Струйный пылемер Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано, в полиграфической и химической отраслях промышленности для автоматизации процессов пылеочистки при исследовании и контроле работы пылеулавливающих установок и вытяжных вентиляционных систем.

По основному авт.св. № 6613Q4 известен струйный пылемер для измерения запыленности потоков воздуха, содержащий электроструйный первичный преобразователь, выполненный в В1ще двух струйных трубок электродов, снабженных соп-лами, одно из которых-приемное, а второе сопло питания, расположенных напротив друг друга, источник высокого напряжения постоянного тока, соединенный с электродамиэлектроструйного первичного преобразователя, источник пневмопитания, рабочий и компенсационный проточные дроссельные делители давления, включенные по мостовой схеме и показывающий прибор 1.

Недостатком устройства является ограниченная чувствительности, и точность измерения при малых концентрациях пыли в .потоках воздуха

вследствие зависимости показаний устройства от колебаний величины разрежения (более 3,8 кПа) в воздуховодах пылеулавливающих аппаратов.

Снижение чувствительности и точности известного устройства определяется также зависимостью динамического давления поперечных струй сжатого воздуха, истекающих из

o сопла питания, от геометрических размеров и конструктивного исполнения первичного преобразователя (расстояния h между питающим и приемным соплом, диаметров их каналов).

5 Проведены эксперименты при различных испытаниях геометрических размеров первичного преобразователя известного устройства и условий измерения для оценки их влияния

0 на статические расходные характеристики. В результате обработки полученных экспериментальных данных статистическими методами с проверками на адекватность и воспроизводимость

5 эксперимента и значимость коэффициентов найдено, что наиболее существенным варьируемым парамегром является величина межсоплового расстояния Н, с изменением которой снижается

0 чувствительность известного прибора.

Последнее определяет ограниченность диапазона измерений. Для проведения измерений при колебаниях величины разрежения в воздуховодах необходима периодическая перестройка режимов пневмопитания, изменение геометрических размеров первичного преобразователя (сопл, величины h) в процессе измерений, параметров дросселей мосЬовой пневмосхемы с учетом переменности скорости потока воздуха. Все это предопределяет снижение чувствительности и точности известного устройства по диапазону измерений.

В связи с этим для обеспечения требуемых точностных показателей и чувствительности прибора во всем интервале измерений возникает необходимость ручной регулировки межсоплового расстояния, интуитивного подбора размеров сопл и их геометрии, давления питания что вызывает трудности при эксплуатации, и нелинейность статических характеристик. Для проведения замеров за пределами интервала линейности характеристики известного прибора требуется изготовление другого устройства с новым межсоплоБЫм расстоянием и размерами сопл, а также его индивидуальная тарировка. Помимо этого, к недостаткам известной конструкции устройства следует отнести зависимость разбаланса мостовой схемы от колебаний величины разрежения.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения Малых концентраций пыли.

Поставленная цель достигается те что устройство снабжено пятимембранньм элементом сравнения и после,д6вательно соединенными устройствами для измерения величины разрежения и пневматическим блоком деления, один вход которого через пятимембранный элемент сравнения связан с проточными дроссельными целителями мостовой схемы, второй .зход - с выходом устройства для измерения величины разрежения, а выход блока деления включен на вход регистрирующего прибора.

Кроме- того, приемное сопло в виде эллипсоида вращения с продольной щелью, большая ось которого расположена параллельно оси пылемера, причем выполнено в виде вытянутого по направлению отклонения поперечны струй эллипсоида вращения с продольной щелью, отношение длины к ширине щели находится в пределах от трех д четырех, а ширина щели равна диаметру канала осевого отверстия сопла питания, при этом сопло питания выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевогоотверстия сопла питания в 8 раз меньше расстояния между приемным соплом и соплом питания. Это расстояние для любых геометрических размеров дроссельных элементов мостовой схемы и переменной величине давления пневмопитания выбрано при отношении динамического давления запыленного потока к динамическому давлению этого потока, при котором происходит слив .поперечных струй воздуха, вытекающих из сопла питания, с плоскости приемного сопла питания равном 0,3.

На фиг.1 показана принципиальная схема струйного прибора; на фиг.2 -.основная эмпирическая характеристика электроструйного первичного преобразователя при различных комбинациях его геометрических размеров J на фиг.З - экспериментальные кривые изменения выходного сигнала в зависимости от межсоплового расстояния h при различных сочетаниях ширины 6 щели приемного сопла и диаМетра d канала осевого отверстия сопла питания, на фиг.4 - экспериментальные кривые изменения выходного сигнала прибора в зависимости от отношения длины 6 щели приемног сопла к ее ширине - . 6 при различных геометрических размерах первичного преобразователя.

Прибор состоит из электроструйного первичного преобразователя, выполненного в виде струйных трубок электродов 1 и 2 помещенных в корп 3 прибора, по которому протекает воздушный поток, скорость которого составляет Uj, . Корпус 3 через пробозаборную трубку4 связан с воздуховодом 5 аппарата пылеочистки в котором движется анализируемый поток пылевоздушной смеси со скорость и . Трубки 1 и 2, снабженные соответственно соплами 6 и 7, размещенными напротив друг друга, соединены с источником высокого напряжения (5-6 кв) постоянного тока через переменные резисторы В и 9.

Сопло 6 питания для обеспечения аэродинамичности конструкции, исключения нежелательных эффектов срыва вихрей с этого сопла при его обтекании набегающим потоком воздуха и попадании вихрей в зону действия потока электрического ветра (зону электризации) выполнено в виде шарового сектора с центральным углом, ;равным или меньшим , заподлицо с внутренней стенкой корпуса прибора. Сопло б снабжено осевым отверстием. Приемное сопло 7 для исключения налипания твердых частиц на него, характерного для малых скоростей и сферических поверхностей, выполнено в виде вытянутого эллипсоида -Bpaitfeния, расположенного в длид1у по направлению отклонения поперечных струй и снабженного продольной щелью. Ширина и длина щеЛи соответственно равны одному и трем-четырем диаметра

канала осевого отверстия сопла питания. Геометрический центр приемного сопла находится на оси сопла питания. Такое использование сопл первичного преобразователя снижает cyineqTBeHHO вносимые ими искажения в поток воздуха.

Сопло 7 через постоянный дроссель 10 типа П2Д.4 системы УСЭППА подсоединено к источнику пневмопитания с величиной давления Сравнительная ветвь моста, выполненная в виде проточного дроссельного компенсационного делителя, состоящая из управляемого по статичес-т кому давлению сопла 11, струйной трубки 12, постоянного дросселя 13 типа П2Д.4 и импульсной трубки пневматически связана с одним из входов пятимембранного элемента 14 сравнения, другой вход которого соединен с междроссельной камерой проточного рабочего делителя давления, включающего сопло 7, струйную трубку 2 и постоянный др9ссель 10. Рабочий и компенсационный делители включены по схеме пневматического моста, давление питания которого котролируется образцовым манометром 15 и регулируется задатчиком давления типа П23Д.4. К соплу 6 питания подводится сжатый воздух с давлением Рр от источника пневмопитани

Выход элемента 14 сравнения,Фиксрующего разбаланс Р мостовой схемы, подключен к одному из входов пневматического блока 17 деления выходного сигнала типа ПФ-1,18, второй вход которого связан через устройство 18 для измерения величины разрежения Р (тягонапоромер типа ТНЖ или дифманометр) с сигнальной трубкой 19, расположенной в корпусе 3 прибора. Вход блока 17 деления соединен с показывающим прибором 20 типа ПВ.2.2 системы Старт, шкала которого отградуирована в единицахконцентрации пыли (П).

Питание элемента 14 сравненияосуществляется давлением , от источника пневмопитания. К последне-му через регулятор 21 расхода подсоединен воздушный эжектор 22, обеспечивающий непрерывность процесса измерений.

Устройство работает следующим образом.

При помощи воздушного эжектора 22 создающего в полости прибора разрежение, регулируемое регулятором 21 расхода сжатого воздуха, в корпус 3 вначале поступает поток чистого воздуха с постоянной скоростью Uyjy .

Под действием воздушного потока попЬречные струи, истекающие из сопла

6,отклоняются от первоначального направления, приводя к снижению пневмосопротивления на выходе сопла

7,а следовательно, и к уменьшению

давления в междроссельной камере Ьопло 7, дроссель 10) проточного рабочего делителя пневмомоста. В результате на выходе мостовой схемы устанавливается некоторая минимальна} величина разбалансаДР. Давление сжатого воздуха, подводимого к приемному соплу 7, меньше давления, подводимого к соплу 6, но достаточно для обеспечения протока сжатого воздуха через сопло 7 при нулевой скорости

o измеряемого потока.

Затем эжектором 22 через трубку 4 и корпус 3 прибора просасывается запыленный воздух с постоянной скоростью течения (i . При этом происходит дополнительное отклонение турбулентно-поперечных.струй воздуха, вытекающих из сопла б. Величина отклонения этих струй изменяется в зависимости от изменения плотности

запыленного газа, определяемой весовым содержанием концентрации пыли в измеряемом потоке.

При приложении к струйным трубкам -1 и 2 потенциалов высокого напряжения высокого тока в пространстве между приемными 7 и питающими б соплами создаются направленные струи электрического ветра в виде униполярного турбулентного потока заряженных пылевых частиц воздушной смеси, воздействующих на свободную ламинарную струю, истекающую из сопла 7. Благодаря турбулизации измеряемого потока струями электрического ветра

в межэлектродном пространстве первичного преобразователя формируются локальные электрические поля высокой напряженности. Последние в совокупности с весовой концентрацией пылевых частиц потока являются электропневмозаслонками для сопла 7, препятствуя свободному истечению воздуха через Это сопло и увеличивая сопротивление на выходе сопла 7. В результате в зависимости от величины

запыленности потока воздуха увеличивается давление Р в рабочем дроссельном делителе, поступающее далее в одну из камер мембранного элемента 14. Давление Р, , формируемое в междросг

сельной камере (сопло 11, дроссель 13) сравнительной ветви пневмомоста, вычитается на элементе 14 сравнения из давления Р, создаваемого в рабочем делителе.

Изменение давления Р, приводит к соответствующему увеличению разбаланса iP (л -Pj) мостовой схемы, фиксируемого элементом 14 сравнения, выходной сигнал с которого подается

на блок 17 деления, где делится на величину разрежения Рр . Разрежение непрерывно контролируется дифманометром (тягонапоромером типа ТНЖ 18, сигнал с которого подводится к блоку 17 деления. Выходной сигнал, пропорциональный измеряемой величине концентрации пыл в воздушном потоке, с блока 17 поступает на показывающий прибор 20, непрерывно регистрирующий текущие значения запыленности воздуха. Как показывают эксперименты, выходной с нал данной конструкции струйного при бора практически не зависит от вели чины разрежения в воздуховодах пьше .очистных аппаратов и пропорционален измеряемому параметру. В результате обработки по методи наименьших квадратов эксперименталь ных данных по исследованию динамиче кого давления Рд , развиваемого в плоскости приемного сопла 7 воздействием локальных электрических полей заряженных пылевых частиц и в совой концентрацией последних/ в функции динамического давления 1Ч,д запыленного потока построена основная эмпирическая характеристика электроструйного первичного преобра зователя (фиг.2). Эта характеристика получена при различных комбинациях геометрически размеров первичного преобразователя Параметра h и переменной величине РО), подводимого к соплу 6. Указанные параметры определяют значения %пкр. аг.где Р,,„,ф- ди намическое давление запыленного потока, при котором происходит сдув п перечных струй сжатого воздуха с плоскости сопла 7 (полное смещение этих струй при критической величине давления Pjin.) РД-Е-мак;- динамическо давление, развиваемое в плоскости приемного сопла отклоняемыми струями сжатого воздуха, истекгиощими из сопла 6, воздействием направленных Локальных электрических полей заряженных пылевых частиц и их весовой концентрацией при нулевой скорости потока воздуха. Эти давления определяют границы участков линейности основной характеристики, показателя точности и чувствительности прибора Установлено, что центр линейности основной характеристики не зависит изменений Р, ,h, d, пределов и условий измерения и имеет постоянные координатыi f.vjf. Д.Емакс Выбранные экспериментальным путем конструкции первичного преобразователя и размеры щелевого сопла 7 обе печивают работу прибора в режиме ма симальной чувствительности (в точке в). С .использованием.концепций теории взаимодействия свободных турбул тных струй и данных эксперимента найдено полуэмпирическое условие вы бора межсоплового расстояния, при отором обеспечивается максимальная увствительность струйного прибора, записываемое в виде: ..,AЬtd)f При Pojp, /Рап.кр. находим , где d - диаметр канала осевого отверстия -сопла питания. В процессе экспериментов установлено, что между чувствительностью струйного устройства, геометрическими размерами щели приемного сопла и расстоянием между соплом питания и при- емным соплом существует экстремальная зависимость (фиг.3,4). Сравнение зависимостей, показывает, что чувствительность максимальна при ширине щели приемного сопла,равной диаметру канала осевого отверстия сопла питания, длине щели, находящейся в пределах трех-четырех диаметров канала осевого отверстия сопла 6, расстояние между соплами 6 и 7, равном 8 диаметрам канала отверстия сопла питания и Prjjn /Р5)П.ЧР 3. При этом РОJ/ 3,8 кПа и на выходе прибора появляется максимальный сигнгш, что обуславливает повьииение точности замеров запыленности. Давление Р для всех кривых, показанных на фиг.З и 4,одинаково и равно 17 кПа. Характер этих зависимостей сохраняется и при переменной величине давления пневмопйтания РО ( РО const);. Выполнение приемного сопла 7 эллипсообразной формы Ь продольной щелью позволяет, помимо исключения эффектов налипания, уменьшить зону нечувствительности прибора (рабочая точка смещается к центру линейного участка статической характеристики) при небольших концентрациях пыли и высокодисперсности ее фракций в воздушном потоке. В этом случае пнев-: мосопроТивление на выходе щелевого сопла с указанными геометрическими размерами значительно изменяется уже при небольших изменениях весовой концентрации и плотности пыле- , вых частиц. Последнее обстоятельство в совокупности с непрерывной коррекцией колебаний величины разрежения в воздуховодах существенно повышает чувствительность, точность прибора и расширяет диапазон измерений в сторону малых запнленностей воздушной среды, i При использовании устройства обеспечивается; улучшение работы аппаратов пылеочистки и пылеулавливания в производственных цехах, улучшение промышленной санитарии и санитарно-гигиенических условий труда рабочих. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенного

устройства составляет примерно 1011 тыс.руб. в год. Устройство нетрудоемко Визготовлении, в нем используются стандартные элементы пневмоавтоматики. При его применении не требуется энергоемких и дорогостоящих источников пневмопитания со стабильными характеристиками, а также дополнительной арматуры крепления первичного преобразователя. Это позволяет существенно снизить стоимость аппаратуры, ее сложность и массогабаритные показатели.

Формула изобретения

1. Струйный пылемер по авт. св. №661304, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения небольших концентраций пыли, он снабжен пятимембранным элементом сравнения и последовательно соединенными устройством для измерения величины разрежения и пневматическим блоком деления, один вход которого через пятимембранный элемент сравнения

. Центр линейного участка

связан с проточными дроссельными делителями мостовой схемы, второй I вход - с выходом устройства для измерения величины разрежения, а выход блока деления включен на эход с регистрирующего прибора.

2. Пылемер поп.1, отличающийся тем, что приемное сопло выполнено в виде эллипсоида вращения с продольной щелью, большая ось которого расположена параллельно оси пыл.емера, причем отношение длины к ширине цели находится в пределах от трех до четырех а ширина щели равна диаметру канала осевого отверстия сопла питания, при 5 этом сопло питания выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевого отверстия сопла питания в 8 раз меньше расстояния между приемным соплом и соплом питания.

20

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 661304, кл. G 01 N 15/00, 1977 (прототип) ...

Фиг.1 f, fai. Ч- Л7Г