Устройство для отбора проб пыли Советский патент 1985 года по МПК G01N1/22 

&9

;о ;о

ел ч Изобретение относится к технике измерения концентрации пыли в дисперсных аэропотоках. Известно устройство для отбора проб, пьши - трубка Всесоюзного тепло технического института. Устройство включает наконечник, отсосную трубку, импульсные трубки, одна из.которых установлена снаружи наконечника, а другая выполнена с концом на внутренней стенке наконечника ij . Недостатком этого устройства явля ется невозможность замерить достоверно концентрацию частиц в полидисперсном неуравновешенном аэропотоке где часть крупных частиц не взвешена, например в нащслоевом простран-. стве полидисперсного кипящего слоя. Как известно концентрация частиц в надслоевом пространстве убывает с высотой. Условно принято делить все частицы на две части: мелочь слоя .частицы, скорость витания которых меньше скорости газа (т.е. взвешенные частицы), и крупные частицы остальные. Частицы выбрасываются в- надслоевое пространство разрывающи мися на поверхности слоя пузырями. По мере подьема крупных частиц в на слоевом пространстве их первоначапьная кинематическая энергия, убывает до нуля за счет сил сопротивления газового потока, движению частиц и постоянному воздействию на них сил тяжести, после чего они меняют направление движения на обратное и возвращаются в кипящий слой. Указан ное устройство работает при изокинетичности отбора проб, т.е. равенстве скоростей газов в аэропотоке и в наконечнике. При этом крупные частицы, попавшие в наконечник, уда ряются о верхнюю часть отсосной тру ки (поворотное колено), стенки нако нечника и отсосной трубки, отскакивают от так как они не взвеше ны внутри наконечника (силы сопроти ления газового потока, действующие на крупные частицы, меньше сил веса этих частиц), теряют кинетическую первоначальную энергию и вьтадают и наконечника. Крупные частицы не могут быть захвачены газовым потоком в отсосной трубе и транспортировать ся им в горизонтальной ее части (после колена и поворота азропотока на 90), так как они не взвешены га зом. Достоверно при этом можно изме рить только концентрацию мелких , 52 частиц, скорость витания которыхменьше скорости газа в аэропотоке (т.е. сила сопротивления газа, действующая на частицы, превышает силу их тяжести) . При нарушении изокинетичности отбора,например при более высокой скорости газа в наконечнике, с целью учета крупных частиц получается завышенное значение концентрации за счет более высоких значений, превьш1ающих действительные, мелкие частиц. Цель изобретения - повьш1ение достоверности проб пыли. Поставленная цель достигается тем, что устройство для отбора проб пыли из аэропотока, включающее наконечник, отсосную трубу и импульсные трубки, одна из которых установлена снаружи наконечника, а другая выполнена с открытым концом на внутренней стенке наконечника, снабжено цилиндрическим пылесборником, установленным соосно с наконечником, подводящей трубкой, газораспределительной камерой и дополнительной импульсной трубкой, соединенной с внутренней стенкой пылесборника, а подводящая трубка соединена с пылесборником и установлена концентрично снаружи отсосной трубы, при этом пыпесборник установлен средней частью в газораспределительной камере и выполнен в этой части перфорированным. На чертеже изображено устройство, продольный разрез. Устройство представляет собой расположенные соосно цилиндрический наконечник 1 и пылесборник 2, входные отверстия которых расположены с противоположна сторон. Цилиндрический пылесборник 2 имеет дно. Наконечник 1 жестко соединен с отсосной трубой 3,а пылесборник 2-е подводящей трубой 4 посредством газораспределительной камеры 5, охваты ванлцей пылесборник по диаметру, причем между внутренней стенкой камеры 5 и пылесборником 2 имеется свободное пространство. Подводящая труба 4 имеет внутренний диаметр, больший наружного диаметра отсосной трубы 3, например не менее чем на 30% (в этом случае сечение для прохода газов в отсосной трубе 3 и подводящей трубе 4 примерно одинаково) , и охватывает по периметру отсосную трубу. В стенке пылесборника. в его верхней части, . на внутренней поверхности закреплен открытый конец третьей импульсной трубки 6 (другой конец импульсной трубки соединяется с микроманометром). Пыпесборник 2 имеет перфорацию (отверстия) 7 в зоне газораспределительной камеры 5 Устройство работает следующим об разом. Входное отверстие наконечника 1 направляется навстречу аэропотоку, а входное отверстие пьшесборника 2 в противоположную сторону, вдоль аэропотока (направление газа показа но сплошными линиями стрелок, а час тиц -прерывистыми). В отсосной трубе 3 создается разрежение (например, эжектором), в результате в наконечник 1 и отсосную трубу 3 поступает для последуищего анализа пыпегазовая аэросмесь, В пыпесборни 2 по подающей трубе 4 подается газ (например, дутьевым вентилятором). По показаниям давлений в импульсных трубках 6 устанавливается изокинети ность отборов проб пыли в наконечни ке 1 и пылесборнике 2 (равенство ст тических давлений во всех трех трубах) . В этом случае скорости газа внутри наконечника 1 и пьшесборника 2 равны скорости газа в окружающем их аэропотоке. При условии не нарушается режим течения аэропотока как вблизи наконечника 1 и пыле- сборника 2 (линии тока газа и частиц остаются неизменными) так и внутри них. Таким образом появляется возможность достоверно замерить концентрацию частиц в данном сечени Мелкие частицы, достигшие входноЬо отверстия наконечника 1, свободно входят в него и далее поступают в отсосную трубу 3 для последующего анализа.. Они взвешены газовым потог ком, т.е. их скорость витания меньше скорости газа (действукидие на частицы сипы больше сил веса этих частиц). Поэтому эти частички беспре пятственно огибают любые препятствия в данном случае свободно вместе с газовым потоком изменяют направление своего движения на 90 при повороте в колене отсосной трубы. Крупные частицы имеют скорость витания больше чем скорость газа, т.е. сипы сопротивления газа, действукяцие на частицы, оказывающие меньше веса частиц. Поэтому крупные частицы летя вверх только до определенной высоты, где их первоначальная кинематическая энергия, полученная ими в момент выброса из слоя, полностью переходит в потенциальную энергию земного притяжения (веса частиц), после чего . крупные частицы под действием силы тяжести падают и возвращаются в кипящий слой. Высоту подброса крупных частиц можно уменьшить, если поставить на их пути препятствие, либо из менить направление движения аэропотока. Газ огибает это препятствие, а крупные частицы в силу своей инерционности продолжают двигаться прямолинейно, ударяются о препятствие, отскакивают от него в противоположную сторону и падают. Таким образом, крупньш частицы, попавшие в наконечник 1, не в состоянии свободно вместе с газом изменить свое направление на 90 в колене трубы - они ударяются о верхнюю часть колена, отражаются в результате удара в противоположную сторону и выпадают из наконечника. Возможно также взаимное столкновение частиц друг с другом и со стенками иаконечиика 1 и отсосной трубы 3 , что также (способствует их вьтадению наконечника. В пылесборник 2 через подводящую трубу 4 подается (например, дутьевым вентилятором) чистый гаЗ. Скорость его на выходе из пыпесборника 2 , устанавливается равной скорости газа в окружающем аэропотоке. Для равномерной раздачи газа в пылесборнике 2 имеется газораспределительная камера 5,охватьшающая пылесборник по его наружному диаметру. Газ из газораспределительной камеры 5 поступает в пылесборник 2 равномерно по всему периметру через отверстия 7. Так как на выходе из пыпесборника 2 скорость газов равна скорости аэропотока, то мелкие частицы попасть в него не могут. В открытый конец пыпесбориика 2 свободно попадают только крупные частицы, летящие вниз под действием сш1Ь1 тяжести. Крупные частицы 8, попавшие в пыпесборник 2, скапливаются 8 его нижней части, на дне. По мере-- накопления частиц в пыпесборнике 2 устройство для отбора проб пыли удаляется из аэропотока, частицы высыпаются из пьшесборника 2 и взвешиваются. Взвешиваются также М мелкие частицы, поступившие в отсосную трубу 3, а затем уловленные фильтром (не показан). Таким образом, суммируя массу частиц, уловленных за определенное время наконечником 1 (мел кие частицы) и пылесборником 2 (круп ные частицы), получаем концентрацию частиц на данной высоте (например, от уровня кипящего слоя). Покажем работу устройства на конкретном примере замера концентрации аэропотока в надслоевом пространстве кипящего полидисперсного слоя. Полидисперсный слой содержит частицы золы от 10 до 4000 мкм. Скорость фильт рации воздуха через слой 1 м/с (на пустое сечение аппарата). Ожижающий агент - воздух при 20 С. При скорости воздуха 1 м/с взвешенными будут частицы размером 200 мкм и менее. Скорость витания частиц размером 200 мкм, подсчитанная по формуле То.деса О.М. (8) Ar Те+0, равна 1 м/с. Здесь Аг - число Архимеда, равно Pj 0 где - 15,6-10м2/с - кинематическа вязкость; d - диаметр части g 9,8 ускорение зем ного притяжения, р 1400 плотность материапа части золы, РР 1,2 кг/м - плотность воз духа. Все частицы, размер которых мень ше 200 мкм, считаются мелкими, а те частицы, размер которых больше 200 мкм, считаются крупными. В надслоевое пространство пузырями, выходящими на поверхность слоя, выбрасываются с различными скоростями от нуля до Wrnqyj частицы слоя как крупные, так и мелкие. Мелкие частицы, скорость витания которых меньше 1 м/с, уносятся вместе с газом из 55 надслоевого пространства. Крупные частицы в зависимости от скорости их выброса из слоя летят до определенной высоты от нуля до h ле чего возвращаются в кипящий слой. Высота подброса крупных частиц може-Н достигать нескольких метров. Допус ТИМ на высоте 1 м от уровня кипящего слоя,т.е. ниже высоты , установлено устройство для.отбора проб пьши, открытый конец наконечника которого направлен навстречу потоку, а открытый конец пьтесборника - вдоль потока Скорость газа в наконечнике и пьшесборнике с помощью импульсных трубок устанавливается равной 1 м/с, T.e. соблюдается условие изокинетичностй отбора проб. В отсосную трубу через наконечник засасываются только частицы размером 200 мкм и менее. В пылесборник мелкие частицы попасть не могут, так как.они сразу же выносятся из него газом. В пьшесборнике попадают только крупные частицы, достигшие высоты 1 м и более и летящие вниз под действием силы тяжести. Эти частицы собираются в нижней части пылесборника. После вьщержки устройства на данной высоте, например, в течение 1 мин, оно удаляется из аэропотока. Частицы, попавшие в пылесборник и отсосную трубу, взвешиваются в отдельности (при необходимости производится их фракционный анализ путем рассевки на ситах), Например, оказалось, что в течение 1 мин в отсосную трубу попало GM 0,1 кг частиц размером 10-200 мкм, а в пылесборник G 0,05 кг крупных частиц размером более 200 мкм (до 4000 мкм).Площадь входных отверстий пьтесборника и наконечника составляет, например, 0,0007 и 0,0003 м соответственно. Таким образом, через единицу поверхности горизонтального сечения аппарата на высоте 1 м от уровня слоя П-РОХОДИТ т- г5i- е РМ; 0,00003-60 5,55 мелких частиц и °° кГ/м.с крупньЫ часFvpC 0,0007-60 тиц. Так как замеренное значение для крупных частиц относится только для частиц, летящих вниз, то точно такое же количество крупных частиц летит вверх, а в итоге полученное значение для крупных частиц необходимо удвоить, т.е. 2,38 X 2 4,76 .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПЫЛИ из аэропотока, включающее наконечник, отсосную трубу и импульсные трубки, одна из которых установлена снаружи наконечника, а другая вьтолнена с открытым концом на внутренней стенке Наконечника, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности проб пыпи, оно снабжено цилиндрическим пыпесборником, установленным соосно с наконечником, подводящей трубкой, газораспределительной камерой и дополнительной импульсной трубкой, соеди.ненной с внутренней стенкой пылег сборника, а подводящая трубка соединена с пыпесборником и установлена концентрично снаружи отсосной трубы, при этом пыпесборник установлен средней частью в газораспределиS тельной камере и выполнен в этой части перфорированным.