозаходная трапецеидальная диаметром 20 мм и шагом 4 мм. В ходе испытания в пробоотборник подавался водород при давлении 0,1 МПа. В опытном образце удалось увеличить давление газа контролируемой пробы в 40 раз, что позволило значительно повысить точность анализа спектроскопии комбинационного рассеяния света.