Многоступенчатый импактор Советский патент 1983 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может бы использовано в компрессйростроении, теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности для дисперсного анализа аэрозолей в га зах в широком диапазоне давлений, концентраций, температур. Известны многоступенчатые импакторы, содержащие корпус с последовательно расположенными в нем ступе нями инерционного осаждения, выполненными в виде разгонных сопел с расположенными, против них поверхнос тями осаждения. и фильтрукицей ступенью. Импактор при проведении измерений помещают в газоход,в измеряемую среду и соединяют с отсасываю-;; щим устройством. По окончании времени экспозиции, достаточного для получения необходимого количества осадка, прекращают прокачку измеряемой среды (аэрозоля) через импактор и вынимают последний из газохода для смены поверхностей осаждёния Г1 } Указанный импактор не приспособлен для измерений повышенном да лении, в агрессивных или токсичных средах. Для этого газоход и импактор должны быть герметизированы относительно окружакицей среды и снабжены комплексом устройств: устройст вом для перекрытия канала ввода из меряемой среды в импактор, которое не вносило бы погрешностей при измерениях , системой очистки {продувки; пробоотборного устройства, устройствами для плавного заполнения п лости импактора, измеряемой средой или фильтрованным газом и его опорожнения и т.д. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения запыленности газов при высоких давлениях и температурах, содержащее полый ци линдрический корпус, внутри которог последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для пр дувки, ввода и вывода газа. На корпусе закреплены входной и продувочный вентили, а на съемном стакане выходной вентиль 2j. В известном устройстве переключения, обеспечиваюи ее правильное проведение измерений при повышенном давлении,, а именно заполнение устройства исследуемым аэрозолем до давления в точке отбора пробы, продувка пробоотборного устройства, опорожнение импактора до атмосферного давления, регулирование расхода измеряеуой среды, осуществляются тремя независимыми вентилями. Кроме того, в нем отсутствует возможность быстрого перекрытия анализируемо) прЬбы аэрозоля для обеспечения коротких экспозиций с четкой фиксацией времени замера, необходимых при анализе высококонцентрированных аэрозолей. В известных устройствах затруднена разборка для замены поверхностей охлаждения, так как к разнимаемым частям присоединены жесткие (при измерении на высоких давлениях трубопроводы, которые при извлечении поверхностей осаждения приходится отсоединять. Цель изобретения - повышение точности измерений путем сведения к минимуму осаждения частиц ,на внутренних поверхностях импактора. Поставленная цель достигается тем, что многоступенчатый импактор, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа, снабжен трехходовым пробковым краном, присоединенным к каналам продувки, ввода аэрозоля и соплу первой ступени импактора, при этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени имрактора. С целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессрв в полости импактора канал вывода газа снабжен электроманитным клапаном, управляемым трехходовым краном. На фиг. 1 показан .предлагаемый импактор, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3- пробка трехходового крана в положении при продувке; на фиг. - то же, при заполнении; на фиг.5 - то же, при опорожнении; на фиг.6 - то же, в положении Закрыто ; на фиг.7 - фрекционный состав масляного тумана в парах аммиака на выходе из пЬршневого.йомпрес- , сора П-165 холодильной машины (Т - на выходе из компрессора, 2 - после штатной системы очистки); на фиг.8 310фракционный состав масляного тумана на выходе из воздушного винтового компрессора бВКМ 25/8. На корпусе 1 импактора со стороны ввода измеряемой среды установлен трехходовый кран, состоящий из корпуса 2, конической пробки 3, рукоятки. kf с помощью которой производятся переклоченйя, жестко связанного с рукояткой k пальца 5, установленного перпендикулярно на рукоятке А. Канал конической пробки 3 трехходового крана в рабочем положении импактора (фиг.1) расположен на одной оси и имеет одина ковый диаметр с каналом 6 ввода измеряемой среды и соплом 7 первой ступени, ось канала пробки трехходового крана совпадает со стороной вписанног в окружность пробки трехходового крана разностороннего треугольника, а ось канала 8 продувки лежит на продогшении другой стороны этого треугольника. Пробка 3 трехходового крана фиксируется в положениях, показанных на фиг.1-6,известным способом, например -с помощью пружинного шарикового фиксатора. В цилиндрическую полость корпуса импактора вложен блок ступеней осажде ния, состоящих из корпуса 9, разгонны сопел 10 и поверхностей осаждения подложек 11, вставленных в кассеты 12 Последняя (фильтруюицая) ступень состо ит из двух аналитических фильтров 13, установленных в, крышке If корпуса им пактора, которая через прокладку 15 упорным винтом 16, ввинченным в быстросъемную скобу 17, прижимается к корпусу импактора. На крышке Н также укреплен блок ступеней осаждения. Ступени осаждения удерживаются между собой в блоке за счет трения между упругими лапками кассет 12 и корпусами 9 последующих ступеней осаждения, куда они вставлены. Между корпусами 9 ступеней осаждения имеются уплотняющие прокладки 18, зажи. усилием тарельчатой пружины 19. Канал 6 ввода измеряемой среды импактора соединен с пробоотборником 20, установленным на газоходе 21, откуда производит ся отбор анализируемой среды. На трубопроводе 22 вывода измеряемой среды из импактора установлен расходомер 23, например мерная диафрагма. Вентиль 2А служит для регулирования расхода измерямой среды через ступени бсажденмя импактора. 9 Импактор снабжен устройством, обеспечивакхцим проход измеряемой среды через ступени осаждения импактора только в положении полностью открытого канала ввода измеряемой среды, т.е. когда оси канала пробки 3 трехходового крана и канала 6 ввода измеряемой среды совпадают. Это необходимо для того, чтобы на всем тракте ввода измеряемой среды в импактор от пробоотборника 20 до разгонного сопла 7 первой ступени канал не имел уступов, резкого изменения проходного сечения и направления, где может происходить неконтролируемое осаждение аэрозольных частиц до входа в ступени осаждения. В предлагаемом устройстве это осуществлено с помощью электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе вывода измеряемой среды, управляемого электрическими контактами микропереключателя, замыкаемыми в положении многоходового крана, когда канал ввода измеряемой среды полностью открыт. Палец 5, установлеНный перпендикулярно на ручке k, жестко связанной с пробкой 3 трехходового крана, предназначен для включения микропереключателя 25, управляющего электромагнитным клапаном 26. На наружной поверхности корпуса 1 импактора смонтирован нагреватель ( холодильник ) 27, теплоизолированный от внешней среды. Трубопровод 8 продувки и трубопровод 22 вывода газа подсоединены к коллектору 28 атмосферного давления. Импактор работает следущим образом. Перед началом работы включается нагреватель ( холодильник/ 27 устанавливается равенство температур импактора и измеряемой среды, вентилем 2 устанавливается требуемый расход через Импактор. При работе на воздухе, нетоксичных и недорогих газах, коллектор 28 соединяется с атмосферой . В любом случае давление в коллекторе 28 поддерживается равным атмосферному или чуть ниже, В положении трехходового крана Оподюжнение (фиг. 5J, когда полость импактора- соединена с атмосферой (коллектором 28 атмосферного давления и давление в .импакторе равно атмосферному, импактор oткpывйeтcя для чего освобождаеГУся нажимной винт 16, снимается скоба 17 и вместе с крышкой И вынимается блок ступеней осаждения. Производитс замена Поверхностей осаждения подложек 11 и фильтров 13f затем блок ступеней осаждения вместе с крышкой 1 устанавливается на место, надевается скоба 17 и затягивается винтом 16. После этого трехходовый кран переводится в положение Продувка (фиг.. З), при этом канал пробки 3 трехходового крана соединяет Пробоотборник 20 через канал 6 ввода измеряемой среды с коллектором 28. В этом положении измеряемая среда, проходя с больцюй скоростью, благодаря малому сопротивлению канала про дувки увлекает частицы, осевшие в пробоотборнике 20, что случается при длительном нахождении в потоке аэрозоля пробоотборника в.нерабочем состоянии, т.е. когда через негО(1е проходит аэрозоль. В этом случае частицы, обладающие достаточной инер цией, влетают в пробоотборник и, по теряв скорость в неподвижной среде внутри него оседают на его стенки. Таким образом, в пробоотборнике со временем может накопиться много осад ка, который при измерениях увлекается потоком измеряемой среды по каналу 6 ввода газа в импактор и оЪедае на поверхности осаждения (подложке) первой ступени, внося существенную погрешность в результат измерений. Далее трехходовый кран переводится в положение Заполнение (фиг. ), при котором полость импактораJмeдленно заполняется измеряемой средой .4ер(з узкую щель, образующуюся при неполном совмещении осей канала пробки ,3 трехходового крана и канала 6 ввода из . , .. .- . меряемой среды. Необходимость медлен 4ОГО заполнения импактора объясняется тем, что при повы1ченном давле нии измеряемой среды в месте отбора пробы и атмосферном давлении в полости импактора в начальный момент скорость газа в соплах ступеней импактора может достигать больших значений, вплотьдо скорости звука, что приведет к порче поверхностей осаждения и разрыву фильтров фильтру

ющей ступени.

После того, как давление ;импакторе сравняется с давлением в месте отбора пробы, трехходовый кран переводится в положение Измерение 55 (фиг. 1. В этом положении ось канала 3 трехходового крана совпадает с осью канала 6 ввода измеряемой среды

В импакторе предлагаемой конструкции повышение точности измерений достигается за счет того, что трехходовый кран имНактора перед началом измерений обеспечивает;операцию продувки С очистки7 пробоотборных каналов от скопившихся аэрозольных час-, тиц, а электромагнитный клапай, от(канал полностью открыт), палец 5 ручки трехходового крана нажимает (надвигается на кнопку микропереключателя 25, электрические контакты которого замыкают цепь питания электром гнитного клапана 2б, и он открывается. Эти же контакты могут включать электросекундомер (не показан. Измеряемая среда { аэрозоль проходит через, пробоотборник 20, канал 6 и канал пробки 3 трехходового крана, разгонное сопло 7 первой ступени, ударяется о поверхность осаждения первой ступени, где осаждаются наиболее крупные частицы, поступает в разгонное сопло второй ступени, на .подложке которой осаждаются более мелкие частицы, аналогично проходит последовательно все ступени осааденияимпак тора, размер разгонных сопел в которых уменьшается от ступени к ступени, проходит фильтруюи ую ступень, на фильтрах 13 которой осаждаются оставшиеся наиболее мелкие частицы. Лалее чистый газ по трубопроводу 22 ввода газа через расходомер 23, регулировочный вентиль 2k и электромагнитный клапан 26 сбрасывается в коллектор 28 или в атмосферу. По истечении времени, необходимого для накопления на поверхности осаждения ступеней и На фильтрах количества осадка, достаточного для анализа fнапример, взвешиванием), трехходовый кран переводится в положение Опорожнение (фиг. 5, при этом палец 5 ручки трехходового, крана освобождает кнопку микропереключателя 25, цепь питания электромагнитного клапана 26 размыкается, и он закрывается, секундомер отключается, р положении Опорожнение полость импактора соединена с коллек- тором 28 {или атмосферой через узкую , образованную частичным перекрытием канала пробки 3 трехходового крана, идавление вимпакторе плавно eiизбежание разрыва фильтрой снижается до атмосферного. После этого импактор открывается для смены подложек и фильтров описанным выше спосооом. крывакйцийся в положении трехходового крана, соответствующего полному отк тию канала ввода газа, исключает переходные аэродинамические процессы в полости импактора, связан-ные с непостоянством скорости в соплах измерительных ступеней, и четко фиксирует начало и,конец экспозиции (время накопления осадка на поверхностях осаждения 7, это позволяет осуществлять экспозиции любой продол жительности, в том числе и короткие что необходимо при измерении.высококонцентрированных аэрозолей. Применение вместо электромагнитного клапана, время срабатывания ко торого составляет сотые доли секунды обычного запорного вентиля приводит к тому, что во время закрытия (откры тия)вентиля, которое обычно составляет несколько секунд, скорость прохождения аэрозоля в соплах импактора меняется от нуля до номинальной. Известно, что размер осаждаемых частиц на ступени импактора зависит от скорости аэрозоля в сопле и определяется для каждой ступени импактора расчетом или тарировкой для вполне определенной скорости в сопле Следовательно, в течение всего времени открытия и закрытия вентиля происходит неконтролируемый процесс осаждения на ступенях импактора, оценить который трудно, а часто и невозможно. В большинстве случаев время экспозиции соизмеримо с вре менам открытия и закрытия вентилей, что приводит к ошибкам измерения ; Лйсперсиого состава аэрозолей. Так, .для измерения фракционного состава масляного тумана с концентрацией 5 7 г/м необходима экспозиция 1020 с. В0емя открытия вентиля 3с. Таким образом, 6 с уходит на открыти и закрытие вентиля, т.е. 30-60% времени экспозиции неконтролируемое-осаждение, что приводит к ошибке измерения размера частиц, осаждаемых на ступенях импактора, на 50100. При изяерении фракционного состав масляного тумана на выходе из поршне вого компрессора холодильной машины П-1б5(фиг. 7) ймпактором, конструкция которого аналогична предлагаемой, только вместо электромагнитного клапана использован пробковый кран, более быстродействующий, чем запорны вентиль, разброс измерений составляе 9 20-30 (время экспозиции составляло 60-120 с, концентрация 0,6-1,5 , а при измерении фракционного состава масляного тумана на выходе из воздушного маслозаполненного компрессора бКВМ 25/8 (( фиг.. 87 предлагаемым импа; ктбром разброс и.змеренийсоставляет не более ± 5. время экспозиции составляло 20 - 60 с, а концентрация 3-5 г/м . Кроме того, применение трехходового крана пробковогр типа, выполненного в корпусе импактора, позволило сократить длину каналов ввода измеряемой среды и выполнить их прямолинейными, постоянного сечения, без уступов, НТО снижает вероятность осаждения частиц до измерительных ступеней, за счет чего также повышается точность измерений. Оперативность измерений ймпактором предлагаемой конструкции достигается тем, что все коммуникации подсоединены к неразборному корпусу импа ктрра, а блок ступеней осаждения сйэнтироваТ на легкосъемной крышке, вследствие чего замена поверхностей осаждения ( подлсяиек ) осуществляется легко и быстро. Для этого достаточно ослабить зажимной винт, удалить скобу и снять крышку импактора вместе с блоком ступеней осаждения, при этом не требуется отсоединять трубопроводы, как в прототипе. Замену подложек и фильтровав лпгкоразборном блоке ступеней осаждения импактора предлагаемой конструкции -чожно производить в любом удобном месте. Наличие только одного управляющего органа трехходового крана также сокращает время измерения и упрЪщает работу с ймпактором. Надежность проведения измерений обеспечивается тем, что конструкция трехходового крана исключает возможность нарушения последовательности переключений и все переключения в необходимой последовательности происходят за один оборот трехходового крана, имеющего фиксацию в необходимых положениях, а также тем, чтопре-. дусмотренные конструкцией трехходового крана операции плавного заполнения и опор(ажнения полости импактора исключают возможность разрывов фильтра фильтрующей ступени импактора и порчу ос1дительных поверхностей Еысокоскоростным потоком газа. Базопасность проведения измерений обеспечивается тем, что в конструкции .импактора предусмотрено снижение дав/1ения вполости импактбрадо ат-. .мосферного перед«вскрытием импактора для замены осадительных элементов. Расширение области применения импактора достигается за счет того, что.конструкция трехходового крана импактора обеспечивает операции продувки, заполнения, опорожнения в определенной последовательности, что дает возможность проводить измерения- при высоких давлениях (от лесят109 ков атмосфер. Герметичность импак тора и его соединения с измеряемой средой относительно окружаюи1ей среды Дает возможность измерять агрессивные и токсичные газы, что значительно расширяет область применения импактора предлагаемой конструкции. Таким образом, предлагаемая конструкция Позволяет надежно производить замеры параметров аэрозоля при высоких давлениях, повысить оперативность, точность измерений, упростить процесс измерений. г.1 .2

Г. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ИНПАКТОР, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму осаждений частиц I на внутренних поверхностях импактора, он снабжен трехходовым пробковым кра ном, присоединенным к ка|Налам продувки, ввода аэрозоля и соплу первой ступени импактора, при этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени импактора. 2. Импактор по п.1, о т л и ч аю щ .и -и с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессов в полости импактора, канал вывода газа снабжен электромагнитным клапаном, управляемым трехходовым краном.

фиг,5

.

Фиг.5

uz.f

9 t f S 7 99 Iff iff

fHtM

Фи,7