Устройство для создания пылевоздушной взвеси Советский патент 1983 года по МПК G01N25/52 

Изобретение относится к исследованию пожарной опасности аэрозолей при воздействии на них различных источников теаловых импульсов и может быть использовано для определения пожаровзрывоопасных параметров порошкообразных веществ и промышлен ,ных пылей в химической, горной, метгшлургической, деревообрабатывгно щей и других отраслях промьлипенност Известно устройство для определе ния нижнего концентрационного преде ла воспламенения пыпей, содержащее систему распыления, реакционн|лй сосуд и источник поджигания С1 J. Основными недостатками устройства являются неравномерность распределения пыли в объеме реакционной камеры и .значительная длительность г по времени (0,l5-j-0,4 с), ее заполнения, большое количество пыли, остающейся в распылителе .{от 3,5 до 18%), невозможность эффективного использования любого из них для работы с пылью воцеств с широким диапазоном их весов и физических свойств, что в совокупности снижает точность экспериментов при высокой трудоемкости их выполнения. Известно также устройство для создания пылевоздушной взвеси, включавшее штуцер для подвода возду ха и выполненный заодно с фланцем для крепления с реакционной камерой цилиндрический корпус, внутри которого расположена полая, выпсзяненная заодно с фланцем, капсула с соп лом, разделенная съемной перегородкой на два объема, и радиально-стру ную диафрагму. Для подачи воздуха во внутреннюю полость цилиндра служит штуцер, а для герметизации сакюй полости заглушка. Внутри корпуса размещена полая капсула, разделенная перегоро кой (съемной сеткой) на два объема (верхний и нижний), а над соплом ка сулы установлена радиально-струннап диафрагма. Описанное устройство обеспечивает почти мгновенное (до 0,1 с) по тупление в реакционную камеру пылей исследуемых веществ при широком диа пазоне их физического состояния и весов и равномерное распределение аэрозоля.в объеме реакционной камер что значительно повышает эффективность, надежность распылителя в работе и точность определения пожаровзривропасных сзвойств различных пылей 023, Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оно не может бить иЬгюльзовано для ввода- пыли исследуемых веществ в реакционную Кс1меру сверху вниз. Обусловлено это тем, что в указа ном устройстве навеска пыли размеща ется на перегородке (съемной мелкой сетке) в верхнем объеме капсулы. Для ввода навески/в реакционную камеру под перегородку (в нижний объем капсулы), подается воздух, который, проходя через перегородку (сетку), аэрирует навеску пыли и выбрасывает ее в полость реакционной камеры. Радиально-струнная диафрагма, расположенная над соплом капсулы, обеспечивает диспергирование проходящей через нее пыли и равномерное распределение её по всему объему реакционной камеры. Но.при подводе воздуха сверху, т.е. в верхний объем капсулы, где размещена навеска пыли, выбрасывание пыли произойти не может, так как этому будет препятствовать жесткая перегородка (сетка). Тем самым ограничивав, ется область применения устройства и исключается возможность использова- , ния его достоинств. . . Кроме того, в известном устройстве нет приспособлений, исключакядих проникновение продуктов реакции и газов в полость капсулы на перегородку, где возможно скопление оседающей гЛши при взаимодействии продуктов реакции, с которой могут появляться трудно учитываемые побочные продукты разложения, влияющие на точность Экспериментов. Точность экспериментов снижаетсй также из-за того, что образующиеся в реакционной камере газы могут проникать во все другие полости распылителя и воздухоподвр дяЩие каналы, объем которых достигает 10-15% от объема реакционной камеры. Указ-анные полости не окружены терморегулирующей рубашкой охлаждения или нагревания, поэтому температура воздуха в них, зависящая от температуры стенок корпуса распылителя воздухопод вацящих каналов и внутри расположенных деталей, ,будет иной, чем температура воздуха и стенок корпуса реакционной иамеры, окруженной терморегулирующей рубашкой, в результате чего проникающие в распылитель продукты реакции будут изменять свою температуру отлично от изменения их температуры в реакционной камере. Но и в случае применения cиcтe 1Ui стабилизации температуры для всего устройства, включая и распьшитель и воздухоподводящие каналы, проникновение газов из реакционной камеры в другие, не учитываегФае при расчетах полости, приводит, за счет дополнительного расширения, к искажению результатов экспериментов, что в совокупности с охлаждением газов в указанных полостях, значительно снижает их точность. Наконец, проникновение газов и продуктов разложения исследуемых веществ в капсулу и другие полости распьшителя, вызывают необходимость производить более частую, от опыта к опыту; и более тщательную очистку всех Деталей и внутренних поверхностей от продуктов разложения и их осадков, что значительно увеличивает трудоемкость выполнения экспериментов. целью изобретения является расшй рение области применения, повышение эффективности работы. : Поставленная цель достигается. тем/ что устройство .для создания пылевоздушной взвеси, включающее штуц для подвода воздуха, фланец для крепления штуцера с реакционной камерой, цилиндрический корпус, вну ри которого располбкёна полая, выпол ненная -забд но с фланцем капсула с соплом, разделенная съемной перегрродкой на два объемами радиально- . струнную диафрагму, дополнительно ;снабжено распределительной втулкой, воздухоподводящей трубкОй, распреде лителем воздуха и диспергатором с радиально-сходящимися отверстиями, выполненньфш в стенкгос его корпуса, и с расположенным внутри него подпружиненным кольцевым клапаном, при этом капсула, снабженная отверс тиями в стенках и во фланце, расположена внутри распределительной втулки с кольцевым зазором, фланец корпуса устройства выполнен фигурным, на наружной поверхности которо го закреплен распределитель воздуха, а на внутренней - диспергатор так, что полости их сообщены медцу собой и со штуцером через сквозные отверстия, выполненные в фигурном фланце, и воздухоподводяцую трубку, .кроме того, радиально-струнная диаф рагма расположена над соплом капсулы, а перегородка установлена над радиально-струиной диафрагмой, вшюл нённой в виде двух ода1наковых дне- . ков из упругого материала, рассеченных в-центральной части .радиаль: но-сходящимися прс езямк иа лепестки незакреплённых между верхним и нижни кольцами, из которых верхнее снабже; но радиально-сходящигшся спица «1 и жестко скрепляющим их в центральной Части распределитель(ал1{ конусом,щм этом диски и верхнее кольцо сов14еще ны пежду. собой так, что лепестки вз имно перекрывают прсфези, а ошщы верхнего расположены над каждым лбпестк см в хиего диска. Причём отверстия в стенках кашсул выполне1ш радиально-сходящимися с .в ходом их в.полость капсулы с наклоиом в сторону перегсфодки, а отверс тия до фланце выполнены параллельно i оси капсулы с выходом их на ле пестки перегородки. На фиг. 1 показано устройстЬр, продольнвй разрез; на фиг. 2 - верх ВИЙ диск перегородки, вид,сверху} на фиг. 3 - нижний диск перегородки, вид сверху; на фиг. 4 - верхнее кольцо со спицами и распределительным конусом продольный разрез; на :Фиг. 5 - вид А на фиг, 4; на фиг. 6 ;перегородкаVв сборе, вид сверху. Устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1, к которому прикреплен штуцер 2. Снизу корпус 1 заканчивается фигурным фланцем 3,а сверху герметизируется крышкой 4.Внутри корпуса 1 расположена полая капсула 5, выполненная заодно с фланцем 6, в котором по кругу I равномерно распределены сквозные отверстия 7. В стеиках полой капсу(лн.З выполнены радиешьно-сходящие;ся сквозные отверстия 8 с уклоном в сторону перегородки 9 и радиаль№л& отверстия 10, диаметр которых значительно больше диаметра отверстий 8. Полет капсула 5 расположена соосио внутри распределительной втулки 11 так, что между наружной поверхностью полой капсулы и внут ренней поверхностью распределитель|ной втулки образуется узкая кольце:вая цилиндрическая полость 12. В : нижней частираспределительной втулки выполнены радиалыше отверс- , : тия 13, выходящие в расточку, обраауюеау увеличенную кольцевую полостх 14 для поступления основной массы .воздуха. В верхней части распреде:лительной втулки выполнены отверстия 15 значительно меньшего дигииютра, чем диаметр отверстий 13. Перегородка 9 состоит из верхнего кольца 16 со спицами 17 и распределительным конусом 18, пары одинаковых дисков 19 и 20 лепесткового типа и нижнего кольца 21. Фланец 6 полой капсулы и перегородка 9 жестко скреппеш между собой при помощи .болтов 2Э (показаны оси). Нижнее кольцо 21 упирается в верхний торшх 23 сопла 24. К нижнему торцу сопла жестко прикреплена радиально-струн-. ная диафрагма 25, опирающаяся на внутренний выступ 26 фигурного i фланца Kopityca устройства. К внутренней поверхности фигурного фланца при помощи винтов 27 прикреплен диспергатор 28 с фигурной торообразиой полостью 29. Внутри диспергатора расположен кольцевой клапан 30, свободно входящий в соответствующую расточку и под1тружиненный при помощи пружин 31 в сторону кольцевой расточки равной кривизны с рабочей поверхностью клапана. В Кольцевую расточку выходят отверстия 32 из полости 33 коллектора 34, корПУС которого герметично прикреплен к наружной поверхности фигурного фланца 3. В коллектора 34 выполнено отверстне 35, в котором i соосно и жестко закреплен патрубок 36. Штуцер 2 имеет отверстие 37, в котором соосно и жестко закреплен патрубок 38. Снизь между патрубками 36 и 38 осуществлена посредстве воздухопсдводящей трубки 39 с накид ными Гайками 40. Крепление.фигурного фланца 3 с фланцем 41 корпуса реакционной камеры 42 осуществлено посредством стяжных болтов 43 (пока заны оси). Между фланцами 41 и 3 ра положена герметизирующая прокладка 44. В стенках диспергатора 28 выпол нены радиально-сходяидиеся отверстия 45 малого диаметра с возможностью выхода тонких струй воздуха в сторо ну продольной оси 46 устройства. В полости капсулы 5 размещена навеска исследуемой пыли 47. На фиг. 2 пока зан верхний 19 и нижний 20 диски, установленные между верхним и нижним кольцами 16 и 21. В дксках выпо нены отверстия 48, а сами диски рас |Сечены радиально-сходящимися прорезями 49 с образованием лепестков 50 На фиг. 4 и i показано верхнее кольцо 16 с радиально-сходящимися спицами 17, жестко скрепленных в це ральной части распределительным кон сом 18, к основанию которого с помо щью винта .51 прикреплена шайба 52 из пластично-эластичного материала, В кольце 16 выполнены отверстия 53. На фиг. 6 показана перегородка в сборе (вид сверху). При совмещении отверстий 48 в верхнем 19 и ниж нем 20 дисках с отверстиями 53 в верхнем кольце 16 лепестки 50 обоих дисков взаимно перекрывают прр 49, а спицы 17 располагаются над каждым лепестком 50 верхнего диска 19. Устройство работает следующим образом. В капсулу 5 помещают порЦию иссле дуемой пылИ 47 и после герметизации корпуса 1 крышкой 4 впускают воздух через штуцер 2. Воздух, заполняя полость между распределительной втулкой 11 и корпусом 1, устремляется вниз, к отверстиям 13, и вверх к отверстиям 15 в распределительной втулке. Так как отверстия 13 больше отверстий 15, то больыая порция воздуха попадает в полость 14, из которой Воздух, прежде всего, проходит через нижнюю группу радиальносходящихся отверстий 8 в полость кап сулы и через отверстия 7 во фланце ее. Эта порция воздуха производит одновременно аэрацию исследуемой пыли 47 и давит на лепестки 50 пары дисков 19 и 20, вынумшая их раскрываться. К этому времени, проходя сначала через центральную группу и далее, черех верхнюю группу отверстий- 8, наконец в большем объеме через отверстия 10 воздух начинает выполнять основную работу по выбраа ванию навески исследуемой пыли в сопло 24, где на пути аэрированного v потока пьши расположена радиальнострунная диафрагма 25, ВЕЛголняьвдая функцию механического диспергатора и выравнивателя переднего фронта пыли по сечению сопла-.. Уже к моменту прохождения выравненного потока аэрозоля через радиально-струнную диафрагг- вступает в работу воздушный диспергатор, основное назначение которого заключается в том, чтобы подошедшую к полости действия тонких струй воздуха, -выходящих из отверстий 45, азрозоль плоским фронтом растянуть по всему поперечному сечению реакционной камеры. Воздушный диспергатор начинает действовать с некоторой задержкой по времени против . вр.емени аэрации пыли в полости капсулы и времени Рс1скрывания лепестков дисков перегородки в связи с более длинным путем прохождения воздуха по трубке; 39 и потерями времени на отжимание кольцевого клапана 30. Тем самым обеспечивается необходимая, последовательность работы устройства по эффективному созданию пылевой азрозоли и равномерному распределению ее в объеме реакционной камеры. Дозирование количества воздуха обеспечивается автоматически по заданной программе так, чтобы за короткий промежуток времени (до 0,1 с) вся навеска исследуемой пылибыла уже в полости реакционной камеры 42. К этому времени должно произойти воспламенение пыли источником зажигания. При этом ц камере поднимается давление за -счет образующихся продуктов горения .(взрыва). При малейшем превышении давления внутри реакционной камеры под давлением в любой, другой полости устройства мгновенно срабатывает кольцевой клапан 30 и возвращаются в исходное положение лепестки 50 пары дисков 19 и 20 перегородки 9. Лепестки верхнего диска 19 упираются в радиально-сходящиеся спицы 17 верхнего кольца .16;, а к ним плотно примыкают лепестки нижнего диска 20, перекрывая тем самым радиальные прорези верхнего диска. С целью исклю.чения утечки газов через щели На CTtJKe концов лепестков, последние прижимаются -к шайбе 52, на поверхности которой методом термоформирования выполнены ячейкиJв точности совпадающие с профилем сомкнутых концов лепестков. Таким образом, перегородка работает как клапан, предотвращая распространение продуктов горения в полость корпуса, где размещена капсула, и далее в воздухоподводящую систему. Такую же функцию выполняет клапан 30, предотвращая распространение газов в полость 33 коллектора и далее, через трубку 40, в полость того же корпуса с раэмеценной в ней Ксшсулвй. Тем самым обеспечивается необходимая герметизация полости реакционной камеры в момент горения и взрыва пали, что .также способствует более точной оценке параметров протекающих и сокращению времени на воспроизводство экспериментов за счет исключения необходимости частой очистки других полостей и деталей, кроме полости реакционной камеры.

Преимущества описанного устройства для создания пылевоздушной взвеси по сравнению с лучшими образцами распылителей заключаются в том что, во-гпервых, оно обладает определенной универсальностью; так как позволяет производить иссл«$дрвания пылей с широким диапазоном весов и, физических свойств (легких и тяжелых, сухих и влажных, мелко и крупно ) и, таким образом, расширяет область применения при подаче пыли в реакционную камерв сверху вниз; во-вторых, оно обеспечивает более высокую точность экспериментов за счет более равномерного распределения по объему реакционной камеры у выравнивания переднего

фронта опускаквдейся пыли на источник воспламенения, а также полного освобождения, без остатка, от на1вески исследуемой пыли капсулы за короткий промежуток времени (до

Q 0,1 с) ; в-третьих, при работе, на устройстве снижается.общая трудоемкость производства экспериментов за счет хорсяией воспроизводимости их и сокращения тем самым числа холос, тых и неудачныхопытов/; которые занимают примерно 50 продуктивного времени; в-четвертых, повыиаГется точность экспериментов за счет исключения утечек продуктов реакции и газов в другие узлы установки с,нерегулируемой их температурой за пределы полости реакционной камеры, температура корпуса которой может автоматически поддерживаться по заданной программе путем применения

5 известных технических решений (терморегулирующей рубашки и др.), как это предусмотрено.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЫЛЕВОЗДУШНОЙ ВЗВЕСИ, включающее штуцер для подвода воздуха, фланец для крепления штуцера и реакционной камеры, цилиндрический корпус, внутри которого расположена полая, выполненная заодно с фланцем капсула с соП лом, разделенная съемной перегородкой на два объема, и радиально-струнную диафрагму, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения эффективности работы, оно снабжено дополнительно распределительной втулкой, воздухоподвод ящей трубкой, распределителем воздуха и диспергатором с радиально-сходявдмися отверстиями и расположенным внутри него подпружиненным кольцевым клапаном, причем капсула снабжена отверстиями в стенках и во фланце, рас юложеиа внутри распределительной втулки С кольцевым зазором, фланец корпуса устройства выполнен фигурным, на наружной поверхности которого закреплен распределитель воздуха,а на внутренней - Диспергатор так, что ;полости их сообщены между собой и со штудером через сквозные отверстия, выполненные в фигурном фланце, и воздухоподЬодящую втулку, кроме того, радиально-струннап диафрагма расположена над соплом капсулы, перегородка установлена над ргщиально-струнной диафрагмой, выполненной в виде двух одинаковых дисков из упругого материала, рассеченных в центральной части ргщигшьно-сходя(Л щимися прорезями на лепестки и закрепленных между верхними и нижними кольцами, из которых верхнее снабжено радиально-сходящимися спицами и жестко скрепляющим их в центральной части распределительным конусом, при этом-диски и верхнее кольцо совмещена между собой так, что прорези взаимно перекрыты лепестками, а спицы верхнего кольца расположены ел над каждым лепестком верхнего диска. а 2. Устройство по П.1, о тл и .чающееся тем, что отверстия 1|В стенках капсулы выполнеии ргщиально-сходящимися с выходом их в полость 00 капсулы с пакло11ом в сторону перегородки, а отверстия во фланце виполнены параллельно оси копсули с выходами на лепестки перегородки.

Фаг. 5

f7

Фиг.6