Способ определения содержания свободного газа в жидкости и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля в технологии испытания электрогидромеханических систем и их агрегатов, например объемного гидропривода, агрегатов масляных систем газотурбинных двигателей и др., при испытании которых производится измерение функциональных параметров (расход, гидравлическое сопротивление и др.), зависящих от содержания свободного газа в рабочей жидкости с вязкостью 0,5-200 сСт.

Известен способ и устройство определения газосодержания жидкости прибором «Иркут» (госреестр средств измерений №20375-00, ТУ 4215-028-00202904-99). Принцип действия прибора основан на использовании для контроля дополнительного газообразного гелия и термокондуктометрического детектора. Контроль газосодержания производится по изменению параметров гелия, который продувается через жидкость.

Недостатки данного способа и устройства для его реализации заключаются в следующем. Для барботажа исследуемой жидкости используется сухой газ (гелий), требуется обеспечить его постоянный расход, требуется термостатирование четырех одинаковых терморезисторов, два из которых установлены в одной полости, два других - в другой полости, требуется отделение воды от смеси газов после барботирования в клонометрическом осушителе. Высокая стоимость прибора.

Известен способ определения содержания свободного газа в жидкости путем растворения его сжатием тарированного объема пробы подвижным плунжером в прессовом узле с контролем изменения объема пробы жидкости. Одно из устройств, реализующее этот способ, - прибор УОСГ-100СКП (Рекомендации РМГ 104-2010 Нефть. Остаточное газосодержание. Методика измерений).

Недостаток данного способа и устройства для его реализации следующие: требуется высокое давление (8 МПа и более), требуются дополнительные меры соблюдения безопасности, требуется длительная выдержка пробы жидкости под давлением.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу и устройству является способ применения устройства определения концентрации газа в жидкости (патент RU №2181882, МПК G01N 7/14 опубликован 27.04.2002 г.).

Данный способ предусматривает ввод пробы исследуемой жидкости через запорную арматуру в тарированную по объему рабочую полость с поршнем и определение концентрации газа в жидкости методом вакуумирования жидкости, с последующим пропуском газа через индикаторную трубку, оснащенную химическим индикатором.

Устройство для реализации данного способа содержит аспиратор, индикатор, камеру с тарированной по объему полостью для содержания, замера объема, разбавления и дегазации жидкости, также в полости расположен подвижный поршень. Указанные элементы устройства соединены гидролиниями с запорными элементами.

Недостатки данного способа и устройства для его реализации заключаются в следующем. Для определения концентрации газа в жидкости используется химический индикатор, искомый газ может полностью или частично не прореагировать с химическим веществом, необходима специальная подготовка технического персонала.

Применение данного способа и устройства для определения содержания свободного газа в жидкости приводит к существенному повышению трудоемкости процесса контроля пробы, технического обслуживания и ремонта устройства, а также необходимости применения дополнительных реагентов.

В основу изобретения поставлена задача - снизить трудоемкость процесса контроля пробы, технического обслуживания и ремонта устройства, исключить применение дополнительных реагентов в процессе контроля.

Технический результат достигается тем, что способ определения содержания свободного газа в жидкости заключается в следующем. Осуществляется ввод пробы исследуемой жидкости через открытую запорную арматуру в тарированную по объему рабочую полость с поршнем, установленным в среднем положении рабочей полости, закрывание запорной арматуры, измерение объема и давления пробы, дегазация пробы и определение содержания свободного газа в пробе. При этом увеличивают объем рабочей полости путем перемещения поршня, вытесняют из рабочей полости выделившийся в результате дегазации пробы газ через газопроницаемую мембрану в газосборную полость с поршнем, установленным в крайнем ближайшем к мембране положении, путем одновременного перемещения поршней рабочей и газосборных полостей, причем объем и давление газа в газосборной полости измеряют после достижения уровня жидкости в рабочей полости газопроницаемой мембраны.

Устройство для реализации указанного способа содержит тарированную по объему рабочую полость с поршнем, тарированную по объему газосборную полость, соединенные между собой, мано-вакуумметрический измеритель давления газа, подсоединенный трубопроводом к газосборной полости, и запорную арматуру. При этом между рабочей полостью и газосборной полостью установлена газопроницаемая мембрана, причем газосборная полость снабжена дополнительным поршнем, а само устройство - приводом перемещения поршней рабочей и газосборной полостей, причем оба поршня установлены с возможностью движения как отдельно, так и совместно, привод перемещения снабжен предохранительным устройством, установленным с возможностью блокировки движения поршня рабочей полости при достижении уровня жидкости пробы газопроницаемой мембраны.

Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой устройства для определения содержания свободного газа в жидкости, представленной на чертеже.

Устройство содержит рабочую полость 1, газосборную полость 2, газопроницаемую мембрану 3, поршень 4, дополнительный поршень 5; мано-вакуумметрический измеритель давления 6, привод перемещения поршней 7; предохранительное устройство 8, запорную арматуру 9. Рабочая полость 1 формируется газопроницаемой мембраной 3 и поршнем 4. Газосборная полость 2 формируется газопроницаемой мембраной 3 и дополнительным поршнем 5.

Способ определения содержания свободного газа в жидкости заключается в следующем. Поршень 4 устанавливается в среднее положение рабочей полости 1, дополнительный поршень 5 устанавливается в крайнее ближайшее к газопроницаемой мембране положение газосборной полости 2. Проба исследуемой жидкости через запорную арматуру 9 вводится в тарированную по объему рабочую полость 1 с поршнем 4. Измеряется объем пробы исследуемой жидкости, давление по мано-вакуумметрическому измерителю давления 6, объем газа в рабочей полости 1 и газосборной полости 2. Закрывается запорная арматура 9. Приводом 7 поршень 4 перемещается со среднего положения в сторону увеличения объема рабочей полости 1. Полость 1 вакуумируется. Происходит процесс дегазации пробы исследуемой жидкости с выделением свободного газа из нее в течение нескольких минут. После вакуумной дегазации пробы поршень 4 и дополнительный поршень 5 приводом 7 смещаются, при этом объем рабочей полости 1 уменьшается, а объем газосборной полости 2 увеличивается. Под действием перепада на газопроницаемой мембране 3 газ из рабочей полости 1 перемещается в газосборную полость 2. Движение поршней 4 и 5 осуществляется до максимального вытеснения газа из рабочей полости 2, что соответствует резкому возрастания усилия на перемещение поршней 4 и 5 и срабатыванию предохранительного устройства 8. Измеряют полученный объем газосборной полости 2 и давление газа в этой полости. По известным зависимостям определяют содержание свободного газа в жидкости.

Работа устройства заключается в следующем. Устройство устанавливается вертикально, причем рабочая полость 1 находится внизу, а газосборная полость 2 находится вверху. Запорная арматура 9 открыта. Поршень 4 находится в среднем положении рабочей полости 1, дополнительный поршень 5 находится в крайнем ближайшем к газопроницаемой мембране 3 положении газосборной полости 2. После ввода пробы исследуемой жидкости через открытую запорную арматуру 9 в тарированную по объему рабочую полость 1 измеряется ее объем и давление мано-вакуумметрическим измерителем давления 6. После чего запорная арматура 9 закрывается. Приводом 7 поршень 4 перемещается вниз, при этом рабочая полость 1 вакуумируется. Проба рабочей жидкости дегазируется. После дегазации приводом 7 поршни 4 и 5 перемещаются вверх, при этом объем рабочей полости 1 уменьшается, а объем газосборной полости 2 увеличивается. Газ из рабочей полости 1 перемещается через газопроницаемую мембрану 3 в газосборную полость 2. При резком увеличении усилия перемещения поршней 4 и 5, что соответствует полному вытеснению газа из рабочей полости 1, срабатывает предохранительное устройство 8. После чего измеряется объем газосборной полости 2 и давление в ней.

Технико-экономическая эффективность использования данного способа определения содержания свободного газа в жидкости и устройства для его реализации заключается в снижении трудоемкости процесса контроля пробы, технического обслуживания и ремонта устройства, исключения применения дополнительных реагентов в процессе контроля, возможности использования данного способа и устройства для его реализации для оперативного контроля при испытаниях узлов и агрегатов электрогидромеханических систем.