способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, содержащих нерастворенные газы, включающий разделение в гидроциклоне-формирователе контрольного потока дисперсной системы: жидкость - твердая фаза - газ, представляющей собой промывочную жидкость и рабочую среду, формирование контрольного потока, состоящее в удалении из контрольного потока газовой фазы и неучитываемой стандартом твердой фазы, а также сгущение твердой фазы, подлежащей контролю для увеличения сигнала от измеряемого продукта, причем удаление из потока жидкости пузырьков нерастворенного газа происходит в гидроциклоне-воздухоотделителе, при этом в способе предусмотрена подготовка жидкой фазы для использования в качестве эталонной, причем эталонную жидкость, поступающую в рабочую кювету для калибровки, пропускают через ультрафильтр, установленный в съемной кассете, а при контроле рабочей жидкости обеспечивают поступление жидкости через трехходовой кран отбора и трубопровод подвода в гидроциклон-формирователь, из которого сгущенный концентрат через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона, через регулятор режима работы, кран и трубопровод поступает в рабочую кювету, а контроль чистоты рабочей жидкости производится путем сравнения сигнала от контрольного потока, поступающего в рабочую кювету, с сигналом от твердотельного эталона мутности, при этом по показаниям измерительного прибора определяют концентрацию исходного потока рабочей среды.

2. Устройство для контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, содержащее трехходовой кран отбора, первый выход которого соединен трубопроводом подвода с входом в гидроциклон-формирователь контрольного потока, который предназначен для разделения дисперсной системы: жидкость - твердое вещество - газ, второй выход трехходового крана отбора через обратный клапан соединен с рабочей кюветой и пробоотборным краном, при этом гидроциклон-формирователь контрольного потока через сливной трубопровод, регулятор режима работы и трубопровод соединен с трехходовым краном сброса, один выход которого через обратный клапан соединен с выходным трубопроводом, второй выход трехходового крана сброса соединен с входом в гидроциклон-воздухоотделитель, верхнее сливное отверстие которого через трубопровод, регулятор режима работы, трубопровод и обратный клапан соединено с выходным трубопроводом, нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона-формирователя контрольного потока через регулятор режима работы и через один выход трехходового крана слива соединено с входом в рабочую кювету и пробоотборным краном, а через второй выход трехходового крана слива соединено с выходным трубопроводом, при этом нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона-воздухоотделителя через регулятор режима работы, съемную кассету с ультрафильтром и сливной кран соединено трубопроводами с входом в рабочую кювету, а посредством трубопровода и обратного клапана соединено с выходным трубопроводом, при этом в устройстве предусмотрены источник света, обеспечивающий подачу пучка света через полупрозрачное зеркало в рабочую кювету, а посредством отражающего зеркала на твердотельный эталон мутности, и измерительный блок.

Описание изобретения к патенту

Способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, и устройство для его осуществления являются группой изобретений, в которую включается "Способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы" и "Устройство для контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы", которые относятся к области изготовления, испытания и эксплуатации топливных, масляных и гидравлических систем и агрегатов, а также может быть использована при контроле и исследовании концентрации твердой дисперсной фазы в различных жидкостных системах, авиационной, судостроительной, станкостроительной, нефтехимической, химической, медицинской и других отраслей промышленности при производстве топлив, масел и специальных жидкостей при промывке корпусных и полых изделий, трубопроводов, прецизионных деталей, агрегатов для жидкостных систем, а также при заправке баков топливом, гидросмесями и смазочными маслами. Кроме того, способ и устройство могут применяться при контроле твердых посторонних включений в пищевых жидких средах (растительные масла, прохладительные и алкогольные напитки), а также в питьевой и технической воде, сточных водах и других жидких средах.

Техническая задача изобретения - расширение технологических возможностей промывки и заправки изделия жидкими средами, повышение качества подготовки рабочих жидкостей к применению, контроль за ходом промывки, очистки жидкости и заправки в рабочие емкости изделий, а также повышение объективности, достоверности и точности контроля.

Способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред включающих нерастворенные газы относится к области изготовления, испытания и эксплуатации топливных, масляных и гидравлических систем и агрегатов, а также может быть использован при контроле и исследовании концентрации твердой дисперсной фазы в различных жидкостных системах в авиационной, судостроительной, станкостроительной, нефтехимической, химической, медицинской и других отраслях промышленности, при производстве топлив, масел и специальных жидкостей, при промывке корпусных и полых изделий, трубопроводов, прецизионных деталей, агрегатов для жидкостных систем, а также при заправке баков топливом, гидросмесями и смазочными маслами. Кроме того способ может применяться при контроле твердых посторонних включений в пищевых жидких средах (растительные масла, прохладительные и алкогольные напитки), а также в питьевой и технической воде, сточных водах и других жидких средах.

При автоматизированном контроле твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред обычно не учитываются факторы, влияющие на точность измерения, а именно: присутствие в потоке жидких сред нерастворенной газовой фазы (пузырьков), регистрирующихся приборами контроля и вносящие ложную информацию об истинном состоянии загрязнений в потоке жидких сред, в десятки раз превышающих сигнал от механических примесей, кроме того, в потоке жидких сред при заправке емкостей жидкостных систем и промывке корпусных деталей, узлов и агрегатов стандартом ГОСТ 17216-2001 разрешается присутствие в жидкой среде твердых частиц с размерами меньшими, чем допускает стандарт (например для авиационных жидкостных систем разрешается присутствие частиц с размерами меньшими чем 5 мкм; частицы не нормируются стандартом). Частицы с размерами меньше чем 5 мкм также вносят ложную информацию о допускаемом загрязнении жидкостей применяемых в данном технологическом процессе.

При применении в жидкостных системах жидкостей с высоким классом чистоты, ГОСТ 17216-2001 от 6 класса и выше допускает присутствие в жидкости частиц по массе 0,000032%. Такую высокую чистоту трудно фиксировать с помощью современных средств, так как сигнал от частиц в потоке жидкости может быть на уровне шумов регистрирующих приборов.

Известен применяемый в промышленности метод определения содержания механических примесей, заключающийся в определении веса механических примесей, задерживаемых мембранным (нитроцеллюлозным) фильтром при фильтрации через него исследуемого нефтепродукта. При определении содержания механических примесей в светлых нефтепродуктах применяется многочисленная лабораторная аппаратура, реактивы и материалы. Контрольный мембранный фильтр взвешивается до и после фильтрации на него исследуемого материала. Разница результатов взвешивания определяет вес загрязнений жидкости.

ГОСТ 10577-63. Нефтепродукты светлые. Метод определения содержания механических примесей.

Известный метод является субъективным, неточным, требует больших затрат времени на подготовку и проведение анализа, до 2 и более часов, так как включает отбор пробы на объекте контроля (место проведения работы по промывке, заправке жидкостных систем), доставку пробы жидкости в лабораторию, фильтрацию через контрольный фильтр в специальном приспособлении, сушка фильтра и точное взвешивание. При этом используется высококвалифицированный состав специалистов - операторов. Метод не применим при контроле жидкости в закрытом потоке.

Кроме того, известен экспресс-метод определения свободной воды и механических примесей ГОСТ 19820-74, применяемый в Гражданской авиации. Метод основан на изменении цвета индикаторного элемента. Топливо всасывается в шприц - дозатор через индикаторный элемент, на котором появляются отпечатки от присутствующей воды и механических примесей. Полученные отпечатки сравнивают с контрольными (образцами) отпечатками прилагаемыми к прибору (шприцу - дозатору), визуально определяют степень загрязненности топлива. Недостатком известного метода является субъективность оценки степени загрязненности топлив, низкая точность определения процентного содержания загрязнений в топливе и невозможность применения метода при высокой степени загрязненности и обводненности топлива. Метод не применим при контроле жидкости в закрытом потоке.

Наиболее близким техническим решением преложенного способа является метод, заложенный в известном приборе для определения степени загрязнения топлива измерения емкости конденсатора, основанный на измерении диэлектрической постоянной материала частиц загрязнений, включающем воздушный сепаратор с входным каналом, фильтр для фильтрации частиц, регуляторы расхода, датчик контроля уровня загрязненности (патент США №3,334,516. CONTINUOUS FLUID PURITY MONITOR / N.J.CEDRONE. Filed March 16, 1964 кл.73-61).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования контрольного потока, т.е. удаления из потока контролируемой жидкости мелких частиц, не подлежащий контролю и концентрации допускаемых механических частиц в применяемой жидкой рабочей среде; отсутствие возможности подготовки "чистой" эталонной жидкости, необходимой при поверке и калибровке прибора; возможность забивки фильтра перед входом в измерительную часть прибора временно выводит прибор из состояния контроля до его очистки или замены; отсутствие возможности контролировать частицы размером более 200 мкм, которые не допускаются стандартом, не чувствителен к неметаллическим твердым частицам загрязнений, не допустимых стандартом (смолообразования, органические частицы, колонии бактерий и продукты их деятельности, а также волокна неметаллических материалов); применяется только для контроля чистоты топлив; отсутствие возможности контроля чистоты жидкости в моющих растворах, изготовленных на водной основе и в газожидкостном потоке, применяемом при промывке жидкостных систем изделий (с большим объемом газовой фазы в жидкости); отсутствие возможности дистанционного документирования результатов промывки, заправки и контроля.

Техническая задача изобретения - способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающем нерастворенные газы, решается тем, что измеряется сформированный контрольный поток с удаленной из него нерастворенной газовой фазой, удаленной не учитываемой стандартом твердой фазой с размерами, меньшими допускаемых, а также измерения сгущенной твердой фазой в меньшем объеме жидкости (концентрата), что обеспечивает большую точность измерений малого содержания твердой фазы загрязнений в жидких рабочих средах. Сформированный контрольный поток получен с помощью гидроциклона малого диаметра.

Гидроциклон фиг.1, состоит из следующих элементов: 1 - цилиндрическая часть с диаметром D; 2 - коническая часть с углом конуса °; 3 - входное отверстие d_вх; 4 - верхнее сливное отверстие d_в; 5 - нижнее разгрузочное отверстие d_н.

Исследуемая жидкостная дисперсная система с твердой и газовой дисперсной фазой подается в цилиндрическую часть D гидроциклона через входное отверстие d_вх по касательной к внутренней поверхности. В гидроциклоне под действием сил гидродинамики входной поток жидкости разделяется на два. Один направляется вверх и сливается через отверстие d_в , а второй направляется вниз и сливается через отверстие d _н. Твердые частицы, преодолевшие радиальную силу, возникшую в гидроциклоне, направляются вниз и сливаются вместе с частью жидкости (концентрат) через нижнее разгрузочное отверстие d _н, а твердые частицы с размерами меньше критических (меньше граничного зерна) вместе с частью жидкости и пузырьками воздуха сливаются через верхнее сливное отверстие с диаметром d_в . Расчеты по известным формулам изложенным в литературе (Каган С.З. Гидроциклоны, их устройство и расчет. - Химическая промышленность 1956, №6, 15 с. Измайлова А.Н. Экспериментальное исследование гидроциклонов на тонкодисперсных суспензиях. - Химическое и нефтяное машиностроение, 1967, №5, с.8-9. Поваров А.И. Гидроциклона на обогатительных фабриках. М., "Недра", 1978, 232 с.) и других исследователей, и экспериментальные исследования, проведенные авторами, дают возможность установить, что гидроциклон применим для целей разделения тонкодисперсных суспензий, которыми являются рабочие жидкости агрегатов и жидкостных систем, имеющих прецизионные плунжерные пары, обеспечивая при этом необходимую центробежную силу инерции, действующую на частицы в аппарате, , где m - масса частицы, V - скорость на входе в гидроциклон, r - радиус цилиндрической части гидроциклона. Для частиц постоянной массы центробежная сила увеличивается или за счет увеличения скорости подачи жидкости в гидроциклон, либо уменьшением радиуса его цилиндрической части, либо соответствующей комбинацией обоих факторов.

Варьируя конструктивными и технологическими параметрами, влияющими на разделение жидкостной системы (жидкость - твердая фаза - газ) добиваются разделения ее на составляющие, необходимые для решения поставленной задачи, удаление из контрольного потока пузырьков нерастворенного газа, удаление из процесса контроля твердой фазы загрязнений, не подлежащей контролю, и сгущение твердой фазы, подлежащей контролю, необходимой для повышения чувствительности приборов к малому содержанию твердой фазы в жидкости, повышения достоверности и качества контроля.

Например, при формировании контрольного потока для анализа жидкости с уровнем загрязненности по 6-му классу чистоты согласно ГОСТ 17216-2001 (0,000032%) применим гидроциклон со следующими основными конструктивными параметрами: D=10 мм, d_вх=2 мм, d _в=3 мм, d_н=1,5 мм, угол конуса =10°; и технологические параметры: скорость жидкости на входе в аппарат V_вх = до 25 м/с и давление на входе до 110 кгс.

При контроле уровня загрязненности более высоких классов чистоты применим гидроциклон с параметрами D=7,5 мм; d_вх=1,2 мм; d_н=0,3 мм, =10° при тех же технологических параметрах.

Для увеличения объема контрольного потока рекомендуется применять батарейные гидроциклоны.

Способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг.2.

Устройство включает в себя трехходовой кран отбора 1, трубопровод подвода жидкости 2, гидроциклон - формирователь контрольного потока 3, трубопровод отвода 4, регулятор режима работы 5, трубопровод ввода 6, гидроциклон-воздухоотделитель 7, трубопровод отвода 8, трубопровод слива 9, обратный клапан 10, трубопровод выходной 11, обратный клапан 12, обратный клапан 13, отводной трубопровод 14, сливной кран 15, трехходовой кран слива 16, трубопровод отбора 17, кран отбора 18, трубопровод подвода 19, рабочая кювета 20, трехходовой кран сброса 21, обратный клапан 22, специальная съемная кассета с ультрафильтром 23, источник света 24, полупрозрачное зеркало 25, отражающее зеркало 26, твердотельный эталон мутности 27, измерительная диафрагма 28, преобразователь свет - сигнал 29, измерительный блок 30, блок сопряжения и управления 31, кабели связи 32 и 33, ПЭВМ с периферийными устройствами 34.

Техническая задача решается тем, что в устройстве, осуществляющем способ контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающем нерастворенные газы (фиг.2), первый выход трехходового крана отбора соединен трубопроводом подвода с входом в гидроциклон формирователь контрольного потока, а второй выход крана отбора через обратный клапан и питающий трубопровод соединен с рабочей кюветой и пробоотборным краном, при этом гидроциклон формирователь контрольного потока, через сливной трубопровод, регулятор режима работы и трубопровод соединен с трехходовым краном сброса, один выход которого через обратный клапан соединен с выходным трубопроводом, второй выход трехходового крана сброса соединен с входом в гидроциклон воздухоотделитель, верхнее сливное отверстие которого через трубопровод, регулятор режима работы, трубопровод и обратный клапан соединен с выходным трубопроводом, нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона формирователя контрольного потока, через регулятор режима работы, через один выход трехходового крана слива соединено с входом в рабочую кювету и краном отбора, а через второй выход трехходового крана слива соединено с выходным трубопроводом, при этом нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона воздухоотделителя через регулятор режима работы, специальную съемную кассету с ультрафильтром, сливной кран, соединено трубопроводами с входом в рабочую кювету и краном отбора, а выход из рабочей кюветы посредством трубопровода и обратного клапана соединено с выходным трубопроводом.

В гидроциклоне - формирователе контрольного потока происходит разделение дисперсной системы (жидкость - твердая фаза - газ), которая представляет собой промывочную жидкость и рабочую среду, заправляемую в емкость, и жидкостную систему изделия, формирование контрольного потока осуществляется в гидроциклоне, состоит в удалении из контрольного потока газовой фазы и неучитываемой стандартом твердой фазы, а также сгущение (концентрацию) твердой фазы, подлежащей контролю, для увеличения сигнала от сгущенного измеряемого продукта при оценке степени загрязненности жидкости при малом содержании твердой фазы измеряемой в жидкости, а в гидроциклоне - воздухоотделителе происходит удаление из потока жидкости пузырьков нерастворенного газа и подготовка жидкой фазы, используемой в качестве эталонной, для поверки и калибровки устройства.

Контроль чистоты рабочей жидкости, проходящей через кран отбора 1, производится следующим образом. Жидкость через трехходовой кран отбора 1, через обратный клапан 13 по питающему трубопроводу 14, трубопроводу подвода 19 направляется в рабочую кювету 20, с помощью которой производится измерение чистоты жидкой среды, и через выходной трубопровод 11 и обратный клапан 12 направляется на слив.

Для калибровки измерительного блока 30 (Фиг.2) жидкость из трехходового крана отбора 1 по трубопроводу подвода 2 чрез гидроциклон формирователь контрольного потока 3, трубопровод отвода 4, регулятор режима работы 5, трубопровод 6, трехходовой кран сброса 21, через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона воздухоотделителя 7, регулятор режима работы 5, съемную кассету с ультрафильтром 23, сливной кран 15, трубопровод 19 поступает в рабочую кювету 20 и через выходной трубопровод 11 и обратный клапан 12 поступает на слив. При этом из верхнего сливного отверстия гидроциклона воздухоотделителя 7 через трубопровод 8, регулятор режима работы 5, по трубопроводу 9 и обратному клапану 10 жидкость сливается в трубопровод 11. Одновременно с этим из нижнего разгрузочного отверстия гидроциклона формирователя контрольного потока 3, через регулятор режима работы 5, трехходовой кран 16 жидкость сливается в трубопровод 11 и затем на слив. Жидкость прошедшая через гидроциклон - формирователь контрольного потока и гидроциклон - воздухоотделитель очищается от механических загрязнений и нерастворенного газа и квалифицируется как чистая для калибровки измерительного блока 30 для данного технологического процесса.

В случае необходимости получения эталонной жидкости повышенной чистоты (класс чистоты "00" согласно ГОСТ 17216-2001) для калибровки измерительного блока 30 на выходном трубопроводе нижнего слива гидроциклона - воздухоотделителя 7 между регулятором режима работы 5 и сливным краном 15 в специальную кассету устанавливается съемный мембранный ультрафильтр 23 с диаметром отверстий (порами) от 0,5 до 1,0 мкм.

Жидкость, прошедшая через гидроциклон - воздухоотделитель 7 и при необходимости сменную кассету с ультрафильтром 23, направляется в рабочую кювету 20, по сигналу поступившему из рабочей кюветы в измерительный блок 30, используя эталон мутности 27 и измерительные диафрагмы 28, прибор измерительного блока устанавливается на нуль.

При заполнении рабочей кюветы 20 контролируемой жидкостью в измерительном блоке производится сравнение сигналов от контролируемой жидкости и твердотельного эталона мутности 27.

Разность сигналов указывает на результат измерения.

Способ предусматривает возможность определения влияния нерастворенного газа в контролируемой жидкости на показания приборов контроля. Для этой цели по питающему трубопроводу 14 с обратным клапаном 13, жидкость в обход гидроциклона - формирователя контрольного потока 3 через трубопровод подвода 19 направляется в рабочую кювету 20 и в сравнении с твердотельным эталоном мутности определяется загрязненность жидкости твердыми частицами и нерастворенным газом.

Результат анализа сравнивается с результатом деаэрированного сформированного потока в гидроциклоне - формирователе контрольного потока 3. Разность в показаниях указывает на влияние нерастворенного в жидкости газа на результат измерений твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы.

При контроле рабочей жидкости высокого класса чистоты, когда сигнал от частиц поступает очень слабый на уровне шумов преобразователей свет - сигнал, в измерительный канал подается поток со сгущенной (концентрированной) рабочей смесью для того, чтобы рассеянный свет от частиц твердой фазы в рабочей кювете повышался, так как рассеянный свет в рабочей кювете измерительного канала увеличивается пропорционально концентрации твердой фазы в жидкости, тем самым повышается и сигнал, поступающий на преобразователь. При этом жидкость через кран 1, трубопровод 2 поступает в гидроциклон формирователь контрольного потока 3, из которого сгущенный концентрат дисперсной смеси через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона, через регулятор режима работы 5, кран 16, трубопровод 19 поступает в рабочую кювету 20 и по трубопроводу 11 через обратный клапан 12 направляется на слив. При этом эталонная жидкость, поступающая в рабочую кювету для калибровки прибора, пропускается через ультрафильтр 23, установленный для данной цели в специальную съемную кассету. Контроль чистоты рабочей жидкости производится следующим образом.

Световой поток от источника света 24 через полупрозрачное зеркало 25 поступает в рабочую кювету 20, рассеянный частицами световой поток из кюветы через измерительную диафрагму 28 поступает на преобразователь свет - сигнал 29, с которого сигнал поступает в измерительный блок 30, вместе с тем, через отражающее зеркало 26, твердотельный эталон мутности 27, измерительную диафрагму 28, преобразователь свет - сигнал 29, с которого сигнал поступает в измерительный блок 30, в котором происходит сложение сигналов с обоих каналов, разность которых используется для оценки степени загрязненности контролируемой среды. Далее данные по кабелям связи 32 и 33 передаются в блок сопряжения и управления 31 и ПЭВМ 32 для обработки и визуализации информации.

При необходимости отбора пробы для контроля в лабораторных условиях (на любой стадии технологического процесса) жидкость может отбираться в пробоотборник через трубопровод 17 и кран 18.

График, построенный по результатам исследований фиг.3, показывает динамику изменения твердой и газовой фазы в жидкостной дисперсной системе (жидкость - твердая фаза - газ).

На участках I-IV кривых отражающих состояние твердой и газовой фазы в жидкости при применении гидроциклона формирователя контрольного потока, показано: I - регистрация уровня загрязненности эталонной жидкости; II - регистрация уровня загрязненности жидкости при добавлении в нее модельной смеси определенной загрязненности; III - регистрация уровня загрязненности жидкости с модельной смесью при подаче в нее газовой фазы; IV - регистрация концентрата загрязненной жидкости, сгущенного в гидроциклоне и удаленной из жидкости газовой фазы.

В 1^ой зоне графика представлена подача в измерительное устройство системы контроля эталонной деаэрированной жидкости. Во 2^ой зоне в эталонную жидкость введена модельная смесь с концентрацией частиц твердой фазы равной 2·10^-4% по массе. В 3^ей зоне - постоянная (без увеличения) концентрация модельной смеси. В 4^ой зоне - в дисперсную систему (жидкость - твердая фаза) подается диспергированная газовая фаза с объемом 3,1·10 ^-3%. В 5^ой зоне представлена подача твердой и газовой фазы в жидкость соответственно 2,0·10^-4 % и 3,1·10^-3%. Прибор регистрирующей системы показывает диспергированную газовую фазу, а твердую из-за показаний газовой не видно. В 6^ой зоне включается формирователь контрольного потока (гидроциклон), газовая фаза удаляется из жидкости, а твердая концентрируется до уровня 3,0·10 ^-3%. В 7^ой зоне стабильно регистрируется твердая фаза с концентрацией 3,0·10^-3%, газовая фаза отсутствует, а концентрация твердой фазы увеличивается до концентрации, превышающей исходную в 14,875 раз. На Фиг.4 показана зависимость концентрации контрольного потока S_контр от концентрации исходной дисперсной системы S_исх. По показаниям измерительного прибора расположенных на оси ординат (y) определяют концентрацию исходного потока рабочей среды, подлежащей контролю, показанную на оси абсцисс (х). Это дает возможность контролировать чистоту перекачиваемой рабочей среды, включающей нерастворенные газы и не учитываемую стандартом твердую фазу с размерами, меньшими допускаемых при промывке и заправке топливных, гидравлических и масляных систем с более высокой точностью.

Промышленное использование способа позволит:

- исключить использование лабораторных средств и квалифицированного персонала лабораторий промышленной чистоты;

- автоматизировать процесс промывки и заправки изделий жидкими рабочими средами и топливом;

- применять способ в системах централизованного управления анализом чистоты при очистке и заправке жидкостных систем изделий и при приемке, транспортировке и хранении топлива и других жидких сред;

- применять в передвижных установках для работы в полевых условиях;

- применять при контроле топлива и специальных жидких сред при высокой степени очистки.

Преимуществом предлагаемого способа является:

- способ дает возможность контролировать чистоту жидкости в газожидкостном потоке, удаляя его из контрольного потока;

- способ дает возможность создать сформированный контрольный поток жидкости при контроле малых концентраций твердой фазы в жидкой среде;

- способ дает возможность сформировать поток эталонной жидкости, необходимый для поверки и калибровки измерительного тракта;

- способ дает возможность создания автоматизированного контроля чистоты жидкости и управления технологическим процессом промывки и заправки.

На основе предложенного "способа контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, разработано "Устройство для контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы" входящее в группу изобретений, показанная на Фиг.2.

Устройство для контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред включающих нерастворенные газы относится к области изготовления испытания и эксплуатации топливных, масляных и гидравлических систем и агрегатов, а также может быть использована при контроле и исследовании концентрации твердой дисперсионной фазы в различных жидкостных системах, авиационной, судостроительной, станкостроительной, нефтехимической, химической, медицинской и других отраслях промышленности при производстве топлив, масел и спецжидкостей при промывке корпусных и полых изделий, трубопроводов, прецизионных деталей агрегатов для жидкостных систем, а также при заправке баков топливом, гидросмесями и смазочными маслами. Кроме того, аппаратура может применятся при контроле твердых посторонних включений в пищевых жидких средах (растительные масла, прохладительные и алкогольные напитки), а также в питьевой и технической воде, сточных водах и других жидких средах.

Известна установка для промывки, очистки и заправки, включающая бак для рабочей жидкости, связанные с ним магистрали подвода и отвода рабочей жидкости от изделия, встроенные в сливную магистраль гидроциклоны предварительной и тонкой очистки с разгрузочными и сливными трубопроводами, датчик контроля концентрации продуктов очистки. Авторское свидетельство СССР №704645, М.кл. B 01 D 35/16, 1977.

В известной установке непрерывный автоматический контроль концентрации продуктов очистки производится только той части потока жидкости, которая проходит через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона предварительной очистки, а частицы загрязнений, ушедшие в верхний слив, прошедшие через гидроциклон тонкой очистки, не регистрируются. Это снижает качество контроля рабочей жидкости, так как дает неполную информацию о количественном составе механических примесей и степени пригодности изделия к эксплуатации или дальнейшим испытаниям.

Кроме того, известна установка для промывки полых изделий, включающая бак для рабочей жидкости, связанные с ним магистрали подвода и отвода рабочей жидкости от изделия, встроенные в сливную магистраль гидроциклоны предварительной и тонкой очистки с разгрузочными и сливными трубопроводами, датчик контроля концентрации продуктов очистки. Авторское свидетельство СССР SU №1077667А, В 08 В 9/00, 1981.

Недостатком известной установки является общее соединение разгрузочных трубопроводов гидроциклонов предварительной и тонкой очистки с входом датчика контроля концентрации продуктов очистки, отсутствие возможности раздельного контроля продуктов разделения в гидроциклонах предварительной и тонкой очистки.

Известна установка для промывки полых изделий, снабженная средством для подачи газа в магистраль подвода рабочей жидкости к изделию, гидроциклонами грубой и тонкой очистки и прибор регистрирующий твердые механические включения, насос и бак для рабочей жидкости, соединенные трубопроводами с полым изделием. Авторское свидетельство СССР SU №1210920, А В 08 В 9/00, 1983.

Недостатком известной установки является отсутствие возможности раздельного анализа продуктов сепарации гидроциклонов грубой и тонкой очистки, а также отсутствие возможности получения в жидкостной системе установки очищенной от твердой фазы загрязнений и газовой фазы в жидкости для использования чистой жидкости в качестве эталонной для калибровки и технологического контроля средства измерения, встроенного в систему.

Наиболее близким техническим решением предложенной установки является устройство для контроля дисперсных систем, содержащее эталонную и измерительную камеры, к которым для формирования эталонной жидкости и создания необходимой концентрации исследуемой дисперсной фазы подключены гидроциклон - газоотделитель и гидроциклон тонкой очистки. Авторское свидетельство СССР SU №1651196, A 1 G 01 N 29/02, 1988.

Недостатком известного устройства является наличие автономной сложной системы получения эталонной жидкости для эталонной кюветы, включающей бак с рабочей жидкостью, насос, фильтр, гидроциклон. Эта система не дает возможности получения эталонной жидкости непосредственно из магистрального потока, может вносить в эталонный канал не извлеченной из жидкости твердой фазы загрязнений, отсутствует возможность отбора проб жидкости в пробоотборник для анализа в лаборатории, а также возможность автоматизации, регулирования и наблюдения за процессом контроля при промывке, заправке и очистке жидкости.

Техническая задача изобретения - расширение технологических возможностей контроля за ходом промывки, а также повышение достоверности и точности контроля. В устройстве реализован способ контроля малого содержания твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред включающих нерастворенные газы, за счет удаления из контролируемого потока жидкости пузырьков нерастворенного газа, неучитываемой стандартом твердой фазы загрязнений с размером частиц менее установленного классом чистоты стандарта и сгущением (концентрацией) учитываемой стандартом твердой фазы в контрольном потоке исследуемой жидкости. Это дает возможность измерения малых концентраций механических примесей в жидких средах. Точность контроля повысится и за счет обеспечения возможности калибровки устройства на очищенной и дегазированной эталонной жидкости, получаемой в устройстве и настройке твердотельного эталона мутности.

Устройство для контроля твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы, предназначенное для решения технической задачи, показанная на фиг.2, состоит из основных взаимосвязанных частей и включает в себя: трехходовой кран отбора 1, трубопровод подвода жидкости 2, гидроциклон - формирователь контрольного потока 3, трубопровод отвода 4, регулятор режима работы 5, трубопровод ввода 6, гидроциклон воздухоотделитель 7, трубопровод отвода 8, трубопровод слива 9, обратный клапан 10, трубопровод выходной 11, обратный клапан 12, обратный клапан 13, отводной трубопровод 14, сливной кран 15, трехходовой кран слива 16, трубопровод отбора 17, кран отбора 18, трубопровод подвода 19, рабочая кювета 20, трехходовой кран сброса 21, обратный клапан 22, съемная кассета с ультрафильтром 23, источник света 24, полупрозрачное зеркало 25, отражающее зеркало 26, твердотельный эталон мутности 27, измерительная диафрагма 28, преобразователь свет-сигнал 29, измерительный блок 30, блок сопряжения и управления 31, кабель связи 32 и 33, ПЭВМ с периферийными устройствами 34.

Техническая задача решается тем, что первый выход трехходового крана отбора соединен трубопроводом подвода с входом в гидроциклон формирователь контрольного потока, а второй выход крана отбора через обратный клапан и трубопроводы соединены с рабочей кюветой и пробоотборным краном, при этом гидроциклон - формирователь контрольного потока через сливной трубопровод, регулятор режима работы и трубопровод соединен с трехходовым краном сброса, один выход которого через обратный клапан соединен с выходным трубопроводом, второй выход трехходового крана сброса соединен с входом в гидроциклон воздухоотделитель, верхнее сливное отверстие которого через трубопровод, регулятор режима работы, трубопровод и обратный клапан соединен с выходным трубопроводом, нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона - формирователя контрольного потока, через регулятор режима работы, через один выход трехходового крана слива соединено с входом в рабочую кювету и пробоотборным краном, а через второй выход трехходового крана слива, соединено с выходным трубопроводом, при этом нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона воздухоотделителя через регулятор режима работы, съемную кассету с ультрафильтром, сливной кран соединено трубопроводами с входом в рабочую кювету посредством трубопровода, обратного клапана соединено с выходным трубопроводом, при этом источник света подает направленный пучок света через полупрозрачное зеркало в рабочую кювету, а посредством отражающего зеркала на твердотельный эталон мутности, оба пучка света, пройдя каждый по своему каналу через диафрагму своего канала, преобразователи свет-сигнал, складываясь в измерительном блоке, сигнал поступает по кабелю связи в блок сопряжения и управления, а затем по другому кабелю связи с ПЭВМ, кроме того, блок сопряжения и управления может быть использован для управления технологическим процессом.

Контроль чистоты рабочей жидкости подающейся через трехходовой кран отбора 1, через обратный клапан 13 по питающему трубопроводу 14, трубопроводу подвода 19, направляется в рабочую кювету 20 и через выходной трубопровод 11 и обратный клапан 12 попадает в выходной трубопровод. В рабочей кювете 20 под действием направленного пучка света из источника 24, проходящего через полупрозрачное зеркало 25 и направленного в кювету 20, где происходит рассеяние света твердыми частицами, находящимися в рабочей жидкости (метод нефелометрии). Рассеянный свет из рабочей кюветы 20 проходит через диафрагму 28 измерительного канала, преобразуется в электрический сигнал преобразователем 29 и поступает в измерительный блок 30.

Одновременно световой поток, отражаясь от полупрозрачного зеркала 25 и отражающего зеркала 26, попадает в эталонный канал на твердотельный эталон мутности 27, диафрагму эталонного канала 28, преобразователь 29, и преобразованный в электрический сигнал попадает в измерительный блок 30. Из измерительного блока 30 разность сигналов от измерительного и эталонного каналов, соответствующая загрязнению жидкости, находящейся в рабочей кювете, по кабелю связи 32 поступает в блок сопряжения и управления 31, а по кабелю связи 33 в ПЭВМ, где результаты регистрируются и документируются.

Для калибровки измерительного блока 30 жидкость из трехходового крана отбора 1 по трубопроводу подвода 2, через гидроциклон формирователь контрольного потока 3, трубопровод отвода 4, регулятор режима работы 5, трубопровод 6, трехходовой кран сброса 21, через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона воздухоотделителя 7, регулятор режима работы 5, сливной кран 15, трубопровод 19 поступает в рабочую кювету 20 и через выходной трубопровод 11 и обратный клапан 12 поступает в выходной трубопровод 11. При этом из верхнего сливного отверстия гидроциклона воздухоотделителя 7 через трубопровод отвода 8, регулятор режима работы 5, по трубопроводу 9 и обратному клапану 10 жидкость сливается в трубопровод 11. одновременно с этим из нижнего разгрузочного отверстия гидроциклона формирователя контрольного потока 3, через регулятор режима работы 5, трехходовой кран 16 жидкость направляется в трубопровод 11 и на слив. Жидкость, прошедшая через гидроциклон - формирователь контрольного потока и гидроциклон - воздухоотделитель, очищается от механических загрязнений и нерастворенного газа и квалифицируется как чистая для калибровки измерительного блока 30. В случае необходимости получения эталонной жидкости повышенной чистоты (класс чистоты "00" согласно ГОСТ 17216-2001) для калибровки измерительного блока 30 на выходном трубопроводе нижнего слива гидроциклона - воздухоотделителя 7 между регулятором режима работы 5 и сливным краном 15 в специальную кассету устанавливается съемный мембранный ультрафильтр 23 с диаметром отверстий (порами) от 0,5 до 1,0 мкм. Световой сигнал, поступивший из рабочей кюветы от рассеянного частицами направленного пучка света, сравнивается со световым сигналом поступившего от твердотельного эталона мутности. Диафрагмами 28 обоих каналов уравнивается сигнал, поступающий от преобразователей свет - сигнал 29 и в измерительном блоке 30 устанавливается "нуль" прибора. При измерении разность сигналов, поступающих от преобразователей 29 измерительного и эталонного каналов, указывает на степень загрязненности жидкости.

В устройстве предусмотрена возможность определения влияния нерастворенного газа в контролируемой жидкости на показания приборов контроля. Для этой цели по питающему трубопроводу 14 с обратным клапаном 13 жидкость в обход гидроциклона - формирователя контрольного потока 3 через трубопровод подвода 19 направляется в рабочую кювету 20, и в сравнении с твердотельным эталоном мутности определяется загрязненность жидкости твердыми частицами и нерастворенным газом. Результат анализа сравнивается с результатом деаэрированного сформированного потока в гидроциклоне - формирователе контрольного потока 3. Разность в показаниях указывает на влияние нерастворенного в жидкости газа на результат измерений твердой фазы загрязнений в потоке жидких сред, включающих нерастворенные газы.

При контроле рабочей жидкости высокого класса чистоты, когда сигнал от частиц поступает очень слабый на уровне шумов преобразователей свет - сигнал 29, в измерительный канал подается поток со сгущенной (концентрированной) рабочей смесью, для того, чтобы рассеянный свет от частиц твердой фазы в рабочей кювете повышался, так как рассеянный свет в рабочей кювете измерительного канала увеличивается пропорционально концентрации твердой фазы в жидкости, тем самым повышается и сигнал, поступающий на преобразователь 29. При этом жидкость из трехходового крана отбора 1 поступает по трубопроводу 2 в гидроциклон - формирователь контрольного потока 3, из которого сгущенный концентрат дисперсной смеси через нижнее разгрузочное отверстие гидроциклона, через регулятор режима работы 5, кран 16, трубопровод 19 поступает в рабочую кювету 20 и по трубопроводу 11 через обратный клапан 12 - на слив в выходной трубопровод. При этом эталонная жидкость, поступающая в рабочую кювету для калибровки прибора, пропускается через ультрафильтр 23, установленный для данной цели в специальную съемную кассету. Контроль чистоты рабочей жидкости производится путем сравнения сигнала от контрольного потока, поступающего в рабочую кювету 20 с сигналом от твердотельного эталона мутности 27.

При необходимости отбора пробы для контроля в лабораторных условиях (на любой стадии технологического процесса) жидкость отбирается в пробоотборник через трубопровод 17 и кран 18.

Промышленное использование устройства позволит:

- исключить использование лабораторных средств и квалифицированного персонала лабораторий промышленной чистоты;

- автоматизировать процесс промывки и заправки изделий жидкими рабочими средами и топливом;

- применять устройство в системах централизованного управления анализом чистоты при очистке и заправке жидкостных систем изделий и при приемке, транспортировке и хранении топлива и других жидких сред;

- применять в передвижных установках для работы в полевых условиях;

- применять при контроле топлива и специальных жидких сред при высокой степени очистки.

Преимущество предлагаемого устройства:

- устройство имеет возможность контролировать чистоту жидкости в газожидкостном потоке, удаляя его из контрольного потока;

- устройство формирует контрольный поток жидкости при контроле малых концентраций твердой фазы в жидкой среде;

- устройство дает возможность сформировать поток эталонной жидкости, необходимый для поверки и калибровки измерительного тракта;

- устройство дает возможность автоматизировать контроль чистоты жидкости и управления технологическим процессом промывки и заправки;

- имеется возможность документирования результатов контроля рабочей жидкости и топлива.

Осуществление изобретения

Для пояснения действия (работы), как пример реализации заявленного способа и устройства (Фиг.2), приводится предполагаемая схема его применения (Фиг.5), где заявленное устройство вычерчено толстой линией (I) согласно схемы Фиг.2, а тонкой линией (II) показана поясняющая часть применения устройства (источник подачи контролируемой жидкости в заявленное устройство).

На пояснительной схеме (Фиг.5), раскрывающей возможность применения заявленного способа и устройства показано: кабели связи 35 и 36, источник подачи рабочей жидкости 37, промываемое и заправляемое изделие 38, трехходовой кран подачи 39, средство для подачи газа 40, трубопровод подвода рабочей жидкости 41, трехходовой кран слива 42, трубопровод слива 43, регулятор режима работы трубопроводной системы 44, трубопровод слива 45, трубопровод нагнетания 46.

Техническая задача решается тем, что источник подачи рабочей жидкости через трубопровод нагнетания и через один из выходов трехходового крана подачи жидкости и трубопровод подвода, с врезанным в него средством подачи газа, подключен к изделию, через второй выход крана подачи жидкости, источник подачи жидкости соединен с трехходовым краном отбора, выход из изделия через кран слива, трубопровод и регулятор режима работы и трубопровод соединены с источником подачи рабочей жидкости.

При промывке и заправке изделия работа производится следующим образом. Из источника подачи рабочей жидкости 37 жидкость поступает в изделие 38 по трубопроводу нагнетания 46 через трехходовой кран подачи 39 и трубопровод подвода рабочей жидкости 41. При необходимости промывки изделия газожидкостным потоком подключается средство для подачи газа 40. Из изделия, при промывке, жидкость через трехходовой кран слива 42, трубопровод слива 43 и регулятор режима работы 44 поступает по трубопроводу 45 в источник подачи рабочей жидкости 37, а при заправке рабочая жидкость остается в изделии 38.

Кроме того, предусматривается управление технологическим процессом промывки и заправки изделия. При достижении заданной чистоты рабочей жидкости в режиме промывки из блока сопряжения и управления 31 по кабелям связи 35 и 36 подается сигнал в источник подачи рабочей жидкости 37 на его отключение при окончании промывки, когда жидкость, выходящая из изделия, будет соответствовать установленной норме и на включение устройства для подачи жидкости в изделие при заправке, когда жидкость на входе в изделие также будет соответствовать норме.

Примечание: Схемное решение, изображенное на Фиг.5, использовалось для исследования технических характеристик узлов заявленного устройства.

Так оно:

- включает обводной канал дающий возможность закольцовывания трубопроводных каналов, минуя изделия, при очистке жидкости, находящейся в баке источника подачи жидкости;

- включает средство подачи газа в систему при газожидкостной промывке изделия;

- имеет трубопроводный канал, соединяющий источник подачи рабочей жидкости с узлом контроля, минуя изделие.