Устройство для стабилизации давления газа в газоанализаторе Советский патент 1984 года по МПК G05D16/00 

J -г

Cxj

S

(

О

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОАНАЛИЗАТОРЕ, содержащее первый трубопровод для подачи газа в газоанализатор, второй трубопровод для отвода газа из него, дроссель, установленный на первом трубопроводе, третий трубопровод, один конец которого соединен с первым трубопроводом между дросселем и газоанализатором, первый регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на третьем трубопроводе, и второй регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на втором трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона стабилизируемых давлений, второй конец третьего трубопровода соединен с вторым трубопроводом между (газовыми) газоанализатором и вторым регулятором абсолютного давления «до себя.

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для стабилизации давления анализируемых сред в различных устройствах, в которых необходимо ноддерживать постоянное давление газового потока. Одним из важнейших условий достижения высокой точности измерений при газовом анализе является необходимость поддержания постоянных давлений анализируемой газовой среды. Известно устройство стабилизации давления газа в газоанализаторе, построенное на базе регулятора, установленного на линии подвода анализируемой среды в газоанализаторе 1. Однако это устройство не обеспечивает давления на выходе из газоанализатора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для стабилизации давления газа в газоанализаторе, содержащее трубопроводы для подачи и отвода газа из газоанализатора, два дросселя, установленные на трубопроводе подачи газа, трубопровод для сброса избытков газа, поступающего в газоанализатор, первьЕЙ регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на этом трубопроводе, второй регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на трубопроводе отвода газа из газоанализатора, а также ограничитель давления газа, подсоединенный к трубопроводу подачи газа до дросселей 2. Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон регулируемых давлений, который определяется допустимым расходом регуляторов абсолютного давления. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона стабилизируемых давлений. Иоставленная цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации давления газа в газоанализаторе, содержащем первый трубопровод для подачи газа в газоанализатор, второй трубопровод для отвода газа из него, дроссель, установленный на первом трубопроводе, третий трубопровод, один конец которого соединен с первым трубопроводом между дросселем и газоанализатором, первый регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на третьем трубопроводе, и второй регулятор абсолютного давления «до себя, установленный на втором трубопроводе, второй конец третьего трубопровода соединен с вторым трубопроводом между газоанализатором и вторым регулятором абсолютного давления «до себя. Нормальная работа регулятора абсолютного давления гарантируется при регламентированных расходах газа через него, например для регуляторов типа САД-305 этот диапазон составляет 5-250 л/ч. За пределами этого диапазона погрешность стабилизации недопустимо возрастает, расход анализируемой среды через газоанализатор небольшой. Так, например, при газодинамическом методе анализа он не превышает 5 л/ч. В то же время расход анализируемой среды через регулятор, соединенный по входу с линией подвода газа, т. е. установленный на третьем трубопроводе, делается больщим (больше 250 л/ч) для снижения инерционности измерений. Нередко в известных устройствах регуляторы абсолютного давления работают вне предела регламентированных расходов. В предложенном устройстве выход регулятора (второй конец третьего трубопровода) подключен к линии отвода анализируемой смеси между газоанализатором и вторым регулятором, соединенным по входу с линией отвода анализируемой смеси. Этим повышается давление за регулятором, установленным на третьем трубопроводе, и нормальная работа системы может быть обеспечена при более высоких расходах на докритическом режиме истечения за счет уменьшения перепада давлений на первом регуляторе. В связи с этим давление на входе газоанализатора можно увеличить, т. е. расширяется диапазон стабилизируемых давлений. Кроме того, предложенное устройство позволяет более стабильно работать в режиме питания газоанализаторов давлениями ниже атмосфернь:х, в то время как известные устройства в таких условиях работают ненадежно или могут работать в весьма узком диапазоне изменения давления анализируемой среды. Это происходит из-за сильного взаимного влияния параллельно включенных регуляторов абсолютного давления к вакуум-насосу или другому источнику, имеющему ограниченную производительность. В известном устройстве при увеличении давления среды на входе возрастает расход среды через регулятор, соответственно возрастает давление на его выходе из-за конечной производительности источника вакуума и разница давлений на регуляторе может оказаться недостаточной для его нормальной работы. Ири этом значения сопротивлений дросселей и значения задаваемых давлений всех регуляторов являются весьма критичными и не обеспечивают работу известных систем стабилизации давления питания газоанализаторов на вакууме. В предложенном устройстве регуляторы абсолютного давления включены последовательно по отношению к источнику вакуума и при любых соотношениях сопротивлений элементов оно работает стабильно. Одновременно повышается точность измерения газоанализатора за счет повышения точности стабилизации давлений анализируемой среды на входе и выходе газоанализатора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит газоанализатор 1, дроссель 2, линию 3 подвода анализируемой среды в газоанализатор, регулятор 4 абсолютного давления «до себя, установленный на линии 5 отвода анализируемой среды из газоанализатора. Линия 3 подвода соединена через регулятор б абсолютного давления «до себя с линией 5 отвода анализируемой смеси из газоанализатора между газоанализатором 1 и регулятором 4.

Анализируемая среда после пробоподготовки поступает на дроссель 2, задающий общий расход пробы. После дросселя 2 поток пробы разветвляется на газоанализатор 1 и регулятор 6 абсолютного давления, на выходе из которого газовые потоки соединяются в суммарный поток, и поступает на вход регулятора 4 абсолютного давления. Дроссель 2 совместно с регулятором 6 служит для стабилизации давления на входе газоанализатора 1. При этом на дросселе 2 гасятся возмущения, вызываемые изменениями давления на входе устройства стабилизации. При изменении давления (увеличении или уменьшении) в устройстве пробоотбора давление на входе газоанализатора 1 начинает соответственно изменяться. Поэтому регулятор 6 абсолютного давления, реагируя на это возмущение, изменяет пропорционально проводимость своей системы сопло-заслонка, вследствие чего расход газа через регулятор изменяется таким образом, чтобы давление на входе газоанализатора оставалось постоянным. Изменение давления на выходе газоанализатора, вызванное изменением теплофизических параметров анализируемой среды или давлением на входе газоанализатора, ликвидируется регулятором 4 абсолютного давления, реагирующим на это возмущение изменением проводимости своей системы соп ло-заслонка, вследствие чего расход газа через регулятор 4 изменяется таким образом, чтобы давление на выходе газоанализатора оставалось постоянным. При изменении атмосферного давления регуляторы 6 и 4 обеспечивают постоянство абсолютных давлений на входе и выходе газоанализатора.

Подключение регулятора 6 к линии 5 отвода между газоанализатором 1 и регулятором 4 приводит к существенному улучшению условий работы регуляторов. Через регулятор 4 приходит дополнительный поток газа от регулятора 6 и создается возможность устойчивой работы выходного регулятора. Регулятор 4 повышает давление на выходе регулятора 6, что также способствует повышению точности измерения газоанализатора 1.

Характеристики системы стабилизации давлений питания газоанализаторов исследовались на макете, содержащем два регулятора абсолютного давления типа САД-305, дроссель типа П2Д2М, газодинамический анализатор состава. В качестве вакуум-насоса и побудителя расхода использовался компрессор УК-25Р, а также серийный побудитель расхода МПР1-68У4. В зависимости от режима включения система подключалась на линию подачи или отсасывания анализируемой среды. Абсолютное значение давления на входе и выходе газодинамического анализатора состава контролировалось манометрами и вакуумметрами. Испытания заключались в последовательной настройке системы на различные значения стабилизируемого абсолютного давле5 ния на входе и выходе анализатора и регистрации их отклонений при изменении давления анализируемой среды на входе макета, а также изменений абсолютного давления в барокамере, в которую помещалось предлагаемое устройство с газоанализатором.

0 Задаваемые значения абсолютного давления на входе и выходе газоанализатора устанавливались различные: в пределах соотвественно 60-160 кПа - на входе и 20-120 кПа - на выходе. Отклонение ста5 билизируемого системой давления от задания не превышало 0,1/о при изменении входного давления в пределах 180-400 кПа и изменении барометрического давления в пределах 80-120 кПа. Кроме того, определялось влияние изменений входного

0 давления анализируемой смеси на показания газодинамического анализатора состава газовой смеси О-10°/о углекислого газа в азоте путем изменения давления питания на входе системы при пропускании поверочной смеси с содержанием 9,3% угле5 кислого газа в азоте, а также чистого азота. Отмечено уменьшение дополнительной погрешности от изменения давления в трубопроводе подачи газа на 10 кПа с 0,5% для известного устройства и до 0,25% для предлагаемого устройства.

Таким образом, погрешность уменьшается вдвое.

Технико-экономический эффект предложенного устройства достигается за счет более высокой точности измерения газоанализатора, расширения диапазона стабилизируемых давлений. Кроме того, устройства более просты и дешевы в изготовлении.

По сравнению с известным устройством предложенное вдвое уменьшает дополнительную погрешность от изменения давления, себестоимость изготовления снижается на треть. Это обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве применяется два регулятора давления вместо трех в известном. Экономический эффект от использования

предлагаемого устройства составит 2500 руб При применении устройства для других газоанализаторов экономический эффект yise личивается. Дополнительный экономический

5 10879716

эффект от повышения точности стабилиза-Таким образом, предлагаемое устройство

ции, а также расширения диапазона работы,обеспечивает повышение не только технизависит от конкретного объекта, где приме-ческих характеристик (расширение рабочего

иен газоанализатор с предложенным уст-диапазона стабилизируемых давлений,

ройством стабилизации, и поэтому можетj уменьшение габаритов и металлоемкости),

быть подсчитан лишь для конкретных уело-но и обеспечивает конкретный экономичесвий измерения.кий эффект.