УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ

Устройство относится к области аналитического приборостроения, в частности, оно может применяться для расширения шкалы газоанализаторов за счет разбавления анализируемого газа строго установленным пропорциональным количеством газа-разбавителя, а также для автоматического приготовления газовых смесей путем поддерживания постоянным соотношения расходов двух компонентов. Изобретение может быть применено в технологических потоках для смешивания газов в различных пропорциях.
Известны устройства для регулирования соотношения газовых потоков (см, например, сборник "Автоматизация химических производств", выпуск 1, НИИТЭХИМ, Москва, 1967 г., стр. 87-93). Известные устройства содержат входы анализируемого газа и газа-разбавителя, общий выход газов, регулятор перепада давлений и наборы дросселей на линии анализируемого газа и газа-разбавителя. Регулятор перепада давлений поддерживает постоянный перепад давлений на установленных в линиях анализируемого газа и в линиях газа-разбавителя дросселях. Благодаря этому поддерживается определенное соотношение газовых потоков. Недостатком известных устройств является то, что с помощью их можно получить только определенные соотношения потоков в соответствии с имеющимися в наборах дросселями. Промежуточные значения соотношений получить нельзя.
Указанный недостаток отсутствует в устройстве для регулирования соотношения газовых потоков (см. сборник "Автоматизация химических производств", выпуск 4, Госкомитет Совета Министров по химии, 1960г., стр. 48-50). Устройство содержит входы анализируемого газа и газа-разбавителя, смеситель, общий выход, регулятор перепада давления на
дросселях (диафрагмах). Дроссели установлены в линиях анализируемого газа и газа-разбавителя. Регулятор перепада содержит надмембранную и подмембранную полости. Вход регулятора связан с входом газа-разбавителя, подмембранная полость связана с линией газа-разбавителя перед дросселем, а надмембранная полость с линией анализируемого газа перед дросселем.
С помощью указанного устройства можно плавно изменять соотношение потоков, изменяя ручной регулировкой перепад давлений на дросселях. Недостатками указанного устройства является то, что изменять соотношения потоков можно только вручную, что исключает возможность дистанционного управления и автоматизации процесса. Засорение дросселей вызывает изменение соотношения потоков, при этом это изменение ничем не контролируется. Недостаточна также точность установки необходимого соотношения.
С целью устранения указанных недостатков предлагается настоящее устройство.
На фигуре показано предлагаемое устройство.
Устройство содержит вход 1 анализируемого газа, вход 2 газа-разбавителя. Вход газа-разбавителя связан с входом 3 регулятора перепада давления 4. Вход 3 заканчивается соплом 5. Мембрана 6 регулятора перепада жестко связана с клапаном 7, перекрывающим сопло 5. Сверху на мембрану 6 воздействует пружина 8. Изменение поджатия пружины 8 осуществляется через винт 9 с помощью реверсного электродвигателя 10. Вход 1 анализируемого газа связан с надмембранной полостью 11 регулятора перепада 4, а также со смесителем 12 линией 13, на которой находятся дроссель 14 и электромагнитный клапан 15. Подмембранная полость 16 регулятора перепада 4 связана со смесителем 12 линией 17, на которой находится дроссель 18 и электромагнитный клапан 19. Смеситель имеет выход 20 смешанного газа. Линия 13 анализируемого газа и линия 17 газа-разбавителя между дросселями 14 и 18 и электромагнитными клапанами 15 и 19 соединены каналами 21 и 22 со стеклянной трубкой 23, в которую
помещена капля непрозрачной жидкости 24. Стеклянная трубка на концах заканчивается ловителями 25 и 26. Стеклянная трубка на участке перед ловителем просвечивается лампочками 27 и 28 через отверстия 29 и 30 в экране 31. Луч света от лампочек воспринимается фотоэлектрическими датчиками 32 и 33. Электромагнитные клапаны 15, 19 и фотоэлектрические датчики 32 и 33 электрически связаны с электронным блоком управления 34, на который поступают сигналы соотношения расходов от электронного блока задания 35. Линии электрических связей условно показаны тонкими линиями.
Анализируемый газ через вход 1 под определенным давлением поступает к дросселю 14. Внутреннее сечение дросселя подобрано такими образом, чтобы получить необходимый расход газа. При открытом электромагнитном клапане 15 и закрытом электромагнитном клапане 19 анализируемый газ поступает в смеситель 12 и далее на выход 20. Давление в линии 13 после дросселя 14 и в смесителе 12 равно давлению на выходе 20.
Одновременно давление со входа 1 анализируемого газа через полость 11 воздействует на мембрану 6 регулятора перепада давления 4. Под действием давления анализируемого газа и пружины 8 мембрана 6 воздействует на жестко связанный с ней клапан 7, открывая его.
Газ разбавитель через вход 2 устройства и вход 3 регулятора перепада проходит через открывшееся сопло 5 в подмембранную полость 16. В подмембранной полости 16 возникает давление, большее, чем давление в полости 11, в результате чего система, пружина-мембрана-клапан, приводится в равновесие. Перепад давления в полости 16 относительно давления в полости 11 определяется поджатием пружины 8. Из полости 16 газ-разбавитель поступает к дросселю 18 и далее в линию 17. При закрытом электромагнитном клапане 19 газ-разбавитель через канал 22 поступает в стеклянную трубку 23, выталкивая каплю жидкости 24 влево в сторону линии 13.
Так как капля жидкости обладает очень малым сопротивлением движению, то давление в линии 17 за дросселем равно давлению в линии 13
и равно давлению на выходе 20. Когда капля достигает луча лампочки 27 срабатывает фотоэлектрический датчик 32. При поступлении сигнала датчика 32 в блок управления 34 переключаются электромагнитные клапаны:
клапан 19 открывается, клапан 15 закрывается. Газ из линии 17 свободно поступает в смеситель 12 и далее к выходу 20, а капля под действием анализируемого газа из линии 13 движется вправо в сторону линии 17. При достижении капли луча лампочки 28 сигнал от датчика 33 поступает в блок управления 34, происходит переключение клапанов, и капля снова начинает двигаться влево.
Если капля жидкости 24 случайно выйдет за пределы стеклянной трубки 23, то она попадет в ловители 25 и 26, которые останавливают ее от дальнейшего передвижения, т.к. поперечное сечение ловителей больше поперечного сечения капли. Этим самым исключается попадание капли жидкости в газовые линии 13 и 17.
Скорость движения капли под действием анализируемого газа вправо определяется выражением:
aг
где Q - объемный расход анализируемого газа;
S - поперечное сечение стеклянной трубки.
Скорость капли, движущейся влево под действием газа-разбавителя, определяется выражением:
гр
где Q - объемный расход газа-разбавителя;
S - поперечное сечение той же стеклянной трубки.
Так как оба выражения имеют общую величину S, то объемные расходы анализируемого газа и газа-разбавителя пропорциональны скорости движения или обратно пропорциональны времени движения капли вправо и влево.
На блоке задания 35 вручную или автоматически от сигнала, например, газоанализатора или вычислительной машины, задается соотношение расходов.
В блоке управления 34 происходит прием сигналов от датчиков 32 и 33, их амплитудно-временная обработка и сравнение с сигналом формирования соотношения расходов от блока задания 35. Усиленный сигнал рассогласования поступает на реверсивный электродвигатель 10. При вращении двигателя в одну сторону происходит поджатие пружины 8, в другую - ее ослаблению. При этом перепад давления в камере 16 относительно давления в камере 11 увеличивается или уменьшается. Таким образом увеличивается или уменьшается расход газа-разбавителя, определяемый дросселем 18, в то время как расход анализируемого газа остается постоянным. От усиленного сигнала рассогласования реверсивный двигатель вращается в необходимую сторону до тех пор, пока не установится необходимое соотношение расходов в линиях 13 и 17.
При достижении необходимого соотношения расходов, а значит и скоростей движения капли 24 влево и вправо, рассогласование между сигналами датчиков 32, 33 и блока задания 35 отсутствует, и двигатель перестает вращаться.
Таким образом, автоматически устанавливается необходимое соотношение расходов. Задание соотношения можно производить дистанционно и с большой точностью. При засорении дросселей в блоке управления 34 появляется сигнал рассогласования, и электродвигатель 10 отрабатывает его, приводя необходимое соотношение в норму. В смесителе 12 происходит диффузионное смешивание обоих потоков газа, и на выход 20 поступает равномерная смесь.
Вместо стеклянной трубки с каплей жидкости можно применять, например, камеру с мембраной или камеру с поршнем с датчиками иного типа, например, электроконтактными.