Устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции Российский патент 2024 года по МПК G01N21/64 G01N33/26 

Назначение

Изобретение относится к устройству для определения концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции и может быть использовано для обеспечения контроля ее работы и предотвращения возможной аварийной взрывоопасной ситуации при достижении предельно допустимой концентрации примеси в виде паров масла при использовании минеральных или синтетических масел.

Уровень техники

При работе компрессорных станций независимо от вида использования в них масел, в сжатом газе присутствуют примеси (примеси в виде паров масла при использовании минеральных или синтетических масел), которые имеют предельно допустимые концентрации по взрываемости, поэтому они подлежат обязательному контролю в соответствии с требованиями по пожаро- и взрывобезопасностью среды (см., например, "Пожароопасность и токсичность топлив и масел". На сайте: https://allrefrs.ru/2-24434.html).

При этом, для надежного обеспечения безопасности работы компрессорной станции в качестве контролируемых параметров целесообразно выбирать допустимые концентрации примесей в сжатом газе, имеющие более низкие значения по сравнению с предельно допустимыми.

На сегодня в компрессорных станциях используется компрессорное минеральное или синтетическое масло. Синтетическое масло в отличие от минерального, производится на основе направленного химического или нефтехимического синтеза, т.е. масла отличаются на молекулярном уровне (молекулы «синтетики» синтезируются с заданными свойствами, а молекулы минерального масла создала сама природа). Синтетическое масло превосходит минеральное по характеристикам и ресурсу. Главное достоинство - способность сохранять смазывающие свойства 180-200°с, а также в условиях высокого давления. Кроме того, синтетическое масло дольше сохраняет свои рабочие свойства и применяется в компрессорах, которые работают в тяжелых условиях.

Известен способ определения примесей масла в газах с помощью индикаторных трубок, включающий сорбцию примесей масла путем пропускания анализируемой пробы через сорбент и его анализ (патент РФ №2092833).Сорбцию масла осуществляют в отдельном сорбционном патроне, после чего его вымывают органическим растворителем в индикаторную трубку, а оценку содержания масла осуществляют по длине окрашенного слоя индикаторной трубки, в качестве сорбента используют активный оксид алюминия.

Недостатком способа является невозможность контроля концентрации масла в газах высокого давления на выходе компрессорной станции в процессе ее работы и предотвращения возможной аварийной взрывоопасной ситуации при достижении предельно допустимой концентрации масла в сжатом газе.

Известен прибор для определения масляного тумана в воздухе (патент US 4687327, кл. G01N 21/59). Данный прибор предназначен для измерения непрозрачности масляного тумана в воздухе, используемого в системах пропускания потока с масляной взвесью. Устройство устанавливается в трубной крестовине. Две противостоящие опоры крестовины служат для пропускания масляной взвеси мимо двух ортогональных им противоположных опор, поддерживающих систему измерения непрозрачности. При использовании мостового источника напряжения для питания усилителя, образующего опорное напряжение на опорных диодах, на первый фотоэлемент поступает опорный световой поток от светоизлучающего диода, используемого для сравнения. Второй светоизлучающий диод направляет свет через масляный туман. Количество света измеряется вторым фотоэлементом, регистрирующим поглощение света исследуемым потоком, а сигналы с выходов двух фотоэлементов сравниваются в дифференциальном усилителе. При определенном значении сигнала, формируемого в дифференциальном усилителе, поступает команда на датчик пропускания потока к устройствам, потребляющим воздух с масляной взвесью.

В описанном приборе (в патенте US 4687327) контроль концентрации масла в потоке воздуха осуществляется на измерении степени поглощения монохроматического излучения. Это объясняется тем, что прибор, описанный, контролирует воздух с дозированным содержанием масляного тумана или масляной взвеси. Метод контроля, основанный на измерении степени поглощения монохроматического излучения, обоснован тем, что уровень концентрация масла в воздухе таков, что не предъявляются требования к высокой точности и чувствительности регистрирующего прибора.

Недостатком такого прибора является невозможность контроля концентрации масла в воздухе высокого давления на выходе компрессорной станции, низкая чувствительность метода, основанного на измерении степени поглощения монохроматического излучения.

Известен прибор - детектор по патенту US 3176623 кл. F04B 43/00, предназначенный для контроля масла в сжатых газах. В данном приборе-детекторе анализ масла в газе осуществляется непосредственно в камере высокого давления. Снаружи камеры высокого давления расположены источник ультрафиолетового излучения, фильтр, пропускающий излучение требуемой длины волны, и конденсорная линза. Внутри камеры под углом 45° к направлению потока возбуждения от источника ультрафиолетового излучения, а также к потоку газа от штуцера подвода установлена контрольная пластина, покрытая неотражающим слоем, например черным матовым лаком. Оптико-электронный контроль полости высокого давления в камере обеспечивается использованием смотровых остекленных устройств. Для приема излучения, возбуждаемого на поверхности контрольной пластины (люминесценции), установлен фотоприемник в виде фотоэлектронного устройства. Штуцеры подвода и отвода газа подсоединяются к различным участкам нагнетательного трубопровода компрессора таким образом, чтобы обеспечивалась циркуляция газа через прибор. В случае утечки из камеры сжатия компрессора масло осаждается на контрольной пластинке и люминесцирует под воздействием возбуждающего излучения. Выходной сигнал от фотоумножителя, пропорциональный интенсивности люминесценции контрольной пластины, подается на усилитель и измерительный прибор с электроконтактным устройством для включения аварийной сигнализации.

Недостатками такого прибора-детектора являются:

• контроль масла осуществляется не непосредственно в газовой среде, а на пластине, где осаждается масло, что приводит к снижению чувствительности и точности контроля масла прибором-детектором. Снижает точность контроля масла и возникновение бликов с внутренней поверхности камеры высокого давления;

• в случае утечки масла из компрессора и осаждении его на контрольной пластине дальнейшая эксплуатация прибора-детектора невозможна без дополнительной разборки и удаления масла с пластины;

• при длительной эксплуатации прибора-детектора происходит неизбежное осаждение масла на пластине, в результате чего формируется ошибочный сигнал о превышении масла в данный момент времени в анализируемой среде.

Известен флуоресцентный сигнализатор масла в сжатых газах (см. патент, РФ, №79181), который является наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятый авторами за прототип.

Данный флуоресцентный сигнализатор масла в сжатых газах является прибором флуоресцентного анализа - флуориметром, работа которого основана на физическом принципе действия - свечении (флуоресценции) паров масла в световом потоке и позволяет обеспечить индикацию концентрации масла в анализируемом газе, а также загрязнении стекол кюветы и содержит камеру высокого давления в виде проточной кюветы (внутренние стенки которой содержат антибликовое покрытие) для анализируемого газа, снабженную смотровыми стеклами, импульсный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа, включающую конденсорную линзу и фильтр, первое фотоприемное устройство для регистрируемого возбужденного излучения, расположенные за проточной кюветой на оси, перпендикулярной оптической оси источника излучения возбуждения, кроме того, содержит второе фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения, третье фотоприемное устройство для регистрации возбуждающего излучения, прошедшего сквозь смотровые стекла кюветы, а также два компаратора и два индикаторных устройства, при этом третье фотоприемное устройство расположено за проточной кюветой по отношению к источнику излучения на одной оптической оси с источником излучения, второе фотоприемное устройство размещено до проточной кюветы на оси, перпендикулярной оптической оси источника излучения возбуждения, выходы первого и третьего фотоприемных устройств заведены на первые входы соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходом второго фотоприемного устройства, а выходы упомянутых компараторов соединены с соответствующими индикаторными устройствами, причем оптическая система для формирования излучения возбуждения включает полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45° к направлению источника излучения, обеспечивая прохождение излучения возбуждения в прямом направлении и отражение его - в перпендикулярном. На выходе проточной кюветы установлен ограничитель расхода воздуха, содержащий газовый канал, выполненный в виде плоской щелевой спирали, расположенной между внутренней и внешней образующими цилиндрических поверхностей.

Недостатки прототипа:

• обеспечивается работа только для минеральных масел и не обеспечивается работа для синтетических масел;

• фиксируются значения концентраций масла в сжатом газе без учета текущего загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления, что приводит к заниженным показателям реальных значений концентраций масла и в целом - к снижению эффективности работы устройства;

• на индикаторном устройстве контролируется и отражается только предельное значение загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления, при этом, текущий контроль загрязнения защитных стекол отсутствует;

• отсутствует контроль составляющих устройства из-за неисправности которых возникает отсутствие контроля концентрации паров масла в сжатом газе вначале его отбора из компрессорной станции в камеру высокого давления.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства при обеспечении высокой эффективности ее работы.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что обеспечиваются режимы работы предлагаемого устройства путем установки соответствующих напряжений срабатывания компаратора для контроля допустимого значения концентрации паров масла в сжатом газе при использовании различных видов минеральных и синтетических масел в компрессорной станции, при этом, установка соответствующих напряжений срабатывания компаратора обеспечивается регулированием коэффициента усиления усилителя ультрафиолетового излучения, а также управлением коэффициентом усиления усилителя люминесцентного излучения с учетом текущего загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления.

Кроме того, на индикаторном устройстве обеспечивается контроль не только предельного значения загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления, но и текущих значений степени загрязнения, а также исключается отсутствие контроля концентрации паров масла в сжатом газе вначале его отбора в камеру высокого давления из компрессорной станции, а также в процессе ее работы.

Устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции включает в себя камеру высокого давления, снабженную смотровыми стеклами и установленным на выходе ограничителем расхода, импульсный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа, первое фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения, второе фотоприемное устройство для регистрируемого возбужденного излучения, третье фотоприемное устройство для регистрации излучения, первое, второе индикаторные устройства и компаратор.

Введение в устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выполненный на операционным усилителе с переключателем для регулировки коэффициента усиления, усилителя с управляемым коэффициентом усиления, дифференциального усилителя, формирователя импульсов запуска и формирователя сигнала исправности устройств позволяет расширить функциональные возможности устройства при обеспечении высокой эффективности ее работы.

Введением усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, обеспечивается установка соответствующего коэффициента усиления с помощью, присутствующим в нем переключателя, устанавливающим напряжение срабатывания компаратора в зависимости от вида используемого масла.

Введением усилителя с управляемым коэффициентом усиления учитываются загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления путем управления коэффициентом управления данного усилителя и соответственно, его выходным напряжением в зависимости от степени загрязнения защитных стекол.

Введением дифференциального усилителя обеспечивается контроль и индикация на индикаторном устройстве не только предельного значения загрязнения защитных стекол в окнах камеры высокого давления, но и текущих значений загрязнения.

Введением формирователя импульсов запуска задается цикличность контроля примесей в виде паров масла в камере высокого давления.

Введением формирователя сигнала исправности устройств обеспечивается высокая эффективность работы предлагаемого устройства, в виду того, что исключается отсутствие контроля концентрации паров масла в сжатом газе вначале его отбора в камеру высокого давления из компрессорной станции, а также в процессе ее работы.

Графические иллюстрации

На фигуре 1 приведена структурная схема устройства контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции, содержащая составляющие с обозначенными цифрами позициями:

1 - ИИУИ (импульсный источник ультрафиолетового излучения);

1-1 - КЗ (ключ зажигания лампы);

1-2 - импульсная лампа;

2 - ОС (оптическая система для формирования излучения возбуждения анализируемого газа);

2-1 - конденсор;

2-2 - светофильтр;

2-3 - полупрозрачное зеркало;

2-4 - оптическая линза;

3 - ФУ₁ (первое фотоприемное устройство);

3-1 - У₁ (первый усилитель);

3-2 - Ф₁ (первый фотоприемник);

3-3 - светофильтр;

4 - ФУ₂ (второе фотоприемное устройство);

4-1 - ФЭУ (фотоэлектронный умножитель);

4-2 - светофильтр;

4-3 - оптическая линза;

5 - камера высокого давления;

6 - смотровые окна;

7 - ограничитель расхода;

8 - ФУ₃ (третье фотоприемное устройство);

8-1 - светофильтр;

8-2 - Ф₂ (второй фотоприемник);

8-3 - У₂ (второй усилитель);

9 - КС (компрессорная станция);

10 - УВК (управляющий вычислительный комплекс);

11 - УРК (усилитель с регулируемым коэффициентом усиления);

11-4, 11-5, …, 11-n - соответственно, 1-й, 2-й, ..., n-й резисторы, при (n-4)≥2;

11-1 - операционный усилитель;

11-2 - резистор;

11-3 - переключатель;

12 - УУК (усилитель с управляемым коэффициентом усиления);

13 - ИУ₂ (второе индикаторное устройство);

14 - компаратор;

15 - дифференциальный усилитель;

16 - ИУ₁ (первое индикаторное устройство);

17 - ФИЗ (формирователь импульсов запуска);

18 - ФСИУ (формирователь сигнала исправности устройств).

Осуществление изобретения

Устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции содержит камеру высокого давления 5 виде проточной кюветы для анализируемого газа, снабженную смотровыми стеклами 6, входом для сжатого газа с компрессорной станции 9 и установленным на выходе ограничителем расхода 7, импульсный источник ультрафиолетового излучения 1, в виде последовательно соединенных ключа зажигания лампы 1-1 и импульсной лампы 1-2, первое фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения 3, второе фотоприемное устройство для регистрируемого возбужденного излучения 4 и третье фотоприемное устройство для регистрации излучения 8, первое 16, второе 13 индикаторные устройства и компаратор 14, выходом соединенный с первым индикаторным устройством 16, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа 2, содержащую последовательно расположенные на оси излучения конденсор 2-1, светофильтр 2-2, развернутые перпендикулярно к оси излучения, полупрозрачное зеркало 2-3, развернутое под углом 45° к оси излучения и оптическую линзу 2-4, развернутую перпендикулярно к оси излучения, при этом, камера высокого давления 5 расположена за оптической системой для формирования излучения возбуждения анализируемого газа 2 на оси излучения, на которой расположены первое и третье смотровые окна 6, а второе смотровое окно 6 расположено перпендикулярно оси излучения, при этом, за камерой высокого давления 5 на оси излучения расположено третье фотоприемное устройство 8, содержащее последовательно расположенные на оси излучения светофильтр 8-1, развернутый перпендикулярно к оси излучения, и второй фотодиод 8-2, выход которого соединен с входом второго усилителя 8-3, выход которого является выходом третьего фотоприемного устройства 8; первое фотоприемное устройство 3, размещенное до проточной кюветы на оси, перпендикулярной оптической оси источника излучения возбуждения, содержит последовательно расположенные светофильтр 3-3, первый фотоприемник 3-2, выход которого соединен с входом первого усилителя 3-1, выход которого является выходом первого фотоприемного устройства 3, а второе фотоприемное устройство 4 расположено на оси излучения через второе смотровое окно 6 и содержит последовательно расположенные оптическую линзу 4-3, светофильтр 4-2 и фотоэлектронный умножитель 4-1, выход которого является выходом второго фотоприемного устройства 4.

В устройство дополнительно введены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 11, усилитель с управляемым коэффициентом усиления 12, формирователь сигнала исправности устройств 18, дифференциальный усилитель 15 и формирователь импульсов запуска 17, последовательно соединенный с импульсным источником ультрафиолетового излучения 1, при этом, вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 11 соединен с выходом первого фотоприемного устройства 3, первым входом формирователя сигнала исправности устройств 18 и первым входом дифференциального усилителя 15, второй вход которого соединен с выходом третьего фотоприемного устройства 8, а выход - с вторым индикаторным устройством 13, вторым входом формирователя сигнала исправности устройств 18 и первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления 12, второй вход которого соединен с выходом второго фотоприемного устройства 4 и третьим входом формирователя сигнала исправности устройств 18, выход которого соединен с первым входом управляющего вычислительного комплекса 10 компрессорной станции 9, кроме того, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 11 соединен с первым входом компаратора 14, второй вход которого соединен с выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиления 12, а выход компаратора 14 соединен со вторым входом управляющего вычислительного комплекса 10 компрессорной станции 9, при этом, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 11 содержит операционный усилитель 11-1, резистор 11-2, переключатель 11-3, резисторы 11-4, 11-5, …, 11-n, которые одним выводом соединены между собой и с выходом операционного усилителя 11-1, который является выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 11, а вторым выводом соединяются с замыкающим контактом переключателя 11-3, который соединен с одним выводом резистора 11-2 и с инвертирующим входом операционного усилителя 11-1, неинвертирующий вход которого является входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 11, второй вывод резистора 11-2 соединен с землей (шиной нулевого потенциала).

Описание работы устройства контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции

Контроль концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции в предлагаемом устройстве основан на физическом принципе действия - свечении (флуоресценции) в световом потоке ультрафиолетового излучения примеси в виде паров масла при использовании минеральных или синтетических масел. Следует отметить, что прототип предусматривает контроль примеси в виде паров масла только для минеральных масел, используемых в компрессорных станциях. Однако наиболее часто в последнее время в компрессорах сжатого воздуха наряду с минеральными маслами применяют синтетические масла, которые, как было отмечено выше, применяются в компрессорах, которые работают в тяжелых условиях и имеют главное достоинство - способность сохранять смазывающие свойства до 180-200°С, дольше сохраняют свои рабочие свойства, а также обладают рядом преимуществ: высокий индекс вязкости, экологическая безопасность, отсутствие нагаров и твердых отложений (лаков) в процессе эксплуатации (см., например, патент, РФ, №2670726).

При работе компрессорных станций, независимо от вида используемых в них масел, в сжатом газе присутствуют примеси в виде паров масла, требующих постоянного контроля, и при достижении заданных предельно допустимых значений концентрации паров масла, необходима остановка работы компрессорной станции. В предлагаемом устройстве при контроле концентрации паров масла в сжатом газе компрессорной станции КС 9 анализ газа, отобранного из КС 9 осуществляется, как и в прототипе, в камере высокого давления 5, выполненной в виде проточной кюветы (рассчитана на давление до 40 Мпа), при этом, анализируемый газ из камеры высокого давления 5 поступает в ограничитель расхода ОР 7, а затем сбрасывается из него в атмосферу. В прототипе, в котором рассматривается работа компрессорной станции 9 с использованием минеральных масел, предельные концентрации паров масла при контроле в камере высокого давления 5 составляют порядка 80 мг/м³ (как показали экспериментальные исследования, при работе компрессорной станции 9 с использованием синтетических масел, сигнал, пропорциональный концентрации примесей в виде паров масла в камере высокого давления 5, ниже сигнала концентрации в виде паров масла при работе компрессорной станции 9 с использованием минеральных масел).

Ограничитель расхода ОР 7 обеспечивая дросселирование высокого давления практически до атмосферного, гарантирует смену сжатого газа в камере высокого давления 5 при периодическом формировании сигнала концентрации паров масла в сжатом газе (обеспечивается проточность в кювете), позволяет увеличить срок эксплуатации предлагаемого устройства до профилактических действий, и может быть выполненным, например, в виде устройства, содержащего газовый канал в виде плоской щелевой спирали, расположенной между внутренней и внешней образующими цилиндрических поверхностей.

В качестве источника светового излучения в предлагаемом устройстве является импульсный источник ультрафиолетового излучения (ИИУИ) 1, состоящий из ключа зажигания лампы (КЗ) 1-1, подключаемого к выходу формирователя импульсов запуска ФИЗ 17, и импульсной лампы 1-2, при этом, ИИУИ 1 предназначен для выработки светового излучения ультрафиолетового спектра, а оптическая система 2 - для выделения ультрафиолетовой части спектра излучения.

Формирователь импульсов запуска ФИЗ 17 задает период следования формируемых импульсов ультрафиолетового излучения, который определяет цикличность опроса и формирования сигналов по концентрации паров масла в сжатом газе в проточной кювете. Как показали практические исследования, данный оптимальный период следования импульсов находится в диапазоне от 10 мин. до 12 мин.

В качестве формирователя импульсов запуска ФИЗ 17 можно использовать, например, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, выполненный с использованием счетчика (см., например, "Счетчики". На сайте: ttps://lib.qrz.ru/book/export/html/5370).

В качестве импульсной лампы 1-2 можно использовать, например, ИНП-5/45А.

В камеру высокого давления 5 (в кювету) световое излучение ультрафиолетового спектра импульсной лампы 1-2, проходящее через оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа (ОС) 2, содержащей конденсор 2-1, светофильтр 2-2, полупрозрачное зеркало 2-3 и оптическую линзу 2-4, в виде излучения возбуждения анализируемого газа, попадает через первое смотровое окно 6. Смотровые окна 6 снабжены защитными стеклами с антибликовыми покрытиями с внутренней стороны, например, нанесениями МНч.6 матовое или Хч3, что позволяет избежать паразитных сигналов, а следовательно повысить точность контроля.

Флуоресцентное свечение анализируемой среды в камере высокого давления 5, проходя через второе смотровое стекло 6, расположенное перпендикулярно оптической оси источника излучения возбуждения, преобразуется в напряжение электрического сигнала на выходе второго фотоприемного устройства ФУ₂ 4, содержащего последовательно расположенные вдоль оси свечения оптическую линзу 4-3 и светофильтр 4-2, а также фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 4-1, выход которого является выходом ФУ₂ 4. Величина выходного электрического сигнала ФУ₂ 4 пропорциональна концентрации примеси (паров масла при использовании минеральных или синтетических масел) в сжатом газе, находящемся в камере высокого давления 5, и, следовательно, в сжатом газе компрессорной станции КС 9.

Пример описания компрессорной станции приведен, например, в патенте, РФ, №2775102 "Поршневой компрессор и способ сжатия газа посредством него".

В качестве фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 4-1 можно использовать, например, фотоэлектронный умножитель ФЭУ-148.

Напряжение электрического сигнала с выхода второго фотоприемного устройства (ФУ₂) 4 поступает на второй вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления УУК 12, на первый вход которого поступает напряжение с выхода дифференциального усилителя 15, поэтому на выходе УУК 12 формируется напряжение в соответствии с изменением коэффициента усиления УУК 12, который, как будет показано ниже, управляется изменяемым напряжением с выхода дифференциального усилителя 15. В результате чего, учитывается степень загрязнения защитного стекла второго смотрового окна 6 (загрязнения внутренних защитных стекол смотровых окон 6 вызывают осаждения на них масла).

В качестве усилителя с управляемым коэффициентом усиления УУК 12 можно использовать, например, неинвертирующий усилитель с обратной связью, при этом, в схеме обратной связи, имеющей резистор, от которого зависит коэффициент усиления усилителя, заменен на канал исток-сток полевого транзистора (см., например, "Линейное управление коэффициентом усиления". На сайте: http://microsin.net/adminstuff/hardware/an-6603-linear-gain-controlled-amplifier.html).

Напряжение на выходе третьего фотоприемного устройства 8 формируется следующим образом.

Из камеры высокого давления 5 световое излучение проходит через третье смотровое окно 6, и проходя через светофильтр 8-1, второй фотоприемник Ф₂ 8-2 и второй усилитель У₂ 8-3, преобразуется на его выходе в напряжение электрического сигнала, значение которого изменяется в соответствии со степенью загрязнения защитного стекла третьего смотрового окна 6. Т.е. напряжение на выходе второго усилителя У₂ 8-3 уменьшается при возрастании степени загрязнения стекол смотровых окон 6.

Примечание - Допускается рассматривать показатели значений загрязнения защитных стекол одинаковыми для всех трех смотровых окон 6 камеры высокого давления 5.

Напряжение с выхода усилителя с регулируемым коэффициентом усиления УРК 11, которое пропорционально световому потоку возбуждения от ИИУИ 1 и не зависит от концентрации примесей в сжатом газе в камере высокого давления 5, поступает на первый вход компаратора 11, на второй вход которого поступает напряжение с выхода усилителя с управляемым коэффициентом усиления УУК 12 и при превышении напряжения на втором входе компаратора 11 относительно напряжения на его первом входе (что соответствует достижению концентрации допустимого уровня примесей в сжатом газе), компаратор 14 срабатывает и формирует на выходе сигнал в виде напряжения, противоположного исходному состоянию (компаратор имеет два устойчивых состояния по уровню напряжения: высокий и низкий), который отражается на первом индикаторном устройстве ИУ₁ 16 (например, в виде индикации "Масло") и по которому, при поступлении его на второй вход управляющего вычислительного комплекса УВК 10 компрессорной станции КС 9, останавливается ее работа.

Рассмотрим формирование напряжения на выходе усилителя с регулируемым коэффициентом усиления УРК 11.

Полупрозрачное зеркало 2-3 в оптической системе для формирования излучения возбуждения анализируемого газа (ОС) 2 расположено под углом 45° к направлению источника излучения, поэтому обеспечивается прохождение излучения в прямом направлении в камеру высокого давления 5 и отражения его в перпендикулярном направлении - в первое фотоприемное устройство (ФУ₁) 3, содержащее последовательно расположенные светофильтр 3-3 и первый фотоприемник Ф₁ 3-2 для регистрации интенсивности излучения. Электрический сигнал с выхода первого фотоприемника Ф₁ 3-2 усиливается первым усилителем У₁ 3-1 и с его выхода поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления УРК 11, выполненного на операционном усилителе 11-1, выходной сигнал которого регулируется посредством изменения коэффициента усиления К_у с помощью переключателя 11-3 (см., например, "Управление коэффициентом усиления". На сайте:

https://studfile.net/preview/3245892/page: 18/).

Коэффициент усиления К_у определяется следующим выражением:

где:

• R₁ - резистор 11-2;

• R_11-i - резистор, подключенный в текущий момент к замкнутым контактам переключателя 11-3, при этом, индекс 11-i; является, соответственно, индексом для резисторов 11-4, 11-5, …, 11-n (при n ≥ 5).

Количество коэффициентов усиления К_у, формируемых усилителем УРК 11, соответствует количеству m (при m ≥ 2) положений переключателя 11-3.

Так, например, минимальному количеству m=2 соответствует n=5.

В качестве первого Ф₁ 3-2 и второго Ф₂ 8-2 фотоприемников можно использовать, например, фотодиод КДФ-105А.

При принятом функциональном построении предлагаемого устройства срабатывание компаратора 14, соответствующего достижению допустимого уровня концентрации примеси в виде паров масла в сжатом газе при использовании минеральных или синтетических масел, не зависит от величины потока возбуждения, а определяется лишь соотношением коэффициентов усиления усилителей УРК 11 и УУК 12. Поэтому при выбранном соотношении коэффициентов усиления усилителей УРК 11 и УУК 12, регулировкой УРК 11, путем соответствующего переключения переключателя 11-3, обеспечивается использование различных видов масла (количество видов масла соответствует m) минеральных и синтетических, а управлением коэффициента управления УУК 12 обеспечивается исключение влияния загрязнения стекол в смотровых окнах 6 на точность контроля допустимого уровня концентрации примесей в камере высокого давления 5.

В отличие от прототипа, в котором контролируются только предельные значения загрязнения защитных стекол смотровых окон 6, в предлагаемом устройстве контролируются как предельные, так и текущие значения загрязнения защитных стекол смотровых окон 6.

Рассмотрим процесс контроля загрязнения защитных стекол смотровых окон 6. Напряжение с выхода первого усилителя У₁ 3-1 поступает на первый вход дифференциального усилителя 15 и является опорным напряжением U₁. На второй вход дифференциального усилителя 15 с выхода второго усилителя У₂ 8-3 поступает напряжение U₂, изменяющееся в зависимости от степени загрязнения защитных стекол смотровых окон 6. На выходе дифференциального усилителя 15 формируется сигнал в виде напряжения U, изменяемого от максимального U_макс. до нулевого значения, в соответствии с выражением (см., например, "Дифференциальный усилитель". На сайте: https://studopedia.ru/1_125549_differentsialniy-usilitel.html):

где К - коэффициент передачи дифференциального усилителя 15.

Данный сигнал, в виде напряжения U, изменяемого от максимального U_макс. до нулевого значения, с выхода дифференциального усилителя 15 отражается на втором индикаторном устройстве ИУ₂ 13.

Максимальное значение напряжения U_макс. соответствует максимальной прозрачности защитных стекол смотровых окон 6, т.е. полному отсутствию загрязнения, а нулевое значение напряжения U соответствует предельному значению загрязнения защитных стекол смотровых окон 6. Промежуточные значения напряжения U соответствуют текущим значениям загрязнения защитных стекол смотровых окон 6.

Для исключения отсутствия контроля концентрации паров масла в сжатом газе вначале его отбора в камеру высокого давления 5 из компрессорной станции 9, а также в процессе ее работы, формирователь сигнала исправности устройств ФСИУ 18 формирует на выходе сигнал напряжением заданного высокого уровня (например, в виде сигнала "Исправен"), по которому, при его поступлении на первый вход управляющего вычислительного комплекса УВК 10 компрессорной станции КС 9, разрешается ее работа (при сигнале низкого уровня на выходе ФСИУ 18 вычислительный комплекс УВК 10 запрещает работу компрессорной станции КС 9). При отсутствии отбора сжатого газа в камеру высокого давления 5 из компрессорной станции 9 сигнал напряжением высокого уровня на выходе формирователя сигнала исправности устройств ФСИУ 18 должен появляться только при одновременном присутствии сигналов положительного напряжения на его входах, поступающих с выходов устройств:

• первого фотоприемного устройства ФУ₁ 3;

• второго фотоприемного устройства ФУ₁ 4 (фоновый сигнал);

• дифференциального усилителя 15.

В данном случае это означает, что составляющие устройства контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции исправны, при этом, отсутствуют загрязнения смотровых окон 6, поэтому разрешается работа компрессорной станции КС 9 и отбор из нее сжатого газа в камеру высокого давления 5.

Формирователь сигнала исправности устройств ФСИУ 18 может быть выполнен, например, на основе элемента 3И, например, на микросхеме КР1533ЛИ3, при этом, для обеспечения работы микросхемы в номинальном режиме, входные положительные напряжения ФСИУ 18 преобразуются по величине в сигналы логической "1".

Таким образом, предлагаемое устройство имеет следующие достоинства:

• обеспечивается контроль допустимой концентрации примесей паров масла в сжатом газе компрессорной станции при использовании различных видов минеральных и синтетических масел;

• при контроле концентрации примесей паров масла в сжатом газе учитывается степень загрязнения защитных стекол смотровых окон камеры высокого давления;

• обеспечивается контроль текущих и предельных значений загрязнения защитных стекол смотровых окон камеры высокого давления;

• обеспечивается высокая эффективность работы предлагаемого устройства, ввиду того, что исключается отсутствие контроля концентрации паров масла в сжатом газе вначале его отбора в камеру высокого давления из компрессорной станции, а также в процессе ее работы.

Изобретение относится к устройству для определения концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции и может быть использовано для обеспечения контроля ее работы и предотвращения возможной аварийной взрывоопасной ситуации при достижении предельно допустимой концентрации примеси в виде паров масла при использовании минеральных или синтетических масел. Устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции включает в себя камеру высокого давления в виде проточной кюветы для анализируемого газа, снабженную смотровыми стеклами и установленным на выходе ограничителем расхода, импульсный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа, первое фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения, второе фотоприемное устройство для регистрации возбужденного излучения, прошедшего сквозь смотровое стекло кюветы, третье фотоприемное устройство для регистрации излучения, прошедшего сквозь два смотровых стекла кюветы, а также первое, второе индикаторные устройства и компаратор, выходом соединенный с первым индикаторным устройством. Дополнительно введены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, формирователь сигнала исправности устройств, дифференциальный усилитель и формирователь импульсов запуска, последовательно соединенный с импульсным источником ультрафиолетового излучения. При этом вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с выходом первого фотоприемного устройства, первым входом формирователя сигнала исправности устройств и первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего фотоприемного устройства, а выход - со вторым индикаторным устройством, вторым входом формирователя сигнала исправности устройств и первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом второго фотоприемного устройства и третьим входом формирователя сигнала исправности устройств, выход которого соединен с первым входом управляющего вычислительного комплекса компрессорной станции. Кроме того, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход компаратора соединен со вторым входом управляющего вычислительного комплекса компрессорной станции. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства при обеспечении высокой эффективности ее работы. 1 ил.

Устройство контроля концентрации масла в сжатом газе компрессорной станции, включающее в себя камеру высокого давления в виде проточной кюветы для анализируемого газа, снабженную смотровыми стеклами и установленным на выходе ограничителем расхода, импульсный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения анализируемого газа, первое фотоприемное устройство интенсивности возбуждающего излучения, размещенное до кюветы на оси, перпендикулярной оптической оси с источником излучения, второе фотоприемное устройство для регистрации возбужденного излучения, прошедшего сквозь смотровое стекло кюветы, размещенное за кюветой на оси, перпендикулярной оптической оси с источником излучения, третье фотоприемное устройство для регистрации излучения, прошедшего сквозь два смотровых стекла кюветы, расположенное на одной оптической оси с источником излучения, а также первое, второе индикаторные устройства и компаратор, выходом соединенный с первым индикаторным устройством, отличающееся тем, что дополнительно введены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, выполненный на операционном усилителе с резисторами обратной связи и переключателе на m положений (при m ≥ 2), усилитель с управляемым коэффициентом усиления, формирователь сигнала исправности устройств, дифференциальный усилитель и формирователь импульсов запуска, последовательно соединенный с импульсным источником ультрафиолетового излучения, при этом вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с выходом первого фотоприемного устройства, первым входом формирователя сигнала исправности устройств и первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего фотоприемного устройства, а выход - со вторым индикаторным устройством, вторым входом формирователя сигнала исправности устройств и первым входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом второго фотоприемного устройства и третьим входом формирователя сигнала исправности устройств, выход которого соединен с первым входом управляющего вычислительного комплекса компрессорной станции, кроме того, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход компаратора соединен со вторым входом управляющего вычислительного комплекса компрессорной станции.