Устройство для отбора проб аэрозолей из нестационарного газового потока Советский патент 1984 года по МПК G01N1/22 

СП

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств веществ, конкретно к получению и подготовке образцов нри исследованиях аэрозолей, и можеть быть использовано при изучении загрязнения атмосферы радиоактивными и другими компонентами загрязнения.

Известно изокинетическое устройство для отбора проб аэрозолей с постоянным расходом Еюздуха, содержащее датчик скорости потока, входную насадку с заслонкой и блок управления 1.

Недостатками устройства являются искажения на входе линий тока набегающего газового потока, вызываемые заслонкой, и большие отклонения от изокинетичности в нестационарном потоке. Это приводит к низкой представительности отбираемых проб.

Известно устройство для отбора проб аэрозолей из нестационарного газового потока, включающее входную насадку с эластичной газонепроницаемой оболочкой и переменным входным сечением, входной трубопровод с фильтром и приспособление для ориентации насадки по направлению газового потока 2.

Недостатками устройства являются относительная сложность, что снижает надежность в эксплуатации, и необхОлТимость наличия источника питания мощностью не ниже 10-20 Вт, что снижает автономность, низкая скорость реакции на изменение внешних параметров, в данном случае, на изменение направления нестационарного газового потока.

Целью изобретения является новыщение представительности пробы путем повыщения надежности в работе и обеспечения саморегулирования входного сечения с минимальной инерционностью.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб аэрозоля из нестационарного газового потока, .содержащем входную насадку с эластичной газонепроницаемой оболочкой и переменным входным сечением, входной трубопровод с фильтром и приспособление для ориентации насадки но направлению газового потока, входная насадка выполнена с боковыми щелями и снабжена стержнями, жестко соединенными с входным трубопроводом,,и каркасом, выполненным в виде дугообразных элементов и перемычки, соединенных между собой с помощью шарниров, эластичная газонепроницаемая оболочка расположена с зазором относительно каркаса и герметично закреплена по периметрам дугообразных элементов и входного трубопровода, при этом входной трубопровод снабжен направляющими, приспособление для ориентации насадки снабжено крылом, установленным соосно с трубопроводом, штангами, жестко скрепленными с крылом, и роликами, опирающимися на направляющие трубопровода, причем крыло снабжено пластиной, жестко соединенной с ним, установленной перпендикулярно оси трубопровода после входной насадки, а пластина снабжена гибкими тросами, блоками и штангами, размещенными снаружи каркаса и соединенными щарнирно с дугообразными элементами входной насадки, устройство снабжено регулятором хода пластины, укрепленным на трубопроводе соосно с ним

и расположенный за крылом.

На чертеже изображено устройство. Устройство содержит входную насадку 1 с боковыми щелями 2, состоящую из стержней 3, эластичной газонепроницаемой оболочки 4, каркаса 5 с дугообразными элементами 6 и 7, перемычками 8 и шарнирами 9, входной трубопровод 10 с направляющими 11, щтангу 12 на роликах 13, крыло 14, приспособления для ориентации с пластиной 15, блоки 16, тросы 17, штанги

18 и регулятор 19 хода пластины 15 с упругими элементами 20, фильтр 21, насос 22 с постоянным расходом (показан пунктиром).

Устройство работает следующим образом. Набегающий поток газа оказывает давление на пластину 15 и на крыло 14 приспособления для ориентации. Под действие.м этого давления они перемещаются на роликах 13 по направляющим 11 вдоль оси входного трубопровода 10, опираясь на щтанги 12. При этом перемещение пластины 15, связанной через блоки 6, тросы 17 и штаиги 18, п арнирно соединенные с дугообразными элементами 6, вызывает поворот этих элементов, а также элементов 7 каркаса 5 на шарнирах 9, оси которых закреплены на

двух стержнях 3, жестко зафиксированных, на входном трубопроводе 10. Поворот дугообразных элементов 6 при повыщении давления газового потока ведет к уменьшению входного сечения входной насадки 1, составной частью которого являюте я боковые щели 2.

Газонепроницаемая эластичная оболочка 4, опирающаяся на дугообразные элементы 6 и 7, связанные перемычками 8, и герметично закрепленная на дугах 6 и входном трубопроводе 10, имеет максимальное растяжение вдоль перемычек 8, связывающих вершины дугообразных элементов 6 и 7, и минимально вдоль стержней.

Таким образом, по всей длине эластичной оболочки 4 (минимум 10 см) одинаково работают на растяжение все ее элементы, расположенные вдоль фиксирующих перемычек.

Это резко снижает отклонения от изокинетичности {неискажение линий тока набегающего потока) из-за изменения свойств эластичной оболочки в результате отклонений температурь окружающей среды от значения, при котором производится градуировка устройства. Изменение входного сечения входной насадки 1 должно быть пропорционально изменению линейной скорости набегающего потока и согласовано с постоянным расходом газа через фильтр 21, обеспечиваемым насосом 22. Согласование осуществляется подбором формы и площадей пластины 15 и крыла 14 приспособления для ориентации, а также регулятором 19 хода пластины 15, имеющим набор упругих элементов 20 различной длины, коэффициент упругости которых подбирается при градуировке, проводимой в аэродинамической трубе. Чем больше скорость набегающего газового потока, тем больше си.ла, действующая на крыло 14 приспособления для ориентации и пластину 15, ход которых ограничивается по мере смещения вдоль оси входного трубопровода все большим числом регулируемых элементов 20. Таким образом, крыло 14 с пластиной 15 являются одновременно и датчиком скорости газового потока, и элементом флюгера. Взаимообусловленность всех элементов предлагаемого устройства может быть проиллюстрирована следующим примером. Пусть постоянный расход насоса 22 V 600 л/мин , минимальная скорость ветра Vm/n , максимальная скорость ветра Vmax 2,0- 0см/с. Площадь входного сечения (без учета наличия боковых щелей) должна измениться обратно пропорционально скорости набегающего потока от , . см S f-9 9tjrl mill. , ЭСМ-. Энергию, необходи.мую для измеь;ения входного сечения, получают за счет воздействия набегающего потока на пластину 15 и крыло 14. При этом полная сила сопротивления F, которая возникает при относительном движении тела и газа, представляет собой сумму силы сопротивления давления и силы сопротивления Рполв- f + РдавяРдам. FTp-CfWf где - коэффициент сопротивления давления;-коэффициент сопротивления трения;-площадь миделевого сечения (проекция сечения, перпендикулярная вектору скорости потока); / - плотность воздуха; V -скорость потока. Как видно из фор.мул () - (3), сила давления на пластину и крыло 4 растет пропорционально квадрату скорости потока. Выбор площадей пластины 15 и крыла 14 Ьбуславливается величиной необходимой минимальной силы, действующей на них при минимальной скорости потока 1 м/с. Эта сила должна ско.мпенсировать суммарную силу трения качения роликов, силу на чального растяжения эластичной оболочки и cii.ibi инерции крыла пластины, каркаса, эластичной оболочки и щтанг. При повышении скорости набегающего потока действующая на крыло и пластину сила растет пропорционально V, а площадь входного сечения должна изменяться обратно пропорционально U . Избыток силы гасится регулятором 19 хода пластины и крыла. Аналитический учет площади боковых щелей сложен, поэтому устройство регулируется и градуируется в аэродинамической трубе. При этом согласование заданной скорости потока в.ходного сечения осуществляется по минимуму возмущений на входе. Несовпадение по направлению вектора скорости набегающего потока с осью пробоотборника, перпендикулярной круг.тому или прямоугольному входному сечению, например, известных устройств ведет (вслед за несогласованностью скоростей потоков до входного сечения и за ним) к отклонениям от представитслыюсти (особенно для крупных частиц). Введение в конструкцию входной насадки 1, боковь;х щелей 2, образованных дугами 6, проди.ктовано необходимостью }мег;ы11ить отклонения от изокинетичности в с.Пчае быстрых li кратковременных измеме1;:5Й направления газового потока в плоскости, нара.члельно плоскости Земли, когда никакая механическая систе.ма не в состоянии среагировать на эти изменения. При наличии боковых влияние несовпад гия вектора скорости набегающего потока с пробоотборника па представитсльность пробоотбора снижается, так как даже для угла расхождения, например, в 90 часть набегающего потока вместе с П)пмесям 1 все равно попадает в миделево сечение боковой щели входной насадки. При этом входное сечение, образованное передними дугообразными элементами 6, приоб|)етает все более аэродина.1ическую (Ьорму по .мере увеличения скорости набегак щег( потока. Форма входнопго сечения может б)1ть подобрана как начальным HaK.ioHo.Ni входных дуг, тдк и формой их изгиба. По сравнению с известным предлагаемое устйойство характеризуется малыми лобовыми. возмуще) при любой скорости набегаю цего потока вследствие отсутствия заслонки, а также наличием боковых щелей для ;; ;квидацпи 130змущений, вызываемых изменекие.м направления набегающего газового потока. Оно характеризуется также наличием са.морегулировки величины входного сечения, что .делает устройство простым и надежным в экспл атации, так как становится ненужным блок управления и дополнительный источник питания.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить минимальную инерционность 15 нестационарном потоке без специализированного датчика скорости потока, электронной схемы, электродвигателя и источника питания. В нем приспособление для ориентации вместе с регулятором хода выполняет одновременно и роль датчика скорости газового потока, и силового элемента, регулирующего величину входного сечения входной насадки. Простота в изготовлении, наличие саморегулировки, надежность в эксплуатации и отсутствие использования иных источников энергии, кроме энергии набегающего потока (ветра), дают возможность щироко использовать его в совокупности с различными пробоотборными устройствами, имеющими постоянный расход как в стационарных условиях, так и в полевых экспериментах. В частности, такое

устройство органически дополнит криогенное устройство для отбора проб газов и аэрозолей, имеющее постоянную скорость засасывания, например, воздуха и не имею щее мощных источников электропитания. Входная насадка в предлагаемом устройстве рассчитана на постоянный расход. В случае необходимости изменения постоянной величины расхода на значительную величину может быть поставлена другая насадка, рассчитанная на другой диапазон скоростей. Небольщая корректировка может

быть осуществлена изменением начального положения (наклона) входных дуг и их фор мы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ АЭРОЗОЛЕЙ ИЗ НЕСТАЦИОНАРНОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащее входную насадку с эластичной газонепроницаемой оболочкой и переменным входным сечением, входной трубопровод с фильтром и приспособление для ориентации насадки по направлению газового потока, отличающееся тем, что, с целью повыщения представительности пробы путем повыщения надежности в работе и обеспечения саморегулирования входного сечения с минимальной инерционностью, входная насадка выполнена с боковыми щелями и снабжена стержнями, жестко соединенными с входным трубопроводом, и каркасом, выполненным в виде дугообразных эле.ментов и перемычки, соединенных между собой с помощью щарниров, эластичная газонепроницаемая оболочка распо.южена с зазором относительно каркаса и герметично закреплена по периметрам дугообразны.х элементов и входного трубопровода, при этом входной трубопровод снабжен направляюихими, приспособление для ориентации насадки снабжено крылом, установленным соосно с трубопроводом, штангами, жестко скрепленными с крылом, и роликами, опираюищ.мися на направляющие трубопровода, причем крыло снабжено пластиной, жестко соединенной с ним, хстановленной перпендикулярно оси трубопровода после входной насадки, а пластина снабжена гибкими тро- g сами, блока.ми и ииангами, размещенными снаружи каркаса и соединенными щарнирно гЛ с дугообразными элементами входной насадки, устройство снабжено регулятором хода пластины, укрепленным на трубопроводе соосно с ним и расположенным за крылом.

2 J 4 ( / 10 16 18 П J5