Описание экспериментального стенда

Экспериментальный стенд 2013;СКБА предназначен для проведения экспериментальных исследований по получению кислорода безнагревным методом на цеолитах различных марок.

Схема экспериментального стенда представлена на рисунке 15.

Рисунок 15 — Экспериментальный стенд 2013;СКБА:

1 — компрессор; 2 — фильтрующий модуль; 3 — манометр; 4 — датчик кислорода; В1-В5 — вентиля В качестве устройства для нагнетания исходной смеси был выбран автомобильный поршневой компрессор со встроенным манометром для индикации входного давления. Габариты ДxШxВ: 230×180×100 мм; вес 2,2 кг; длинна провода 3 м, длинна шланга 0,65 м. Максимальное давление накачки 0,5 МПа, заявленная производительность 5 л/мин.

Питается компрессор от сети постоянного тока напряжением 12 вольт поэтому подключение его напрямую в сеть переменного тока недопустимо. Использование маломощных источников питания так же не подходит для работы, поскольку компрессор является устройством с высоким потреблением тока, и в зависимости от модели компрессора потребляемый ток может возрастать до 10 А. Поэтому источником питания для стенда выступает зарядное устройство для аккумуляторных батарей РАССВЕТ-2. Компрессор подключенный к источнику питания изображен на рисунке 16.

Рисунок 16 — Компрессор и источник питания в сборе Конструктивно зарядное устройство (ЗУ) изготовлено в виде отдельного блока, закрытого корпусом от непогоды и влаги. На основании корпуса крепятся силовой трансформатор, мощные управляющие тиристоры на радиаторах, плата стабилизации тока заряда и управления тиристорами, клеммы для подсоединения заряжаемого аккумулятора проводами, сечением не менее 2,5 мм2(«+» на корпусе) и выключатель питания. Плата управления и стабилизации установлена на передней панели корпуса таким образом, чтобы кнопки переключателей режима заряда — «Ручной — автоматический» и включения заряда попадали в специально прорезанный паз и легко переключались. Так же на переднюю панель выведены ручной регулятор тока заряда. В качестве силового трансформатора может быть применен любой мощностю 180−250 Вт, выдающий переменное напряжение ~16…22 В и рассчитанный на ток 6…10 А.

В качестве вентилей используются латунные шаровые краны шаровые краны G½(рисунок 17), способные работать при условном давлении до 1,6 МПа, в таких рабочих средах как газ, пар, самосмазывающиеся жидкости. Во внутренней полости корпуса, между фторопластовыми седлами, установлена шаровая заслонка и сжата муфтой до обеспечения герметичности крана.

Рисунок 17 — Кран шаровый латунный.

• 1 — корпус; 2 -втулка; 3 — шпиндель
• 2 — затвор; 5 — втулка нажимная; 6 — ручка;
• 7,8- кольца уплотнительные; 9 — винт М4х8

Положение заслонки может быть «открыто» или «закрыто» и изменяется при вращении ее рукояткой. Для закрытия крана латунного шарового необходимо осуществить поворот рукоятки по часовой стрелке до упора, а для открытия — против часовой стрелки до упора. Полному открытию крана соответствует совпадение большой оси рукоятки с осью трубопровода.

Вентиль В1 служит для регулировки входного давления путем дросселирования до нужного значения. В3 — осовной вентиль для обеспечения работы стенда в режиме адсорбции. В5 — обеспечивает взаимодействие обогащённой смеси с датчиком кислорода. В2 и В4 используются для сброса давления, обратной продувки и регенерации слоев адсорбента.

В качестве узла обеспечивающего разделение газовой смеси выступает адсорбер. Корпус адсорбера выполнен из полипропилена и способен работать при температурах до +95°С. Внешний вид адсорбера совмещенный с частью разреза изображены на рисунке 18.

Рисунок 18 — Чертеж адсорбера.

1 — штуцер входной; 2 — штуцер выходной; 3 — корпус; 4 прокладка резиновая; 5 — гайка с шайбой; 6 — грубый фильтр; 7 — крышка.

Рисунок 19 — Адсорбер Входной и выходной штуцера с внешним диаметром 14 мм, и внутренним диаметром 11 мм посредством резьбового соединения монтируются в крышку. Для обеспичеия прочности соединения штуцер закрепляется гайкой с шайбой. Места соединения дополнительно промазываются силиконовым герметиком для исключения утечек. Прочность крепления и герметичность соединения штуцеров и подводных шлангов обеспечивается хомутами.

Рисунок 20 — Адсорбер в разобранном виде.

Во внутреннюю полость крышки устанавливается грубый нейлоновый фильтр предотвращающий попадание крошки цеолита в узлы магистрали. Прочность обеспечивается клеевым соединением с помощью термоклея. Герметичность соединения крышки с корпусом гарантируется резиновой прокладкой.

Внутренняя полость адсорбера заполняется цеолитом необходимой марки и фракции, далее закрывается верхней крышкой и дополнительно закрепляется стяжкой. Способность такого фильтра обеспечивать нужную герметизацию при давлениях до 0,5 МПа экспериментально доказана в рамках данной работы.

Чистота получившейся выходной смеси регистрируется с помощью газоанализатора testogas, который предназначен для автоматической индикации содержания кислорода в исследуемой газовой смеси. Внешний вид анализатора представлен на рисунке 21.

Рисунок 21 — газоанализатор testogas.

В газоанализаторе применяется электрохимический датчик кислорода, выходной сигнал которого пропорционален содержанию кислорода в воздушной среде. Используемый микроконтроллер обеспечивает согласование и измерение уровня выходного напряжения датчика, обработку сигнала и вывод информации на жидкокристаллический дисплей. Перед началом работы с прибором необходим произвести калибровку прибора по воздуху либо по баллону со 100% кислородной смесью.

Экспериментальный стенд в собранном состоянии представлен на рисунке 22.

Рисунок 22 — Экспериментальный стенд 2013;СКБА.