Diese Erfindung betrifft ein Anzeigegerät für Verunreinigungen in einem Gas, das in einem Leitungssystem unter einem bestimmten Überdruck strömt, sowie ein Verfahren zum Betrieb des genannten Anzeigegeräts; zu den hiergenannten Verunreinigungen gehören insbesondere in Dampfform mitgerissene Flüssigkeiten, einschliesslich kleiner Teilchen von Mikrongrösse und darunter.
Bei den heute bekannten pneumatischen und Fluidikvorrichtungen, die mit Druckgas arbeiten, wurden bereits Konzentrationen von sehr kleinen, dampfförmigen Verunreinigungen im ppb-Bereich (Teile pro Billion) in bezug auf das Volumen gefunden. Derartig geringe Verunreinigungen können normalerweise nicht auf einfache Weise festgestellt werden, bevor sie ein Versagen in diesen Vorrichtungen hervorrufen.
Die zur Feststellung derartig geringer Spuren von dampfförmigen Verunreinigungen im Handel erhältlichen Geräte sind Laborgeräte, ausserdem sind sie ausserordentlich kostspielig, empfindlich und verlangen besonders ausgebildetes Personal zu ihrer Bedienung. Ausserdem ist ein beträchtlicher Zeitaufwand für die Bedienung erforderlich, der oft mehrere Tage beträgt. Diese Eigenschaften begrenzen bedauerlicherweise ihre praktische Verwendbarkeit bei den üblichen Druckgassystemen.
Derartige pneumatische Fluidikvorrichtungen für den Langzeitbetrieb bei störungsfreiem Betrieb erfordern beispielsweise reine Druckluft. Aber selbst wenn die Druckluft durch ölgeschmierte Kompressoren geliefert wird, so ist die erhaltene Luft notwendigerweise mit Spuren von Ölverunreinigungen versehen. Das Öl wird in Dampfform von der Luft mitgerissen und ist mit den gewöhnlichen Abfangverfahren nicht vollständig aus der Luft zu entfernen. Die dampfförmigen Olspuren haben nämlich das Bestreben, sich zusammenzuballen und dann als Strömungswiderstand für den Luftstrom an sehr kleinen Durchlässen zu wirken. Eine solche Verunreinigung begrenzt und verzögert die Erschliessung neuer Anwendungsgebiete für die Fluidiksysteme.
Selbst wenn durch mechanische Filterung eine teilweise Entfernung der Verunreinigungen erzielt wird, gibt es heute keinen einfachen und billigen Weg, um die sehr stark verunreinigenden Kompressoren zu ermitteln oder das Versagen des Filtermechanismus bei der Herstellung von reiner Luft für Fluidikschaltung anzuzeigen.
Der Erfindung liegt daher das Bestreben zugrunde, einen billigen, leicht herzustellenden und zu bedienenden Detektor für dampfförmige, spurenweise auftretende Verunreinigungen in Druckgassystemen zu schaffen, der eine hohe Empfindlichkeit aufweist und trotzdem keine besonderen Ansprüche an den Anwendungsbereich und an die Betätigung stellt.
Das erfindungsgemässe Anzeigegerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Bestandteile aufweist: - ein Anschlussmittel zum Anschliessen des Gerätes an das Leitungssystem, - einen geraden Gasdurchflusskanal, der am einen Ende einen Gaseinlass und am anderen Ende einen Gasauslass hat, - eine Färbevorrichtung am Gaseinlass des Kanals zum Färben von Verunreinigungen im durch den Kanal strömenden Gas, - ein im Innern des Kanals über praktisch dessen ganze Länge angeordnetes Absorptionsmittel für Verunreinigungen,
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist:
: - Anschliessen des Gerätes an das Leitungssystem, so dass Druckgas durch den Kanal strömt, - Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit aus dem Leitungssystem des durch den Kanal strömenden Gases auf einen bestimmten Wert und - Absaugen des Gases durch den Auslass des Kanals, so dass eine Expansion und Turbulenz des Gases im Kanal auftritt, wodurch sich der im Gas mitgeführte Verunreinigungsstoff derart zusammenballt, dass er Farbstoff aus der Färbevorrichtung aufnimmt und der Verunreinigungsgrad des Gases durch die Wandergeschwindigkeit des Farbstoffes im den Verunreinigungsstoff absorbierenden, im Innern des Kanals vorgesehenen Absorptionsmittel in Richtung vom Einlass zum Auslass des Kanals angezeigt wird.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen rein beispielsweise erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform des Anzeigegerätes.
Fig. 2 eine Teilansicht der Fig. 1. teilweise im Schnitt etwas abgeändert,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf das Rohr 20 der Fig. 1, und zwar in einer leicht abgeänderten Ausführungsform und
Fig. 5 in Diagrammform den Einfluss der Verunreinigungen mit Ol in mit unterschiedlichem Betriebsdruck arbeitenden Druckluftleitungssystemen.
Die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist eine Leitung 10 auf, durch die Druckluft strömt und die mit einer T-Kupplung 12 versehen ist, an die ein Nadelventil 14 angeschlossen ist. Letzteres erlaubt die Ein-Aus-Steuerung des Druckluftstroms von der Leitung 10 zum Anzeigegerät 16.
Das Anzeigegerät 16 weist ein Verbindungsstück auf, das mit dem Auslass des Nadelventils 14 verschraubt ist. Ferner ist ein lichtdurchlässiges, dünnes Rohr 20 vorgesehen, das mittels eines Kompessionsanschlusstückes 22 mit dem Verbindungsstück 18 verbunden ist. Das Rohr 20 ist in der Nähe seines oberen Endes mittels einer Klemmhülse 24 abgeklemmt.
Bei einer geprüften Ausführungsform wurde das Rohr 20 aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt, wie z. B.
aus Tenite Butyrat der Härte H und der Typenbezeichnung 529A37-201H, der Eastman Company. Dieses Rohr wies einen inneren Durchmesser von rund 1.5 mm, einen Aussendurchmesser von rund 4,5 mm und eine Länge von rund 76 mm auf.
Das Rohr 20 ist, wie die Fig. 7 zeigt. am unteren oder Lufteinlassende seiner langgestreckten Bohrung 28 mit einer Baumwollkugel 30 versehen, die mit einem Petroleumfarbstoff getränkt ist. Als Farbstoff kann der in Freon oder Chlorothen aufgelöste Farbstoff Oil red 6PR-PDR Nr. 6652 der Firma Keystone Aniline and Chemical Company verwendet werden. Ein Verhältnis von ungefähr zwei Teilen Freon und ein Teil Farbstoff lieferte sehr zufriedenstellende Ergebnisse.
Die Baumwollkugel wird in die genannte Lösung eingetaucht, herausgenommen und trocknen gelassen. Sie wird dann zu einem zylindrischen Ball gerollt. Der übrige Teil der Bohrung 28 des Rohres 20 wird mit einem Filtermaterial 32 beladen, um über die ganze Länge des Rohrs 20 eine Absorptionsoder Ölfilterschicht zu schaffen. Bei einer geprüften Ausführungsform wurde zu diesem Zweck ein Polyäthylen im Korngrössenbereich 800 bis 1200 Mikron benutzt, wie es beispielsweise von der U.S. Industrial Chemical Company unter der Typenbezeichnung MN706 hergestellt wird.
Um das Anzeigegerät 16 mit Luft von beispielsweise 1,4 atm. Überdruck zu eichen, sollte das Polyäthylen 32 in der Bohrung 28 des Rohres 20 so dicht gepackt sein, dass ein Luftstrom von etwa 819 bis 901 ccm/min durch das Rohr 20 hindurch erhalten wird. An jedem Ende der Polyäthylen Füllung im Rohr 20 können nicht dargestellte Haltesiebe angeordnet werden. Der Baumwollball wird dann in Richtung auf das Polyäthylen gestossen, bis im Rohr ein Luftdurchfluss von ungefähr 535-574 ccm/min erhalten wird.
Bei einer geprüften Ausführungsform wurde die Eichung der Durchflussgeschwindigkeit durch das Rohr 20 mittels einer Klemmhülse 24 durchgeführt, die die Fig. 1 zeigt; die Hülse befand sich dicht am Ausgangsende des Rohrs 20 und wurde so zugeklemmt, dass sie den Luftdurchfluss durch das Rohr 20 bis auf den gewünschten Wert verringerte.
Bei einer anderen geprüften Ausführungsform wurde die Klemmhülse 24 weggelassen; wie die Fig. 4 zeigt, wurde anstatt dessen ein Haltesieb 36 aus Polyäthylen von 0,152 mm Maschenweite am Ausgangsende des Rohrs 20 benutzt; die Befestigung des Siebs 36 im Rohr 20 erfolgte mit Aceton, ohne Verringerung des inneren Durchmessers des Rohrs.
Wenn das Rohr 20 beschickt und in der in Fig. 1 dargestellten Stellung eingebaut ist, d. h. in das obere Ende des Ventils 14 mittels eines Kompressionsanschluss-Stücks 22 eingesetzt ist, dann befindet sich die Farbstoffschicht am Lufteingangsende des Rohrs; die Adsorptionsschicht erstreckt sich in gerader Richtung längs der ganzen Rohrlänge nach oben.
Wenn das Nadelventil 14 beim Betrieb geöffnet wird, dann fliesst Druckluft vom Druckluftleitungssystem 10 durch das Nadelventil 14 bis zur Färbeschicht 30 (Fig. 2) am Eingangsende des Rohrs 20; die Luft fliesst somit auch durch die Adsorptionsschicht 32 und strömt durch die ganze Länge des Rohrs 20 bis in den Aussenraum oder bis in einen Raum, der einen beträchtlich niederen Gasdruck aufweist. Die durch die verhältnismässig enge Bohrung 28 des Rohrs 20 strömende Luft besitzt eine hohe Geschwindigkeit, so dass die durch das Regelventil 14 fliessende Luft sehr schnell expandiert.
Die rasche Expansion des Gases bewirkt, dass der in der Luft mitgerissene Öldampf eine Zustandsänderung durchläuft, und zwar vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand.
Die Verunreinigung ballt sich mit anderen Worten zusammen, wobei Öltröpfchen gebildet werden. Das Öl tropft beim Durchlaufen durch die Färbeschicht 30 und nimmt dort Farbstoff auf, der im vorliegenden Falle ein roter Farbstoff ist.
Der Durchgang der Luft mit hoher Geschwindigkeit durch die Färbeschicht 32, die die Zusammenballung des Öls bewirkt, und die Entlüftung in den Aussenraum mit kleinerem Druck erzeugt eine starke Turbulenz; diese bewirkt, dass das rot gefärbte Ol an den Polyäthylenteilchen haftet. Das gefärbte Öl färbt die Polyäthylenfüllung in zunehmendem Masse, die in der engen Bohrung 28 enthalten ist, und zwar vom unteren Ende des Rohrs 20 in Aufwärtsrichtung und nach Massgabe der Durchströmungsgeschwindigkeit; auf diese Weise wird eine visuelle Anzeige der Wandergeschwindigkiet der Farbgrenze erzielt und damit auch des Verunreinigungsgrads längs der Rohrlänge, und zwar vom Boden des Rohrs 20 in Richtung auf das äussere Ende desselben, ähnlich wie es beim Thermometer der Fall ist.
Die oben beschriebene Einrichtung bildet einen Öl-Detek- tor von hoher Genauigkeit, der im Bereich ppb arbeitet; das entspricht etwa 0,1 gr der öligen Verunreinigung je 100 m3 Gasvolumen.
Es ist hierbei zu bemerken, dass der Boden des Indikators 16 in Fig. 2 mit einem Verbindungsstück 42 für Schnellanschluss versehen worden ist; der Zweck ist der, dass er auf einfache und schnelle Weise in ein entsprechendes, nicht dargestelltes Anschlusstück eingesetzt werden kann, das an der Ausgangsseite des Ventils bei Bedarf vorgesehen wird; der Zweck besteht darin, dass das Anbringen des Anzeigegeräts 16 an die zu überwachende Gasleitung erleichtert werden soll.
Die Fig. 5 zeigt ein Eichdiagramm der Öl-Verunreinigung.
Die Abzisse ist in kg/cm2 geeicht und bezieht sich auf den Druck der zu überwachenden Druckluft; die Ordinate ist in mm je Stunde des Fortschreitens der Farbgrenze längs der Länge des Rohrs 20 in Fig. 1 geeicht, und zwar von seinem Bodenende in Richtung auf das obere Ende. Dieses Fortschreiten erfolgt in dem Masse, wie das mit Farbstoff gefärbte Öl sich auf das Polyäthylenfüllung 32 zusammenballt, und zwar in dem Anteil der Luft, der in die Atmosphäre entweicht.
Das Eichdiagramm bezieht sich auf ein Rohr mit einem Luftstrom von ungefähr 2786 ccm/min bei 5,6 Atm Druckluft.
Der Parameter in Fig. 5 stellt die gemessenen Verunreinigungen dar, und zwar in gr Öl je 100 m3 Luftvolumen. Diese Kurven wurden durch Versuche und Messungen der verschiedenen Verunreinigungsgrade bei den verschiedenen Betriebsdrucken der überwachten Luft ermittelt.
Bei einer anderen geprüften Ausführungsform wurde gefunden, dass zu einer Anzeige von der halben Länge des Rohrs 20 der Fig. 1, d. h. für eine Anzeige, die die halbe Skala umfasst, ungefähr 5 Stunden erforderlich sind. Ein solches Ölverunreinigungs-Anzeigegerät kann zur Überwachung von Druckluft mit 5,6 Atm verwendet werden. Bei einem Anzeigegerät zur Überwachung von Druckluft mit 1,4 Atm ist eine Messzeit von 24 Stunden erforderlich.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass für 5,6 Atm ein Zuwachs von ungefähr 1,5 mm vom unteren Ende in Richtung auf das obere Ende längs des Rohrs 20 je Stunde eine Ölverunreinigung von etwa 0,25 g je 100 m3 Druckluft bedeutet, die durch das Rohr 20 fliesst. Ein Fortschreiten von ca. 2,5 mm je Stunde längs des Rohrs 20 zeigt ungefähr 0,4 gr Ol-Verunreinigung je 100 m3 Druckluft an.
Bei Benutzung dieses Eichdiagramms kann vorzugsweise eine Skala 40 am Rohr 20 längs der linearen Länge desselben auf irgendeine bekannte Weise angebracht werden (Fig. 1); letzteres kann entweder in mm oder in gr der Verunreinigung je 100 m3 Luft geeicht werden, und zwar für irgendeinen gegebenen Luftdruck, wenn das erwünscht ist. Wenn die Skala in mm geeicht wird, dann kann das Fortschreiten der Farbgrenze abgelesen werden und in eine Wandergeschwindigkeit umgerechnet werden. Letzteres erfolgt dadurch, dass man den Ablesewert durch die Anzahl der Stunden des Luftstroms dividiert. Die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Farbgrenze in mm je Stunde kann dann in das Eich-Diagramm eingesetzt werden, um die Verunreinigung bei dem gegebenen Luftdruck zu bestimmen.
Bei einer vorgegebenen Anlage wurde beispielsweise ein Anzeigegerät 16 an einem Nadelventil 14 angebracht. Wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt eine Messung erwünscht ist, wird das Nadelventil 14 geöffnet, so dass die Luft durch das Rohr 20 mit hoher Geschwindigkeit in den Aussenraum entweichen kann. Nach beispielsweise 24 Stunden bei 1,4 Atm Überdruck oder nach fünf Stunden für 5,6 Atm Überdruck wird das Nadelventil 14 wieder geschlossen; dabei kann das Anzeigegerät 16 entfernt werden oder aber an Ort und Stelle abgelesen werden. Die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Farbgrenze längs des Rohrs wird dann gemessen und in eine Wandergeschwindigkeit umgerechnet, indem man die gemessene Länge durch die Anzahl der Stunden des Luftstroms dividiert; auf diese Weise erhält man die Laufstrecke der Farbgrenze je Stunde der Luftdurchströmung des Rohres.
Dieser Wert in Millimeter je Stunde, beispielsweise ein Wert von 5 mm in fünf Stunden, d. h. 1 mm/h, kann dann an der Ordinate des Eichdiagramms der Fig. 5 abgemessen werden, und zwar an der Kurve, die dem zu überwachenden Luftdruck entspricht, beispielsweise 5,6 Atm; dann kann die Öl Verunreinigung der Luft direkt in gr je 100 m3 abgelesen werden und zwar dicht am Schnittpunkt der beiden Koordinaten des Diagramms, d. h. bei 1 mm je Stunde und 5,6 Atm Luftdruck erhält man ungefähr eine Verunreinigung von 0,15 gr Öl je 100 m3 Druckluft.
Das beschriebene Anzeigegerät hat den grossen Vorteil, dass es sehr leicht hergestellt und auf einfache Weise bedient werden kann, um die in Dampfform vorliegenden Verunreinigungen in Druckluft nachzuweisen; dieses Anzeigegerät hat eine sehr hohe Genauigkeit, ist ausserordentlich billig und kann durch verhältnismässig ungeübtes Personal bedient und in geeigneter Weise in Druckgassysteme eingesetzt werden, um genau eine Verunreinigung im Bereich ppb anzuzeigen. Wenn man durch eine ausserordentlich kleine Oeffnung das Anzeigegerät evakuiert, dann erlaubt eine lange Röhre und Nadelventil 14 eine verhältnismässig schnelle Ablesung des Verunreinigungsgrads, und zwar ohne einen unerwünschten Gasverlust und ohne unerwünschte Beeinträchtigungen des zu überwachenden Gasdruckleitungssystems.
Die beschriebenen Ausführungsformen haben den weiteren Vorteil, dass ausgesprochen unsaubere Kompressoren frühzeitig festgestellt werden, und dasselbe gilt für ein Versagen der Filtervorrichtung, die erst die Benutzung von Fluidik-Bauteilen erlaubt, sowie die Anwendungen, die bisher sich als technisch unzuverlässig erwiesen haben.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass das Anzeigegerät 16 nicht unbedingt gestreckt zu sein braucht, wie es die Fig. 1 zeigt; es kann auch eine gekrümmte Form haben. Alles was erforderlich ist, ist ein linearer Strömungsweg für das austretende Gas, um einen linearen Weg für das Fortschreiten der Farbgrenze zu erzeugen, die auf einfache Weise ermittelt werden kann.
Die beschriebenen Ausführungsformen haben weiterhin den grossen Vorteil, dass sie in vorteilhafter Weise verbessert worden sind, um Verunreinigungen dampfförmiger Art in Druckgasleitungssystemen nachzuweisen; trotzdem weisen diese Ausführungsformen eine ausserordentlich hohe Genauigkeit auf, weil sie im ppb-Bereich die Verunreinigungen feststellen und sich sehr leicht an Druckgasleitungssysteme anpassen lassen, um visuell den Verunreinigungsgrad mittels des Fortschreitens der Farbgrenze längs einer vorgewählten, geeichten linearen Bahn anzuzeigen.
Die beschriebenen Ausführungsformen haben den weiteren Vorteil, dass sie an ihrem Eingangsende eine Färbeschicht mit einem vorzugsweise roten Farbstoff aufweisen, an die sich eine das Zusammenballen bewirkende Filterschicht aus beispielsweise Polyäthylenfilterwerkstoff anschliesst; letzterer ist längs der Längsbohrung angeordnet. Das komprimierte Gas entweicht zu einem kleinen Teil durch den länglichen Bauteil mit hoher Geschwindigkeit und entweicht auf diese Weise in die Atmosphäre, und zwar mit einer vorgewählten Geschwindigkeit in bezug auf den Druck des Gasleitungssystems.
Ein derartiger Hochgeschwindigkeitsstrom durch den länglichen Bauteil bewirkt, dass das Gas plötzlich an der Messöffnung am Eintrittsteil des Teils expandiert; auf diese Weise wird bewirkt, dass de; mitgerissene Öldampf eine Zustandsänderung durchläuft und zu kleinen Öltröpfchen zusammengeballt wird. In dieser Form nehmen die flüssigen Tröpfchen beim weiteren Strömen durch die Färbeschicht Farbstcff auf. Beim Hindurchgang durch die Filterschicht wird eine ausreichend starke Turbulenz erzeugt, so dass die gefärbten Ölteilchen auf dem Filtermaterial abgeschieden werden; durch das Fortschreiten der Farbgrenze längs des länglichen Bauteils vom Eingangsende in Richtung auf das Ausgangsende wird der Verunreinigungsgrad dem Druckgas angezeigt.
Die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Farbgrenze wird an einer geeichten Skala abgelesen, um einen Wert für den Verunreinigungsgrad zu erhalten.
Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen aus Darstellungsgründen in ihrer Anwendung auf Druckgassysteme beschrieben worden sind, bei denen verdampftes Öl den Ver unreinigungsstoff darstellt, ist leicht einzusehen, dass sich die beschriebenen Ausführungsformen auch auf andere Druckgasleitungssysteme als Luftdruckleitungssysteme sowie auf andere Verunreinigungen als Öl anwenden lassen.
This invention relates to a display device for impurities in a gas which flows in a pipe system under a certain excess pressure, as well as a method for operating said display device; In particular, the contaminants identified herein include entrained liquids in vapor form, including small particles of micron size and below.
In the pneumatic and fluidic devices known today which operate with compressed gas, concentrations of very small, vaporous impurities in the ppb range (parts per billion) with respect to volume have already been found. Such minor impurities cannot normally be easily detected before they cause failure in these devices.
The devices available on the market for the detection of such small traces of vaporous impurities are laboratory devices, in addition they are extremely expensive, sensitive and require specially trained personnel to operate them. In addition, a considerable amount of time is required for the operation, which is often several days. Unfortunately, these properties limit their practical use in conventional compressed gas systems.
Such pneumatic fluidic devices for long-term operation with trouble-free operation require, for example, pure compressed air. But even if the compressed air is supplied by oil-lubricated compressors, the air obtained will necessarily contain traces of oil contamination. The oil is entrained in the air in vapor form and cannot be completely removed from the air using the usual trapping methods. This is because the vaporous traces of oil tend to clump together and then act as a flow resistance for the air flow at very small passages. Such contamination limits and delays the development of new areas of application for the fluidic systems.
Even if partial removal of the contaminants is achieved through mechanical filtering, there is no simple and cheap way today to identify the very heavily contaminating compressors or to indicate the failure of the filter mechanism in producing clean air for fluidic switching.
The invention is therefore based on the aim of creating an inexpensive, easy to manufacture and operate detector for vaporous, trace-like impurities in compressed gas systems, which has a high sensitivity and yet does not make any special demands on the area of application and operation.
The display device according to the invention is characterized in that it has the following components: a connection means for connecting the device to the pipe system, a straight gas flow channel which has a gas inlet at one end and a gas outlet at the other end, a coloring device at the gas inlet of the channel for coloring impurities in the gas flowing through the channel, - an absorbent for impurities arranged in the interior of the channel over practically its entire length,
The method according to the invention is characterized in that it has the following steps:
: - connecting the device to the pipe system so that pressurized gas flows through the duct, - setting the flow rate from the pipe system of the gas flowing through the duct to a certain value and - sucking off the gas through the outlet of the duct so that an expansion and Turbulence of the gas occurs in the channel, as a result of which the contaminant entrained in the gas agglomerates in such a way that it absorbs dye from the dyeing device and the degree of contamination of the gas due to the traveling speed of the dye in the contaminant-absorbing absorbent provided inside the channel in the direction from the inlet to the Outlet of the duct is displayed.
In the following, the subject matter of the invention is explained purely by way of example with reference to the drawings.
Show it:
1 shows a simplified schematic illustration of an embodiment of the display device.
Fig. 2 is a partial view of Fig. 1, partially modified somewhat in section,
Fig. 3 is a cross-section along the line 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 is a plan view of the tube 20 of Fig. 1, in a slightly modified embodiment and
5 shows in diagram form the influence of the contamination with oil in compressed air line systems operating at different operating pressures.
The embodiment shown in FIG. 1 has a line 10 through which compressed air flows and which is provided with a T-coupling 12 to which a needle valve 14 is connected. The latter permits the on-off control of the compressed air flow from the line 10 to the display device 16.
The display device 16 has a connecting piece which is screwed to the outlet of the needle valve 14. Furthermore, a light-permeable, thin tube 20 is provided, which is connected to the connection piece 18 by means of a compression connection piece 22. The tube 20 is clamped in the vicinity of its upper end by means of a clamping sleeve 24.
In one embodiment tested, the tube 20 was made from a translucent plastic, such as. B.
made of tenite butyrate of hardness H and type designation 529A37-201H, from the Eastman Company. This tube had an internal diameter of around 1.5 mm, an external diameter of around 4.5 mm and a length of around 76 mm.
The tube 20 is as shown in FIG. 7. at the lower or air inlet end of its elongated bore 28 is provided with a cotton ball 30 which is impregnated with a petroleum dye. The dye Oil red 6PR-PDR No. 6652 from Keystone Aniline and Chemical Company, dissolved in freon or chlorothene, can be used as the dye. A ratio of about two parts freon and one part dye gave very satisfactory results.
The cotton ball is immersed in the above solution, removed and allowed to dry. It is then rolled into a cylindrical ball. The remaining part of the bore 28 of the tube 20 is loaded with a filter material 32 in order to create an absorption or oil filter layer over the entire length of the tube 20. In one embodiment tested, a polyethylene in the range of 800 to 1200 microns was used for this purpose, such as that disclosed by U.S. Pat. Industrial Chemical Company under the type designation MN706.
To the display device 16 with air of 1.4 atm. To calibrate excess pressure, the polyethylene 32 should be packed so tightly in the bore 28 of the tube 20 that an air flow of about 819 to 901 cc / min through the tube 20 is obtained. At each end of the polyethylene filling in the tube 20, retaining screens (not shown) can be arranged. The cotton ball is then pushed towards the polyethylene until an air flow rate of approximately 535-574 cc / min is obtained in the tube.
In a tested embodiment, the calibration of the flow rate through the pipe 20 was carried out by means of a clamping sleeve 24, which is shown in FIG. 1; the sleeve was located close to the exit end of the tube 20 and was clamped shut so that it reduced the air flow through the tube 20 to the desired value.
In another embodiment tested, the clamping sleeve 24 was omitted; As shown in FIG. 4, a retaining screen 36 made of polyethylene of 0.152 mm mesh size was used instead at the outlet end of the tube 20; the attachment of the screen 36 in the tube 20 was done with acetone without reducing the inner diameter of the tube.
When the tube 20 is loaded and installed in the position shown in FIG. H. is inserted into the upper end of the valve 14 by means of a compression fitting 22, then the dye layer is at the air inlet end of the tube; the adsorption layer extends upwards in a straight line along the entire length of the pipe.
When the needle valve 14 is opened during operation, compressed air then flows from the compressed air line system 10 through the needle valve 14 to the dye layer 30 (FIG. 2) at the inlet end of the tube 20; the air thus also flows through the adsorption layer 32 and flows through the entire length of the tube 20 into the outside space or into a space which has a considerably low gas pressure. The air flowing through the relatively narrow bore 28 of the tube 20 has a high speed, so that the air flowing through the control valve 14 expands very quickly.
The rapid expansion of the gas causes the oil vapor entrained in the air to undergo a change of state, namely from the gaseous state to the liquid state.
In other words, the contamination agglomerates, forming droplets of oil. The oil drips as it passes through the coloring layer 30 and there absorbs dye, which in the present case is a red dye.
The passage of the air at high speed through the coloring layer 32, which causes the oil to agglomerate, and the venting into the outside space at lower pressure creates a strong turbulence; this causes the red colored oil to adhere to the polyethylene particles. The colored oil colors the polyethylene filling to an increasing extent, which is contained in the narrow bore 28, from the lower end of the tube 20 in the upward direction and according to the flow rate; in this way a visual indication of the traveling speed of the color boundary is obtained, and hence the level of contamination along the length of the pipe, from the bottom of the pipe 20 towards the outer end of the same, similar to the thermometer.
The device described above constitutes an oil detector of high accuracy operating in the ppb range; this corresponds to about 0.1 gram of the oily contamination per 100 m3 of gas volume.
It should be noted here that the bottom of the indicator 16 in FIG. 2 has been provided with a connector 42 for quick connection; the purpose is that it can be easily and quickly inserted into a corresponding, not shown connection piece, which is provided on the outlet side of the valve if necessary; the purpose is to facilitate the attachment of the display device 16 to the gas line to be monitored.
Figure 5 shows a calibration graph of oil contamination.
The abscissa is calibrated in kg / cm2 and relates to the pressure of the compressed air to be monitored; the ordinate is calibrated in millimeters per hour of progression of the color boundary along the length of tube 20 in FIG. 1, from its bottom end toward the top. This progression occurs as the dye colored oil agglomerates on the polyethylene filling 32 in the proportion of air that escapes into the atmosphere.
The calibration diagram is for a tube with an air flow of approximately 2786 cc / min with 5.6 atm compressed air.
The parameter in Fig. 5 represents the measured impurities, namely in grams of oil per 100 m3 of air volume. These curves were determined through tests and measurements of the various levels of pollution at the various operating pressures of the monitored air.
In another embodiment tested, it was found that a display of half the length of the tube 20 of FIG. H. a display that is half the scale takes approximately 5 hours. Such an oil contamination indicator can be used to monitor compressed air at 5.6 atm. A measuring time of 24 hours is required for a display device for monitoring compressed air at 1.4 Atm.
It can be seen from the diagram that for 5.6 atm an increase of approximately 1.5 mm from the lower end towards the upper end along the pipe 20 per hour means an oil contamination of approximately 0.25 g per 100 m3 of compressed air, which flows through the pipe 20. A progression of about 2.5 mm per hour along the pipe 20 indicates about 0.4 grams of oil contamination per 100 m3 of compressed air.
Using this calibration chart, a scale 40 may preferably be attached to tube 20 along its linear length in any known manner (Fig. 1); the latter can be calibrated either in mm or in gr of the contamination per 100 m3 of air, for any given air pressure, if so desired. If the scale is calibrated in mm, then the progression of the color boundary can be read off and converted into a traveling speed. The latter is done by dividing the reading by the number of hours of air flow. The speed of advancement of the color boundary in mm per hour can then be inserted into the calibration diagram in order to determine the contamination at the given air pressure.
In a given system, for example, a display device 16 was attached to a needle valve 14. If a measurement is desired at a given point in time, the needle valve 14 is opened so that the air can escape through the tube 20 at high speed into the outside space. After, for example, 24 hours at 1.4 atm overpressure or after five hours for 5.6 atm overpressure, the needle valve 14 is closed again; the display device 16 can be removed or read on the spot. The speed of advancement of the color boundary along the pipe is then measured and converted into a travel speed by dividing the measured length by the number of hours of air flow; in this way the distance of the color boundary per hour of air flow through the pipe is obtained.
This value in millimeters per hour, for example a value of 5 mm in five hours, i.e. H. 1 mm / h, can then be measured on the ordinate of the calibration diagram in FIG. 5, specifically on the curve which corresponds to the air pressure to be monitored, for example 5.6 atm; then the oil contamination of the air can be read off directly in gr per 100 m3, close to the intersection of the two coordinates of the diagram, i.e. H. at 1 mm per hour and an air pressure of 5.6 atm, an impurity of approximately 0.15 g of oil per 100 m3 of compressed air is obtained.
The display device described has the great advantage that it can be produced very easily and operated in a simple manner in order to detect the impurities present in the form of vapor in compressed air; This display device has a very high level of accuracy, is extremely cheap and can be operated by relatively inexperienced personnel and used in a suitable manner in compressed gas systems in order to display a contamination in the ppb range. If the display device is evacuated through an extremely small opening, then a long tube and needle valve 14 allows a relatively quick reading of the degree of contamination, without an undesired loss of gas and without undesirable impairment of the gas pressure line system to be monitored.
The described embodiments have the further advantage that extremely unclean compressors are detected at an early stage, and the same applies to a failure of the filter device, which only allows the use of fluidic components, as well as applications that have so far proven to be technically unreliable.
In this connection it should be noted that the display device 16 does not necessarily have to be stretched, as FIG. 1 shows; it can also have a curved shape. All that is required is a linear flow path for the exiting gas to create a linear path for the advancement of the color boundary that can be easily determined.
The embodiments described also have the great advantage that they have been improved in an advantageous manner in order to detect impurities of a vaporous type in compressed gas line systems; Nevertheless, these embodiments are extremely accurate because they detect the contamination in the ppb range and can be adapted very easily to pressurized gas line systems in order to visually indicate the degree of contamination by progressing the color boundary along a preselected, calibrated linear path.
The embodiments described have the further advantage that they have a coloring layer with a preferably red dye at their input end, to which a filter layer, for example made of polyethylene filter material, is attached; the latter is arranged along the longitudinal bore. A small part of the compressed gas escapes through the elongate component at high speed and in this way escapes into the atmosphere, specifically at a preselected speed in relation to the pressure of the gas line system.
Such a high velocity flow through the elongate member causes the gas to suddenly expand at the measurement port at the entry part of the part; in this way it is caused that de; entrained oil vapor undergoes a change of state and is agglomerated into small oil droplets. In this form the liquid droplets absorb color as they continue to flow through the coloring layer. When passing through the filter layer, a sufficiently strong turbulence is generated so that the colored oil particles are deposited on the filter material; as the color boundary progresses along the elongated component from the inlet end in the direction of the outlet end, the degree of contamination is indicated to the compressed gas.
The speed at which the color boundary progresses is read on a calibrated scale in order to obtain a value for the degree of contamination.
Although the described embodiments have been described for reasons of illustration in their application to compressed gas systems in which evaporated oil is the impurity, it is easy to see that the described embodiments can also be applied to pressure gas line systems other than air pressure line systems and to impurities other than oil.