CN110870989A - 一种实现动态真空脱气的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现动态真空脱气的装置及其使用方法，包括一五通连接管路、四个两通电磁阀、脱气气缸及被动气缸，两通电磁阀为两位通结构；五通连接管路中其中四个通路为与四个两通电磁阀的四个进出油管分别连接，五通连接管路另一个通路经连通管与脱气气缸的进出油口连通；所述脱气气缸还包括一个样气出口，脱气气缸的伸缩杆由驱动装置驱动伸缩，脱气气缸上具有控制伸缩杆移动的限位开关；被动气缸的进出油口经一油路连接管与其中一个两通电磁阀连通，本发明检测油通过驱动装置与脱气气缸的精准配合，可以实现精准定量，通过检测油在脱气气缸、被动气缸之间来回的动作能够提升气体的逸散速率、脱离效率，实现极高的脱气效率。

Description

一种实现动态真空脱气的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种实现动态真空脱气的装置及其使用方法，尤其涉及一种应用于变电站气相油色谱在线监测设备的变压器油中溶解特征气体分离装置。

背景技术

油气分离装置是气相色谱仪中的前导性核心部件，通过油分离操作可实现油中溶解气体从油中脱离出来。油气分离的脱气率及一致性对于提升食品分析的准确性及稳定性有着极为重要的意义，其广泛应用于变电站油色谱在线监测设备中。目前，在线监测装置实现油气分离方式主要有两种：真空泵实现真空环境的真空脱气法及循环油泵或齿轮活塞泵实现的顶空脱气法。真空泵实现真空环境的真空脱气法，脱气效率较高，但由于整个脱气用腔体内均为负压状态，因此需要进行补气才能保证气体收集的动作，而且所补充气体主要完成置换动作，对返回变压器的油有一定的污染，同时为保证脱气一致性，需要对补充气体实现精准控制，脱气环境温度也要求苛刻；循环油泵或齿轮活塞泵实现的顶空脱气法，脱气效率较低，且整个脱气过程中用油量较大，脱气一致性需要通过增加多级控制元件实现，整体复杂性高。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的气相色谱仪中油气分离装置对环境温度要求苛刻，整体复杂性高。

本发明的具体实施方案是：一种实现动态真空脱气的装置，包括一五通连接管路、四个两通电磁阀、脱气气缸及被动气缸，所述两通电磁阀为两位通结构；

所述五通连接管路中其中四个通路为与四个两通电磁阀的四个进出油管分别连接，五通连接管路另一个通路经连通管与脱气气缸的进出油口连通；

所述脱气气缸还包括一个样气出口，一个呼吸口，所述脱气气缸的伸缩杆由驱动装置驱动沿轴向伸缩，所述脱气气缸上具有控制伸缩杆移动的限位开关；

所述被动气缸具有一进出油口及一呼吸口，所述被动气缸的进出油口经一油路连接管与其中一个两通电磁阀连通。

进一步的，所述驱动装置为电缸，所述电缸的伸缩端与脱气气缸的伸缩端同轴固定连接。

进一步的，所述脱气气缸为气液两用气缸，脱气气缸的样气出口与进出油口通过脱气气缸内部空间为相通状态，两个口分布在气缸的两个面上，呼吸口与气出口及进出油口不连通。

进一步的，所述脱气气缸中，内部活塞设有设置有耐油密封圈，另有磁性环形材料，顶部卡槽上设置的限位开关为磁性检测开关，即检测气缸内部活塞磁性环的位置实现感应。

进一步的，所述五通连接管路的五个通路通过五通连接管路的中心腔体互相连通，所有进出管内部通径为2mm。

进一步的，所述电磁阀为直流直动式，其结构为两位两通式，通电状态下，电磁阀两端的接口导通。

进一步的，所述油路连接管为不锈钢无缝钢管，内部通径为2mm。

进一步的，所述的油气分离装置，其特征在于：所述被动气缸，内部容量为25mL,外部无驱动力。

本发明还包括一种使用如上所述实现动态真空脱气的装置的方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

（1） 将五通连接管路、四个两通电磁阀、脱气气缸及被动气缸连接，电缸与脱气气缸的伸缩端连接，在脱气气缸上设置三个位置的限位开关，其中限位开关S001设置为气缸初始位置，即零位置，限位开关S002设置为气缸定量位置，限位开关S003设置为气缸最大位置；

（2）脱气气缸上呼吸口为气缸伸缩动作时进排气作用，样气出口作为脱气气缸脱出样气的出口，样气出口处设置有后级样气收集腔体控制开关控制样气出口处启闭，其中至五通连接管路连接的四个两通电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；

所述第一电磁阀一端与五通连接管路连接另一端与进油管路连接作为进油阀；所述第二电磁阀一端与五通连接管路连接另一端与返油管路作为返油阀；所述第三电磁阀一端与五通连接管路连接另一端放空作为故障放空阀；所述第四电磁阀一端与五通连接管路连接另一端经油路连接管与被动气缸连通；被动气缸的呼吸口作为被动气缸伸缩动作时起排气作用；

（3）脱气过程启动时，各个电磁阀仅第一电磁阀打开，脱气气缸的伸缩端拉伸，油通过第一电磁阀进入五通连接管路，并通过五通连接管路经连通管进入脱气气缸，脱气气缸拉伸至限位开关S002设置的位置时停止，等待油样充满定量腔体后关闭第一电磁阀，电缸驱动直线运动模块做压缩动作，同时第四电磁阀打开，脱气气缸内的油液通过连通管返回五通连接管路并通过第四电磁阀进入被动气缸等待脱气气缸压缩至限位开关S001即设置的零位置时停止；

（4）关闭第四电磁阀，同时利用电缸使脱气气缸拉伸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成真空环境，之后打开第四电磁阀，被动气缸内的油液快速的经连通管进入第四电磁阀，再由第四电磁阀返回进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭第四电磁阀，并静置等待一段时间，以备溶解气体从油中逸散出来；

（5）等待时间到达则电缸驱动脱气气缸伸缩端做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩一段行程，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过样气出口打入一后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，脱气气缸伸缩端继续做压缩运动，同时打开第四电磁阀，油液通过连通管、第四电磁阀、进入被动气缸，脱气气缸运动至限位开关S001设置的零位置后停止；

（6）关闭第四电磁阀，同时利用电缸使脱气气缸拉伸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成真空环境，之后打开第四电磁阀，被动气缸内的油液快速的经连通管进入第四电磁阀，再由第四电磁阀返回进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭第四电磁阀，并静置等待一段时间，以备溶解气体从油中逸散出来；

（7） 等待时间到达则电缸驱动脱气气缸伸缩端做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩一段行程，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过A002口打入后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，直线运动模块继续做压缩运动，同时打开第二电磁阀，油液通过连通管、五通连接管路、第二电磁阀的返油管路返回油本体，检测后级样气检测模块检测；

（8）重复步骤（3）～步骤（7）过程可重复进行多次以获取更大体积的样气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所设计的实现动态真空脱气的装置，通过驱动装置带动气缸活塞杆实现直线运动，从而在气缸内部实现动态真空环境，整个过程可精准控制。所取用检测油通过驱动装置与脱气气缸的精准配合，可以实现精准定量。所用五通连接管路及连通管可定量化、其它元件如脱气气缸、电磁阀等均为标准元件，能够保证脱出气量的一致性。检测油在脱气气缸、被动气缸之间来回的动作能够提升气体的逸散速率、脱离效率，实现极高的脱气效率。

附图说明

图1是本发明的动态真空脱气装置总装图。

图2是本发明的直线运动模块图。

图3是本发明的脱气气缸图。

图4是本发明的五通连接管路图。

图5是本发明的连接管图。

图6是本发明的电磁阀图。

图7是本发明的被动气缸图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～7所示，本发明所提供的实现动态真空脱气的装置，如图1所示，包括：

四个两通电磁阀，两通电磁阀为两位两通结构；四个两通电磁阀包括电磁阀V01、电磁阀V02、电磁阀V03、电磁阀V04，

一五通连接管路T001，在该连接管路上设有：四个分别与四个电磁阀进出油口相连的四个进出油管，与脱气气缸相连的一个进出油管；

一脱气气缸CQ01，在该脱气气缸上设有：与五通连接管路T001的一个进出油管相连的进出油口，一个样气出口，一个呼吸口，一个与直线运动模块相连的伸缩杆，三个固定于气缸顶部卡槽的限位开关；

一连通管005，该连通管一端与电磁阀V04一个进出油口相连，另一端与被动气缸进出油口相连；

一被动气缸CQ02，在该被动气缸上设有与进出油管101相连的进出油口，一个呼吸口；

一直线运动模块，本实施例中的直线模块采用一个步进电机及与步进电机M001相连的丝杆构成丝杠螺母机构，此外还可以直接采用电缸进行驱动。电缸中使用的电机也为步进电机M001。

具体地，步进电机M001内部转子连接丝杆M002，丝杆M002通过滑块M003与脱气气缸CQ01的伸缩杆C001连接，滑块内具有。丝杆M002在步进电机的带动下实现限位开关S001设置为气缸初始位置，即零位置，限位开关S002设置为气缸定量位置，限位开关S003设置为气缸最大位置，三个限位开关通过自身螺丝锁定于气缸顶部卡槽上。脱气气缸上呼吸口A003为气缸伸缩动作时进排气作用，样气出口A002作为脱气气缸脱出样气的出口，脱气气缸的端口A001连接至五通连接管路T001设置的连通管005，五通连接管路设置的T001连接端口001连接管连接电磁阀V01的A1端，电磁阀V01的B1端与进油管路连接，电磁阀V01作为进油阀，连接管002连接电磁阀V02的A2端，其B2端与返油管路连接，电磁阀V02作为返油阀，连接管003连接电磁阀V03的A3端，其B3端放空，电磁阀V03作为故障放空阀，油路连接管004连接电磁阀V04的A4端。连接管101连接电磁阀V04的B4端及被动气缸CQ02的进出油口B001，被动气缸呼吸口B002作为气缸伸缩动作时进排气作用。

脱气过程启动时，直线运动模块做拉伸动作，同时电磁阀V01打开，另外几个电磁阀关闭，关闭油通过电磁代V01进入五通连接管路T001的、连通管005后进入脱气气缸，脱气气缸CQ01拉伸至限位开关S002设置的位置时停止，等待油样充满定量腔体后关闭电磁阀V01，直线运动模块做压缩动作，同时电磁阀V04打开，脱气气缸油通过连通管005管路、电磁阀V04、连接管101进入被动气缸CQ02，等待脱气气缸压缩至限位开关S001设置的零位置时，关闭电磁阀V04，直线运动模块做拉伸模块，拉动脱气气缸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成-90kPa的近真空环境，打开电磁阀V04，油快速通过连接管101、电磁阀V04、油路连接管004、连通管005进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭电磁阀V04，静置等待60s，以备溶解气体从油中逸散出来；

等待时间到达则直线运动模块做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩10mm长度，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过A002口打入后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，直线运动模块继续做压缩运动，同时打开电磁阀V04，油通过连通管005、油路连接管004、电磁阀V04、连接管101进入被动气缸，气缸运动至限位开关S001设置的零位置后停止，关闭电磁阀V04，直线运动模块做拉伸模块，拉动脱气气缸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成-90kPa的近真空环境，打开电磁阀V04，油快速通过连接管101、电磁阀V04、油路连接管004、连通管005进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭电磁阀V04，静置等待60s，以备溶解气体从油中逸散出来，等待时间到达则直线运动模块做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩10mm长度，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过A002口打入后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，直线运动模块继续做压缩运动，同时打开电磁阀V02，油通过连通管005、连接管002、电磁阀V02返回油本体，通知后级样气检测模块启动检测。上述过程可重复进行多次以获取更大体积的样气。

本发明采用整合真空脱气及振荡脱气的优点形成动态真空脱气，克服传统真空脱气及顶空脱气法的缺点；整体采用机械传动实现真空环境，整体结构简单，且全部部件均可定量化，使模块能够保证高一致性，保障模块良好互换。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，包括一五通连接管路、四个两通电磁阀、脱气气缸及被动气缸，所述两通电磁阀为两位两通结构；

所述五通连接管路中其中四个通路为与四个两通电磁阀的四个进出油管分别连接，五通连接管路另一个通路经连通管与脱气气缸的进出油口连通；

所述脱气气缸还包括一个样气出口，一个呼吸口，所述脱气气缸的伸缩杆由驱动装置驱动沿轴向伸缩，所述脱气气缸上具有控制伸缩杆移动的限位开关；

所述被动气缸具有一进出油口及一呼吸口，所述被动气缸的进出油口经一油路连接管与其中一个两通电磁阀连通。

2.根据权利要求1所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述驱动装置为电缸，所述电缸的伸缩端与脱气气缸的伸缩端同轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述脱气气缸为气液两用气缸，脱气气缸的样气出口与进出油口通过脱气气缸内部空间为相通状态，两个口分布在气缸的两个面上，呼吸口与气出口及进出油口不连通。

4.根据权利要求3所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述脱气气缸中，内部活塞设有设置有耐油密封圈，另有磁性环形材料，顶部卡槽上设置的限位开关为磁性检测开关，即检测气缸内部活塞磁性环的位置实现感应。

5.根据权利要求3所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述五通连接管路的五个通路通过五通连接管路的中心腔体互相连通，所有进出管内部通径为2mm。

6.根据权利要求1～3任一所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述电磁阀为直流直动式，其结构为两位两通式，通电状态下，电磁阀两端的接口导通。

7.根据权利要求1～3任一所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述油路连接管为不锈钢无缝钢管，内部通径为2mm。

8.根据权利要求1～3任一所述的一种实现动态真空脱气的装置，其特征在于，所述的油气分离装置，其特征在于：所述被动气缸，内部容量为25mL,外部无驱动力。

9.一种使用如权利要求2～5任一所述实现动态真空脱气的装置的方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

（1）将五通连接管路、四个两通电磁阀、脱气气缸及被动气缸连接，电缸与脱气气缸的伸缩端连接，在脱气气缸上设置三个位置的限位开关，其中限位开关S001设置为气缸初始位置，即零位置，限位开关S002设置为气缸定量位置，限位开关S003设置为气缸最大位置；

（2）脱气气缸上呼吸口为气缸伸缩动作时进排气作用，样气出口作为脱气气缸脱出样气的出口，样气出口处设置有后级样气收集腔体控制开关控制样气出口处启闭，其中至五通连接管路连接的四个两通电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；

（3）所述第一电磁阀一端与五通连接管路连接另一端与进油管路连接作为进油阀；所述第二电磁阀一端与五通连接管路连接另一端与返油管路作为返油阀；所述第三电磁阀一端与五通连接管路连接另一端放空作为故障放空阀；所述第四电磁阀一端与五通连接管路连接另一端经油路连接管与被动气缸连通；被动气缸的呼吸口作为被动气缸伸缩动作时起排气作用；

（4）脱气过程启动时，各个电磁阀仅第一电磁阀打开，脱气气缸的伸缩端拉伸，油通过第一电磁阀进入五通连接管路，并通过五通连接管路经连通管进入脱气气缸，脱气气缸拉伸至限位开关S002设置的位置时停止，等待油样充满定量腔体后关闭第一电磁阀，电缸驱动直线运动模块做压缩动作，同时第四电磁阀打开，脱气气缸内的油液通过连通管返回五通连接管路并通过第四电磁阀进入被动气缸等待脱气气缸压缩至限位开关S001即设置的零位置时停止；

关闭第四电磁阀，同时利用电缸使脱气气缸拉伸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成真空环境，之后打开第四电磁阀，被动气缸内的油液快速的经连通管进入第四电磁阀，再由第四电磁阀返回进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭第四电磁阀，并静置等待一段时间，以备溶解气体从油中逸散出来；

（5）等待时间到达则电缸驱动脱气气缸伸缩端做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩一段行程，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过样气出口打入一后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，脱气气缸伸缩端继续做压缩运动，同时打开第四电磁阀，油液通过连通管、第四电磁阀、进入被动气缸，脱气气缸运动至限位开关S001设置的零位置后停止；

（6）关闭第四电磁阀，同时利用电缸使脱气气缸拉伸至限位开关S003设置的最大位置时停止，此时脱气气缸内部形成真空环境，之后打开第四电磁阀，被动气缸内的油液快速的经连通管进入第四电磁阀，再由第四电磁阀返回进入脱气气缸，完成类振荡脱气的动作，等待被动气缸伸缩杆压缩至底部后关闭第四电磁阀，并静置等待一段时间，以备溶解气体从油中逸散出来；

（7）等待时间到达则电缸驱动脱气气缸伸缩端做压缩运动，运动至限位开关S002设置的定量位置时，再压缩一段行程，后级样气收集腔体控制开关打开，样气通过A002口打入后级样气收集腔体，后级样气收集腔体控制开关关闭，直线运动模块继续做压缩运动，同时打开第二电磁阀，油液通过连通管、五通连接管路、第二电磁阀的返油管路返回油本体，检测后级样气检测模块检测；

（8）重复步骤（3）～步骤（7）过程可重复进行多次以获取更大体积的样气。

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