Устройство концентрирования аэрозоля Советский патент 1991 года по МПК G01N1/24 G01N1/10 

Изобретение относится к устройствам для исследования и анализа материалов путем определения их физических свойств, а более конкретно к устройствам концентрирования аэрозолей, которые предназначены для непрерывного перевода аэрозольных частиц из больших обьемов воздуха в существенно меньшие с помощью инерционной сепарации в потоке, и может быть использовано при контроле микробиологического и химического производства, в научных исследованиях в медицинской, пищевой.и химической промышленностях и в сельском хозяйстве.

Цель изобретения - повышение эффективности концентрирования аэрозоля при

снижении энергопотребления и повышение стабильности работы.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для концентрирования аэрозоля, вид спереди; на фиг.2 - сепарирующий элемент, Устройство включает корпус 1, патрубки- входной 2, выходной 3 и штуцер 4 вывода концентрированного аэрозоля. В корпусе 1 размещен многосопловой каскадный сепаратор 5 с сепарирующими элементами 6 и аспиратор 7. Каждый сепарирующий мент 6 состоит из разгонного сопла 8 и установленной напротив него и соосно с ним приемной трубки 9, которые установлены в открытом с торцов коаксиальном ограничиО CJ 00

о о

4

тельном кожухе 10. Между сепаратором 5 и входным патрубком 2 имеется зазор 11, в котором размещена защитная сетка 12.

Устройство работает следующим образом.

Под действием разрежения, создаваемого в корпусе 1 устройства аспиратором 7, воздух поступает во входной патрубок 2. Проходя через защитную сетку 12 и обтекая первый каскад сепаратора 5, воздушный поток тормозится и равномерно распределяется по сепарирующим элементам 6, расположенным на боковой поверхности сепаратора 5. При этом грубодисперсные механические частицы задерживаются защитной сеткой 12 или осаждаются за счет инерции на верхней стенке сепаратора 5, Поскольку направление движения воздушного потока перпендикулярно осям сепари- рующих элементов 6 первого каскада сепаратора 5, то для обеспечения осевой симметрии течения воздуха на входе в разгонные сопла 8 последние размещаются внутри открытых с торцов коаксиальных ограничительных кожухов 10. Ускоряясь в разгонных соплах, воздушный поток натекает на установленные за соплами приемные трубки 9, при этом аэрозольные частицы преимущественно попадают в приемные трубки 9, из которых отводится лишь небольшая часть воздуха, поступающего в устройство, а избыточный воздух выводится из сепарирующих элементов через зазоры 13 между кожухом 10 и соплом 8, ограничительных кожух 10 защищает область сепарации от воздействия протекающего между сепарирующими элементами потока избыточного воздуха, обеспечивает симметрию течения воздуха в сепарирующих элементах. Поскольку величина зазора может регулироваться длиной приемной трубки, то легко добиться чтобы гидравлическое сопротивление зазора было намного меньше гидравлического сопротивления разгонного сопла без снижения эффективности концентрирования аэрозоля.

Из приемных трубок сепарирующих элементов первого каскада через общий коллектор концентрированный аэрозоль поступает на вход однотипных сепарирующих элементов второго каскада, где происходит его дополнительное концентрирование. После этого концентрированный аэрозоль из приемных трубок сепарирующих элементов второго каскада через общий коллектор поступает в штуцер 4 вывода концентрированного аэрозоля, а избыточный воздух с первого и второго каскадов, сливаясь в общий поток, поступает в аспиратор 7 и выбрасывается из устройства через выходной патрубок 3.

Для выбора основных конструктивных параметров устройства требуется задать

полный объемный расход воздуха Q, величину допустимого гидравлического сопротивления Д F (с учетом энергетических возможностей), минимальный размер dso эффективно концентрируемых частиц и не0 обходимый объемный расход воздуха по концентрированному аэрозолю. После этого, используя зависимость величины гидравлического сопротивления от скорости течения воздуха в канале, получаем

,

где |- ского

0

5

0

коэффициент местного гидравличе- сопротивления с учетом

dso 15 ) -х-Я- находим необходимый

метр разгонного сопла отдельного сепарирующего элемента и число сепарирующих элементов NI на первом каскаде сепаратора:

D 0,05 dio VAP ;(1)

°(2)

N1 2800 где D мм;

d5oV5 3

Д Р мм вод.ст.;

Q л мин ;

dso мкм.

Число сепарирующих элементов на втором каскаде сепаратора определяется из 5 условия минимума общих седиментацион- ных потерь частиц, имеющего место при равных покаскадных коэффициентах концентрирования:

40N2 Nliq T

(3)

В качестве примера приведем основные конструктивные параметры изготовленного макета устройства (КА-1000) при Q 1000 л х d50 1,5 мкм; ДР 200 мм вод.ст. и Ок Юл 0 1,5 мм; NI 200 шт.; N2 20 шт.

Аспиратором являлся малогабаритный центробежный вентилятор типа Ц8-18 м, обладающий высоким коэффициентом полезного действия (около 50%). Вентилятор приводился в действие электродвигателем СД-75, а потребляемая электрическая мощ- ность при Q 1000 л и ДР 200 мм вод.ст. составляла 120 Вт, что при равной производительности не менее, чем вдвое меньше, чем для устройства выбранного в качестве прототипа. Эксперимен™Ј№StoS что при диаметре вход S DB n Ј DK ,

где DK - диаметр корпуса (аналог диаметра сопловой решетки для прототипа) Эффективность концентрирования остается практически неизменной и достигает 95% а экспериментальные значения dso 1 2-14 мкм при Q/QK 50-200 вполне удовлетворительно согласуются с расчетным значением ОБО 1,5 мкм, принятым для проектирования.

В экспериментах обнаружено резкое снижение со временем коэффициента концентрирования аэрозоля в макете КА-1000 работающем в условиях естественной запыленности атмосферы без защитной сетки Так снижение эффективности концентрирования в два раза происходило в среднем через 1-2 ч непрерывной работы. Установка защитной сетки с размером ячейки 1 х 1 мм в зазоре между входным патрубком и сепаратором позволила практически полностью устранить данный недостаток и обеспечить работоспособность устройства в течение 48 ч непрерывной эксплуатации.

10

Формула изобретения Устройство концентрирования аэрозоля, включающее корпус с входным и выход- ным патрубками и штуцером вывода концентрированного аэрозоля, в котором размещены аспиратор и многосопловый каскадный сепаратор с сепарирующими элементами, содержащими разгонное сопло и установленную напротив него и соосно с ним приемную трубку, причем перв 1й каскад сепаратора соединен с входным патрубком, а второй каскад установлен последовательно за первым, отличающееся тем, что, с целью повышения эффек- 5 тивности процесса концентрирования аэрозоля при снижении энергопотребления и повышения стабильности в работе устройства, первый каскад сепаратора установлен с зазором под входным патрубком, а сепарирующие элементы размещены на его боковой поверхности, причем оси симметрии элементов перпендикулярны оси входного патрубка, а каждый сепарирующий элемент снабжен открытым с торцов коаксиальным ограничительным кожухом, в зазоре между входным патрубком и сепаратором установлена защитная сетка с размером ячейки не более диаметра разгонного сопла.

0

5

Изобретение относится к устройствам для исследования и анализа материалов путем определения их физических свойств, а более конкретно к устройствам концентрирования аэрозолей. Цель изобретения - повышение эффективности концентрирования аэрозоля при снижении энергопотребления и повышение стабильности работы устройства. Устройство включает корпус с входным и выходным патрубками. В днище корпуса предусмотрен штуцер вывода концентрированного аэрозоля. В корпусе размещен аспиратор и многосопловой каскадный сепаратор. Сепарирующие элементы содержат разгонное сопло и установленную напротив него и соосно с ним приемную трубку. В устройстве первый каскад сепаратора установлен с зазором под входным патрубком, а сепарирующие элементы размещены на его боковой поверхности так, что оси симметрии элементов перпендикулярны оси входного патрубка. Каждый сепарирующий элемент снабжен открытым с торцов коаксиальным ограничительным кожухом. Между входным патрубком и сепаратором установлены защитная сетка с размером ячейки не более диаметра разгонного сопла. 2 ил. (Л

Фиг

фиг.2