Устройство для отбора и ввода проб

 

Изобретение касается аналитического приборостроения и может быть использовано для отбора проб сжатых газов, воздуха, любой окружающей среды. Устройство выполнено в виде цилиндрического корпуса с полостью, входными и выходными отверстиями и имеет запирающий узел и уплотнительный элемент. Входное и выходное отверстия цилиндрического корпуса имеют заходный конус. Запирающий узел выполнен в виде затвора цилиндрической формы, уплотнительный элемент - в виде кольца с наружным диаметром, равным наружному диаметру заходного конуса корпуса, превышающего внутренний диаметр цилиндрической полости корпуса, напрессованного на заходную цилиндрическую часть затвора. Уплотнительный элемент расположен между внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса и наружной цилиндрической поверхностью затвора. Затвор поджат накидной гайкой. Сорбент в полости цилиндрического корпуса для сохранения герметичной насадки затвора ограничен фильтрами и втулками с радиальной прорезью. Диаметр втулок с радиальной прорезью по наружному диаметру превышает наружный диаметр заходного конуса входного отверстия корпуса на величину вырезаемой хорды. Втулки выполнены как уплотнительный элемент из упругого устойчивого к активным биологическим и агрессивным средам материала с низким коэффициентом трения. Устройство обеспечивает герметичность кратковременного повышения температуры от 80 до 200°С при наличии вибрации и ударных нагрузок до 40g. Устройство стойко к агрессивным маслосодержащим и содержащим пары нефтепродуктов газовым средам. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для отбора проб сжатых газов, воздуха или любой окружающей газообразной среды вручную с помощью любого побуждающего устройства для последующего анализа на стационарной установке.

В качестве аналога взята заявка Франции, в которой описано устройство, взаимодействующее с пробиркой, имеющей резьбовое горлышко [1], в которое установлена пробка диаметром, равным внутреннему диаметру горлышка пробирки. На нижней части пробки имеются два кольцевых ребра, расположенных одно над другим, в которых вырезаны поперечные канавки, и прижимающиеся к внутренней стенке пробирки. Над цилиндрической частью, расположенной над ребристой частью пробки, имеется фланец, опирающийся сверху на горловину пробирки, кроме того, имеется жесткий колпачок с внутренней резьбой, который надевается на пробку и навинчивается на резьбовое горлышко пробирки, таким образом, что дно колпачка ложится на фланец и прижимает его к горловине пробирки, обеспечивая герметичность, необходимую для сохранения питательной среды без доступа воздуха и анаэробных микроорганизмов. Недостатком этого устройства является малое количество срабатываний с обеспечением герметичности при воздействии температурных, вибрационных и ударных нагрузок.

Наиболее близким аналогом является устройство для отбора проб, содержащее цилиндрический корпус с полостью, с входными и выходными отверстиями, через которые пропущены каналы, и запирающий узел в виде поворотной пластины с направляющей и приводом, который может быть использован как многоканальный запорный кран. Уплотнительный элемент, которым является фторопластовый диск, закреплен на оси, поворотная плоскость которого, вращающаяся вокруг оси, перпендикулярна стенкам цилиндрического корпуса. Каналы выполнены в виде гибких эластичных шлангов из силиконовой резины, которые введены через отверстия в верхнем торце цилиндрического корпуса и пропущены через зазор между боковыми поверхностями корпуса и диска и выведены в боковую стенку цилиндрического корпуса. По окружности диска выполнено не менее одного паза размером, соответствующим сечению шланга. Зазор между корпусом и диском выполнен размером, обеспечивающим поочередное герметичное пережатие сечения шлангов и равен диаметру сечения шлангов [2]. Данное устройство позволяет производить забор проб с помощью одного из шлангов, обеспечивая пережатие других шлангов, при их наличии, или, перемещая диск в промежуточное состояние, обеспечивать консервацию пробы, что позволяет использовать данное устройство в сложных технологических процессах, так как позволяет производить отбор проб с помощью электропривода или вручную.

Недостатком данного устройства является его стационарность, обязательное наличие в совместной работе газоанализатора и невозможность сохранения проб в течение продолжительного времени, а также ограничения по температурному режиму. При необходимости взятия пробы из объектов, на которых не установлены газоанализаторы, работа с данным устройством не представляется возможным, к тому же применение силиконовых шлангов ограничено, так как под воздействием паров нефтепродуктов они теряют свои геометрические характеристики, что приводит к заклиниванию при движении диска и к потере герметичности.

Задачей предложенного технического решения является обеспечение в устройстве для отбора и ввода проб герметичности при кратковременном повышении температуры от 80 до 200^oC или при наличии вибрационных и ударных нагрузок до 40g, стойкость к агрессивным, маслосодержащим и содержащим пары нефтепродуктов средам, минимальные габариты, многоразовое использование устройства после очистки сорбента, применение устройства с любым видом побудителя расхода газов и возможность использования в помещениях, в которых не расположены стационарно газоанализаторы.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является устройство для отбора и ввода проб, содержащее цилиндрический корпус с полостью, входными и выходными отверстиями, а также запирающий узел и уплотнительное кольцо, отличающееся тем, что запирающий узел выполнен в виде затвора цилиндрической формы с буртиком, входное и выходное отверстия имеют заходный конус, при этом уплотнительное кольцо напрессовано на заходную часть затвора, затвор поджат накидной гайкой по сопряженным поверхностям уплотнительного кольца и цилиндрической поверхностью внутренней полости корпуса, а диаметр уплотнительного кольца равен диаметру заходного конуса, причем сорбент в полости цилиндрического корпуса для сохранения герметичной посадки затвора ограничен фильтрами и втулками с радиальной прорезью, выполненными, как и уплотнительное кольцо, из упругого, устойчивого к активным биологическим и агрессивным средам материала с низким коэффициентом трения.

При этом на заходной части затвора выполнена проточка, в которую запрессовано уплотнительное кольцо.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора и ввода проб запирающий узел выполнен в виде затвора цилиндрической формы с буртиком, в заходной части которого напрессовано уплотнительное кольцо, а входные и выходные отверстия цилиндрического корпуса имеют заходный конус, выполняемый в пределах от 3-7^o для предотвращения необратимой деформации уплотнительного кольца. Герметичная посадка затвора осуществляется по внутренней цилиндрической поверхности корпуса и поверхности уплотнительного кольца за счет сил упругости, возникающих при деформации уплотнительного кольца при поджатии накидной гайкой через буртик затвора, при этом диаметр уплотнительного кольца равен диаметру заходного конуса входного и выходного отверстий цилиндрического корпуса. Сорбент в цилиндрическом корпусе ограничивается фильтрами и втулками с радиальной прорезью для предотвращения повреждения посадочной поверхности цилиндрического корпуса и нарушения герметичности установки запирающего узла. Втулка с радиальной прорезью удерживает сорбент в цилиндрическом корпусе за счет сил упругости, возникающих вследствие упругой деформации из-за превышения диаметра втулки над внутренним диаметром цилиндрического корпуса на величину хорды вырезаемой прорези, а внутренний диаметр втулки обеспечивает свободный доступ газа к сорбенту. Требования к материалу, из которого выполнены втулка с радиальной прорезью и уплотнительное кольцо, таковы, чтобы они могли быть использованы при повышенных температурах от 80 до 200^oC или при наличии вибрационных и ударных нагрузок до 40g, в агрессивных, маслосодержащих и содержащих пары нефтепродуктов средах, а для повышения ресурса работы материал должен обладать низким коэффициентом трения.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез устройства, на котором показана втулка с радиальной прорезью; на фиг. 3 представлены входное отверстие корпуса с заходным конусом и запирающий узел перед сборкой.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси и имеющими заходный конус, фильтры 2 и втулки с радиальными прорезями 3, удерживающими наполнитель - сорбент в неподвижном состоянии, затвор 4, в заходной части которого напрессовано уплотнительное кольцо 5, накидную гайку 6, удерживаемую стопорным кольцом 7 и леска 8.

При закладке сорбента в цилиндрический корпус 1 с внутренним диаметром 6 мм предварительно с одного конца цилиндрического корпуса 1 устанавливается втулка с радиальной прорезью 3, которая, проходя через заходный конус, сжимается за счет сил упругости и удерживается во внутренней полости цилиндрического корпуса 1. Прорезь может выполняться в виде сегмента или в виде параллельных плоскостей. Затем устанавливается фильтр 2 со стороны свободного конца и производится засыпка сорбента, после чего устанавливается второй фильтр и вторая втулка с радиальной прорезью. Затвор 4 устанавливается с помощью накидных гаек 6, которые при навинчивании на горловину входного и выходного отверстий обеспечивают плотное прилегание уплотнительного кольца 5 затвора к цилиндрической поверхности корпуса 1. Накидная гайка 6 имеет внутреннюю резьбу с мелким шагом для предотвращения самооткручивания при вибрации и навинчивается на горловину входного и выходного отверстия, а для обеспечения многоразового использования и удобства в работе вручную на накидной гайке 6 нанесена рифленая поверхность, при этом сама накидная гайка 6 механически соединена с затвором 4 через стопорное кольцо 7, расположенное на расстоянии, позволяющем визуально контролировать заход заходной части затвора 4 в заходный конус входного и выходного отверстия. Втулка с радиальной прорезью и уплотнительное кольцо выполнены из материала, устойчивого к агрессивным и биологическим средам, работающего при 80 - 200^oC с низким коэффициентом трения. Таким требованиям отвечает фторопласт.

При эксплуатации запирающий узел снимается с входного и выходного отверстий цилиндрического корпуса 1. Подсоединив любое побудительное устройство или редуктор, обеспечивающее расход газа с давлением не более 0,2 МПа (2 кгс/см²), производится взятие пробы. Через 2 - 3 мин устанавливается один запирающий узел, но не до конца. Устройство отстыковывается от побудительного устройства. Устанавливается плотно другой запирающий узел на другое отверстие корпуса 1, а затем от руки затягивается плотно первый. Цилиндрический корпус 1 и затвор 4 выполняются из коррозионностойкого металла. Фильтры 2 выполняются из мелкоячеистой сетки и стеклоткани.

Преимущества данной конструкции - многоразовость, которая обеспечивается за счет прочности и стойкости материалов, термовакуумной очистки сорбента и долговечности герметизирующего устройства, возможность применения в различных газовых средах, в том числе агрессивных и содержащих масло и нефтепродукты, а также возможность эксплуатации при кратковременном повышении температуры от 80 до 200^oC и способность сохранять герметичность при действии вибрации и кратковременных ударных нагрузках. Устройство для отбора и ввода проб позволяет, спустя продолжительное время после взятия пробы, производить анализ пробы на стационарной установке в лабораторных условиях. Устройство позволяет производить взятие проб в условиях невесомости на космической станции.

Литература.

1. Патент - Франция N 2316140 от 4.03.1977. Затвор для пробирки, содержащей питательную среду без доступа воздуха. МКИ B 65 D 39/00, 81/18; 12 K 3/00.

2. Патент - Россия N 2061236 от 21.05.96. Устройство для отбора и ввода проб. МКИ 6 G 01 N 30/20, 1/10.

Формула изобретения

1. Устройство для отбора, ввода проб, содержащее цилиндрический корпус с полостью, входными и выходными отверстиями, а также запирающий узел и уплотнительный элемент, отличающееся тем, что входное и выходное отверстия цилиндрического корпуса имеют заходный конус, запирающий узел выполнен в виде затвора цилиндрической формы, а уплотнительный элемент - в виде кольца с наружным диаметром, равным наружному диаметру заходного конуса корпуса, превышающего внутренний диаметр цилиндрической полости корпуса, напрессованного на заходную цилиндрическую часть затвора, и расположен между внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса и наружной цилиндрической поверхностью затвора, затвор поджат накидной гайкой, причем сорбент в полости цилиндрического корпуса для сохранения герметичной посадки затвора ограничен фильтрами и втулками с радиальной прорезью, диаметр втулок с радиальной прорезью по наружному диаметру превышает наружный диаметр заходного конуса входного отверстия корпуса на величину вырезаемой хорды, выполненными, как и уплотнительный элемент, из упругого, устойчивого к активным биологическим и агрессивным средам материала с низким коэффициентом трения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на заходной части затвора выполнена проточка, в которую запрессован уплотнительный элемент.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3