Импактор Советский патент 1983 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к научньам исследованиям по физике облаков и загрязнению атмосферы, а точнее к устройствам для взятия проб аэ-. роэолей в чистой атмосфере, и может быть использовано для изучения облако- и осадкообразования и процессов самоочищения атмосферы от . загрязняющих веществ.

Известен заборник грубодисперсных аэрозолей,, представляющих собой пластинку, покрытую липкой смазкой, выставляемую за борт самолета перпендикулярно потоку воздуха. Мелкие аэрозольные частицы, двигаясь по линиям тока воздуха, обтекают пластинку, а крупные, подчиняясь закону инерции, движутся более прямолинейно и осаждаются на нее. Чем больше масса аэрозольных частиц, тем с большей эффективностью они осаждаются. Эффективность осаждения зависит также от размерор пластинки и скорости потока воздуха ij .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импактор, содержащий обтекаемый корпус с заборным соплом и установленные в нем ступени инерционногр осаждения частиц, включающие разгойные сопла.И поверхности осаждения 2 .

Однако известные устройства имеют недостаточную точность опреелеция дисперсности аэрозоля. Этот недостаток .обусловлен тем, что в импакторах осаждаются как крупные, ак и мелкие частицы. Однако концентрации тех и других частиц не динаковы: больших - очень мало, мелких - на 3-4 порядка величины больше. Поэтому плотность осадка, , а следовательно и точность определения концентрации частиц на уловителях разных каскадов будут не одинаковы. Для сближения концентрации частиц различного размера на разных уловителях - каскадах импактора необходимо через сопла каскадов пропускать различные объемы воздуха, а этого известные устройства не обеспечивают.

Целью изобретения является повышение точности определения дисперсности аэрозоля путем обеспечения возможности увеличения исследуемого объема воздуха, проходящего через заборное сопло импактора при сохранении изокинетичности пробоотборника... :

Указанная цель достигается тем, что в импакторе, содержащем обтекаемый корпус с заборным соплом и каскадно установленные в нем ступени инерционного осаждения частиц, включающие разгонные сопла и поверхности осаждения, в корпусе с области первого, каскада выполнено.

по меньшей мере, одно отверстие, расположенное в плоскости миделевого сечения корпуса.

Кроме того, отверстия выполнены с суммарным сечением, равным сечен заборного сопла.

Причем, с целью расширения функциональных возможностей, заборное сопло выполнено сменным, а отверстия - с возможностью изменения их сечения.

На фиг. 1 изображен предлагаемый импактор;.на фиг. 2 - отверсти расположенное в плоскости миделевого сечения корпуса; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2.

Импактор содержит обтекаемый корпус 1, заборный патрубок 2, одновременно являющийся разгоннЕФ соплом первого каскада, разгонные сопла 3 и 4 для второго и третьего каскадов инерционного осаждения соответственно поверхностей осаждения аэрозолей 5, б и 7 в виде отполированных металлических дисков, насаженных на вал .8/ приводимый во вращение электродвигателем 9. Разгонные сопла смещены относительно центров поверхностей осаждения. Ширина заборного патрубка 2 и сопел 3 и 4 последовательно уменьшается. Тонкостенный патрубок 2 вста лен в оправку 10, ввинчивающуюся в корпус 1. Высокоэффективный фильтр 11 является четвертой ступенью осадения аэрозолей. Отсос протягиваемого аэрозоля осуществляется через патрубок 12. В зоне первой ступени в корпусе 1 импак-тора расположены два диаметрально противоположных круглых отверстия 13, необходи «1ых для увеличения объемного расхода воздуха через заборный патрубок 2 первой ступени о.саждения по сравнению с последующими. Отверстия 13 вьшолнёны в месте перехода профили корпуса 1 к . Суммарно сечение отверстий 13 равно сечению входного патрубка 2.

При изменении режима отбора аэрозолей, связанного с изменением скорости набегакяцего потока, величину сечения отверстий 13 изменяют устанавливая ее в соответствии с сечением заборного сопла. Для этой цели служс1Т, например, заслонки 14 каждая из 1 оторых снабжена уплотнителем 15 и перемидается штоком 16 по направляющим пазам 17.

Импактор работает следующим образом.

Обтекаемый корпус 1 импактора выставляется за борт самолета. Исследуемый воздух изокинети 1ески, т.е. со. скоростью, равной скорости движения самолета, проходит через заборный патрубок 2 и ударяется 6

перпендикулярно расположенную поверхность осаждения аэрозолей 5. Самые крупные аэрозольные -частицы осаждаются на полированную поверхность диска, а более мелкие уносятся воздушным потоком дальше.. Воздушный поток, отразившись от поверхности осаждения аэрозолей 5, разделяется на две части: одна выходит через отверстия 13 наружу, а вторая попадает на последующие каскады импактора, где осаждение частиц .по фракциям продолжается до полного обеспыливания после прохождения фильтра 11.

Как известно, давление движущегося потока воздуха Р имеет две составляющие: статическое давление Pg равное давлению окружающего воздуха и динамическое Р , обусловленное динамическим напором его движения.

р-р,,.,,.р,

где р - плотность воздуха;

V - его скорость относительно игОтактора (самолета) .

Pj. равномерно во всех точках воздушного потока. Prf максимально в направлении движения импактора (в его лобовой части) и уменьшается до нуля в точках перегиба его корпуса к сужению и меньше нуля в тыловой части корпуса. Если соединить втнутреннюю полость первого каскада с какой-либо точкой внешней поверхности корпуса, то,давления между ними выровняются. Изменяя местоположение этой точки, можно изменять давление внутри компаратора, а следовательно и скорость протяжки во духа через заборный патрубок 2 импактора .

Таким образом, отверстие с сечен1еМ, равным сечению входного патрубк 2 в области миделевого сечения корпуса импактора, позволяет сбрасывать часть воздушного потока, прошедшего исследование на первом каскаде, наружу и, тем самьм, автоматически поддерживать скорость пробортбора изокинетической. Остальная часть воздуха проходит дальнейшее исследование на последующих каскадах путем принуднтельнрго протгивания вакуумным насосом через патрубок 12. При этом самые крупные частицы число- которых невелико осаждаются из большего объема, а

;мелкие - из меньшего. Объем исследо ванного воздуха на первом каскаде определяется сечением заборного .патрубка и скоростью самолета а на последующих каскадах - сечением 5 последнего сопла и производительностью насоса. Отношение объемов воздуха, вышедшего через отверстия 13 и прошедшего последний каскад импактора, может быть различным в

10 зависимости от сечения заборного сопла,- скорости самолета и объема воздуха, проходящего последний каскад. При заборе проб на самолете устанавливается широкий заборньЛ

5 патрубок 2f а при работе на земЛе ввинчивается узкий патрубок 2 (рассчитывается по расходу воздуха через сопло 4), при этом отверстия 13 герметично закрываются заслонQ ками 14i

Применение импактора с отверстиями в области миделевого корпуса, соединенными с внутренней полостью первого каскада, позволяет значи5 тельно повысить точность измерения концентрации самых крупных (гигантских и сверхгигантских) аэрозольных частиц, играющих очень важную роль в физике атмосферы (процессы д самоочищения, образования тумана, облаков, осадков, града, гололеда), которая зависит от отношения размера первоначально использованного ч заборного сопла DO к размеру сменных Di , гдеО DQ.

Расположение отверстий в миделевом сечении корпуса импактора позволяет автоматически поддерживать изокинетичность пробоотбора, что значительно влияет на точность из0 мерения концентрации частиц во всем диапазоне размеров и приводит к уменьшению погрешности в З-б раз.

Возможность герметизации отвер5 стий 13 позволяет проводить забор аэрозольных проб не только на самолете, но и в стационарных условиях на земле, а смена заборного патруб- . I ка 2 и изменение сечения отверстий Qt 13 делает возможным использование импактора на различных типах летательных аппаратов, т.е. существенно расширяется облает применения им-, пактора, который становится универсальным исследовательским прибором.

17 A Фиг. г / . X у

Фа&.З

1. ИМПАКТОР, содержащий обтекаемый корпус с заборным сопло и каскадно установленные в нем сту , пени инерционного осаждения частиц включающие разгонные сопла и повер ности осаждения, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения дисперсности аэрозоля путем увеличения исследуемого объема воедухаt проходящего через заборное сопло импактора, в его корпусе в области первого каскада выполнено, по мень&ей мере, одно отверстие/ расположенное в плоскости миделевого сечения корпуса.. 2.Импактор по п. 1, отличающийся тем, что отверстия выполнены с суммарным сечением, равным сечению заборного сопла. 3.Импактор по пп. 1 и 2, о т личанэщийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заборное сопло выполнено сменным, а отверстия - с возг можностью изменения их сечения.