УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ АЭРОЗОЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01N15/02 G01N15/14 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к наземным средствам термостатирования космических объектов при подготовке их к пуску на стартовых комплексах в любое время года, когда в зависимости от температуры окружающей среды возникает необходимость в очистке, осушке, нагреве или охлаждении термостатирующего воздуха. Термостатирование космических объектов производится потоком воздуха окружающей среды, подаваемым в космический объект с требуемыми величинами давления, расхода, температуры, влажности и чистоты.

Для обеспечения требуемого уровня чистоты воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения твердыми частицами используются специальные блоки фильтрации воздуха, входящие в состав систем термостатирования.

Известно устройство для очистки воздуха окружающей среды по авторскому свидетельству SU №179275, МПК G01N 15/02, в котором используются масляные самоочищающиеся фильтры типа ФШ, в которых поверхность сепарации твердых частиц смачивается маслом с целью увеличения силы поверхностного натяжения для улучшения условий удержания твердых частиц из потока воздуха, при этом толщина пленки масла составляет от 20 до 40 мк.

Недостатком этого устройства при использовании в системах термостатирования космических объектов является попадание капель и паров масла в термостатирующий воздух при прохождении его через масляную пленку. Подача термостатирующего воздуха с парами масла в космические объекты недопустима. Использование для отделения масла из продукционного воздуха специальных влагомаслоотделителей, например, по авторскому свидетельству SU №278004, МПК G01N 15/00, 15/02 обеспечивает полное удаление капель масла, но не гарантирует полного удаления из него паров масла.

Известно также устройство по авторскому свидетельству SU №167744, МПК G01N 15/00, в котором для очистки воздуха окружающей среды используются рулонные волокнистые фильтры типа ФРУ, ФРП и ФРС, в которых твердые частицы улавливаются в результате механизмов диффузии и касания твердых частиц, задерживающихся в густом переплетении тонких волокон фильтрующего материала.

Недостатками таких устройств являются:

- быстрое загрязнение фильтрующего материала и необходимость его перематывания между двумя катушками, располагаемыми внизу и вверху устройства;

- катушки с фильтрующим материалом являются элементами разового использования, неудобны в эксплуатации, т.к. для их замены необходимо отключать систему термостатирования, и имеют высокую стоимость;

- в устройствах отсутствуют средства для контроля чистоты воздуха после фильтрующего материала, определения степени загрязнения материала и момента израсходования фильтрующего материала на чистой катушке, что требует постоянного контроля обслуживающего персонала за работой устройства;

- унос отдельных волокон из фильтрующего материала в продукционный воздух, подаваемый в систему термостатирования, что может привести к попаданию их в термостатируемый космический аппарат;

- для улавливания этих волокон после рулонного фильтра небходимо устанавливать дополнительное устройство рециркуляционного типа, например, по авторскому свидетельству SU №314042, МПК G01N 15/00, что усложняет эксплуатацию системы и уменьшает производительность воздуходувки, используемой для забора воздуха из окружающей среды и подачи его в космический аппарат, ввиду значительного газодинамического сопротивления рециркуляционных аппаратов, приводящего к увеличению разрежения воздуха на всасывании воздуходувки или вентилятора.

Проведенные патентные исследования показали, что по технической сущности наиболее близким к техническому решению в предлагаемой заявке на изобретение является блок фильтрации воздуха 11Г353-6.Сб02 на базе ячейковых фильтров типа ФяВБ («Фильтры воздушные, пылеуловители», каталог оборудования НПП «Фолтер», г.Москва, выпуск 4, август 2003 г.), использованный в системе термостатирования 11Г353-6 и разработанный ФГУП «КБОМ» (Руководство по эксплуатации системы 11Г353-6 РЭ, г.Москва, ФГУП «КБОМ», 2007 г.), который выбран в качестве прототипа предлагаемого устройства. Чертеж блока фильтрации воздуха 11Г353-6. Сб02 приведен на Фиг.1.

Воздух окружающей среды через заборное устройство 1 и сетчатый фильтр 2, предохраняющий от попадания крупных твердых частиц (более 0,5 мм) в приемную камеру 3, поступает из нее в блок тонкой (не более 10 мкм), фильтрации воздуха 4, состоящий из набора быстросъемных ячейковых фильтров, количество которых определяется производительностью системы термостатирования по расходу воздуха. Каждый ячейковый фильтр состоит из корпуса, крышки и уложенных между ними 12 гофрированнных винипластовых сеток, перфорированных пленками, при этом гофры укладываются перпендикулярно друг другу. При очистке воздуха сетки не разрушаются и не загрязняют частицами винипласта термостатирующий воздух, который поступает в чистовую камеру 5 и далее по трубопроводу 6 в воздуходувку системы термостатирования. Датчик перепада давления 7 на блоке ячейковых фильтров, соединенный с приемной камерой импульсным тубопроводом 8, а с чистовой камерой - импульсным трубопровом 9, питается постоянным током от блока питания 10 через кабель связи 11. Электроразъем датчика перепада давления 7 предназначен для подсоединения к нему мультиметра, имеющегося в ЗИПе системы термостатирования, с целью измерения величины силы тока, выдаваемого датчиком перепада давления при работе воздуходувки системы термостатирования. По измеренной величине силы тока обслуживающий персонал определяет величину газодинамического сопротивления блока ячейковых фильтров в Па в соответствии с графиком зависимости Δр=f(I), приведенном на Фиг.1. Например, при силе тока I=10 mA, сопротивление блока ячейковых фильтров Δр=80 Па. Допускаемое сопротивление блока, при котором воздуходувка системы термостатирования обеспечивает требуемую производительность по расходу Δр^доп.=200 Па. Если Δр становится больше Δр^доп., то необходима замена всех ячейковых фильтров на новые из ЗИПа системы термостатирования. Загрязненные фильтры регенерируют в специальной ванне с водой, нагретой до температуры 50±2°С, по технологии, изложенной в разделе 3.4 11Г353-6 РЭ, после регенерации фильтры готовы к дальнейшему использованию.

Недостатками указанного блока фильтрации воздуха является отсутствие возможности:

- постоянного наглядного контроля за величиной газодинамического сопротивления блока ячейковых фильтров, что может привести к уменьшению производительности системы термостатирования по расходу воздуха и несвоевременной замене загрязненных фильтров;

- контроля эффективности работы блока фильтров по количеству твердых частиц в воздухе приемной и чистовой камер, т.к. для их определения необходимо входить в камеры вместе со счетчиком аэрозольных частиц и там производить измерение количества твердых частиц;

- дистанционного контроля за состоянием блока фильтрации воздуха по его газодинамическому сопротивлению и количеству твердых частиц в очищенном воздухе с дистанционного пульта управления, что снижает надежность работы системы термостатирования в период заправки ракетоносителя и стоянки заправленного ракетоносителя, т.к. в это время доступ обслуживающего персонала к месту установки блока фильтрации воздуха не допустим по требованиям техники безопасности.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности функционирования блока фильтрации воздуха и всей системы термостатирования, в которую он входит, и улучшение условий и безопасности работы обслуживающего персонала путем введения постоянного дистанционного мониторинга за параметрами работы блока фильтрации: газодинамическим сопротивлением и степенью очистки воздуха по количеству твердых частиц после блока фильтрации.

Решение поставленной задачи в предлагаемом устройстве очистки воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения, содержащем заборное устройство, сетчатый фильтр, приемную камеру, блок ячейковых фильтров, чистовую камеру, датчик перепада давления, соединенный импульсными трубопроводами с приемной и чистовой камерами, и кабелем связи с блоком питания, обеспечивается тем, что оно дополнительно снабжено электронным устройством для пересчета величины электрического сигнала от датчика перепада давления на блоке ячейковых фильтров в величину газодинамического сопротивления блока, соединенным кабелями связи с датчиком перепада давления и блоком питания, счетчиком аэрозольных частиц, соединенным трубопроводами отбора проб с приемной и чистовой камерами, и компьютером для отработки и индикации результатов измерений, соединенным кабелями связи с электронным устройством и счетчиком аэрозольных частиц.

Сравнительный анализ признаков известных технических решений, содержащихся в рассмотренных аналогах, прототипе и предлагаемом устройстве, показал, что заявляемая совокупность признаков предлагаемого устройства для очистки воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, приведенным на Фиг.2. Устройство для очистки воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения содержит заборное устройство 1, соединенное через сетчатый фильтр 2 с приемной камерой 3, в которой установлен блок ячейковых фильтров 4, чистовую камеру 5 и трубопровод 6 подачи очищенного воздуха к воздуходувке системы термостатирования. Кроме того, в состав устройства входят датчик перепада давления 7, соединенный импульсными трубопроводами 8 и 9 соответственно с приемной и чистовой камерами, а кабелем связи 10 с блоком питания 11, счетчик аэрозольных частиц 12, соединенный трубопроводами отбора проб 13 и 14 соответственно с приемной и чистовой камерами, электронное устройство 15 для автоматического пересчета величины электрического сигнала от датчика перепада давления 7 на блоке ячейковых фильтров в величину газодинамического сопротивления блока фильтров, соединенное кабелем связи 16 с электроразъемом датчика перепада давления 7, а кабелем связи 17 - с блоком питания 11, и компьютер 18, соединенный кабелем связи 19 с электронным устройством 15, а кабелем связи 20 - со счетчиком аэрозольных частиц 12. Блок питания 11, счетчик аэрозольных частиц 12 и компьютер 18 питаются электрическим током от сети 220 В, 50 герц.

Работа устройства начинается с момента установки ракетоносителя на пусковое устройство и включения воздуходувки системы термостатирования. Воздух окружающей среды засасывается воздуходувкой через заборное устройство 1 и сетчатый фильтр 2, в котором очищается от твердых частиц размером более 0,5 мм при помощи двух металлических сеток, имеющих отверстие ячеек 0,5±0,1 мм, и поступает в приемную камеру 3. Дальнейшая очистка воздуха от твердых частиц размером более 0,5 мкм производится в блоке ячейковых фильтров 4, из которого очищенный воздух поступает в чистовую камеру 5 и далее по трубопроводу 6 в воздуходувку системы термостатирования. Одновременно начинают функционировать датчик перепада давления 7 и электронное устройство 15, в результате на экране портативного компьютера 18 индицируется величина газодинамического сопротивления блока фильтрации, по которой обслуживающий персонал следит за работоспособностью блока. Счетчик аэрозольных частиц 12 включается дистанционно периодически для измерения количества твердых частиц в приемной и чистовой камерах. Качество очистки воздуха оценивается по количеству твердых частиц размером более 0,5 мкм и более 5 мкм и определяется возможность дальнейшей работы блока фильтрации без регенерации ячеек.

В результате предлагаемое устройство для очистки атмосферного воздуха от аэрозольного загрязнения благодаря совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, обеспечивает постоянный мониторинг качества и степени очистки воздуха по результатам измерения газодинамического сопротивления блока ячейковых фильтров и количества твердых частиц размером более 0,5 мкм и более 5 мкм в чистовой камере, что обеспечивает высокую эффективность процесса очистки воздуха, повышает надежность системы термостатирования и значительно улучшает условия работы обслуживающего персонала системы термостатирования.

Предлагаемое устройство намечается использовать как в существующих системах термостатирования космических аппаратов, запускаемых ракетоносителями «Союз», «Союз-2» и «Протон», так и во вновь создаваемых системах термостатирования для стартовых комплексов «Плесецк» и «Байтерек» для ракетоносителей типа «Ангара», а также для перспективного стартового комплекса «Космодром Восточный».

Предлагаемое устройство для очистки воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения относится к ракетно-космической технике, в частности к наземным средствам термостатирования космических объектов при подготовке их к пуску на стартовых комплексах. Устройство содержит заборное устройство воздуха окружающей среды, сетчатый фильтр, приемную камеру. Также устройство содержит чистовую камеру. Между приемной и чистовой камерами установлен блок ячейковых фильтров. Кроме того, устройство содержит датчик перепада давления между указанными камерами и электронным устройством. Также в устройстве предусмотрен счетчик аэрозольных частиц, соединенный с приемной и чистовой камерами трубопроводами отбора проб. При этом счетчик аэрозольных частиц кабелями связи соединен с портативным компьютером для дистанционной индикации результатов измерения количества твердых частиц требуемых размеров. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эксплуатационных характеристик средств очистки воздуха в системах термостатирования. 2 ил.

Устройство для очистки воздуха окружающей среды от аэрозольного загрязнения, содержащее заборное устройство, сетчатый фильтр, приемную камеру, блок ячейковых фильтров, чистовую камеру, датчик перепада давления, соединенный импульсными трубопроводами с приемной и чистовой камерами, а кабелем связи - с блоком питания, отличающееся тем, что оно снабжено электронным устройством для пересчета величины электрического сигнала от датчика перепада давления на блоке ячейковых фильтров в величину газодинамического сопротивления блока ячейковых фильтров, соединенным кабелями связи с датчиком перепада давления и блоком питания, счетчиком аэрозольных частиц, соединенным трубопроводами отбора проб с приемной и чистовой камерами, и компьютером, соединенным кабелями связи с электронным устройством и счетчиком аэрозольных частиц.