Многоступенчатый импактор

 

Г. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ИНПАКТОР , содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму осаждений частиц I на внутренних поверхностях импактора, он снабжен трехходовым пробковым кра ном, присоединенным к ка|Налам продувки , ввода аэрозоля и соплу первой ступени импактора, при этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени импактора. 2. Импактор по п.1, о т л и ч аю щ .и -и с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессов в полости импактора , канал вывода газа снабжен электромагнитным клапаном, управляемым трехходовым краном.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН сю;G 0) N 15/02 Д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCNOBV CBBBBTBBPCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3381269/18-25 (22) 08.01.82 (46) 30.07.83. Бюл. Ю 28 (72) В.П.Григорьев, А.И.Яворский, В.И.Кореньков и К.П.Куценогий (71) Специальное конструкторское бюро "Знергохиммаш" (53) 543.275.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 479995, кл. G Ol и 15/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

11 485360, кл.G 01 Н l5/02,1975 (прототип /. (54) (57) 1. МНОГОСТУПЕНЧАТНЙ ИИПАКТОР, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы дпя продувки, ввода и вывода газа, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы,SU.„ОЗ2 69 шения точности измерений путем сведения к минимуму осаждения частиц, на внутренних поверхностях импактора, он снабжен трехходовым пробковым краном, присоединенным к каналам продувки, ввода аэрозоля и соплу первой ступени импактора, при.этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени импактора..

2. Импактор по и. 1, о т л и ч аю щ,и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессов в полости импак- 3 тора, канал вывода газа снабжен электромагнитным клапаном, управляемым трехходовым краном.

69 -2

1 10323

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано s компрессоростроении, теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности для дисперсного анализа аэрозолей в га зах в широком диапазоне давлений, концентраций, температур.

Известны многоступенчатые импакторы, содержащие корпус с последовательно расположенными в нем ступенями инерционного осаждения, выполненными в виде разгонным сопел с расгюложенными против них поверхностями осаждения.и фильтрующей сту-. " пенью.

Импактор при проведении измерений помещают в газоход в измеряемую среду и соединяют с отсасывающим устройством. По окончании времени экспозиции, достаточного для получения необходимого количества осадка, прекращают прокачку измеряемой среды .(аэрозоля) через импактор и Вынимают последний из . захода для смены поверхностей осаждения 1 1), Указанный импактор не приспособ-лен для измерений зри гювышенном давлении, в агрессивных или токсичных средах . Для этого газоход и импактор должны быть герметизированы относительно окружающей среды и снаб-жены комплексом устройств: устройст вом для перекрытия канала ввода измеряемой среды в импактор, которое Ç5 не вносило бы погрешностей при измерениях, системой очистки (продувки) пробоотборного устройства, устройствами для плавного заполнения полости импактора, измеряемой средой 40 или фильтрованным газом и его опорожнения и т.д, 1

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения запылен45 ности газов при высоких давлениях и температурах, содержащее полый ци- линдрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для про- 5О дувки, ввода и вывода газа. На кор пусе закреплены входной и продувоч" ный .вентили, а на съемном стаканевыходной вентиль t 2j.

В известном устройстве переключения, обеспечивающее правильное проведение измерений при повышеином давлении„ а именно заполнение устройства исследуемым аэрозолем до давления в точке отбора пробы, про" ": дувка пробоотборного устройства, опорожнение импактора до атмосферного давления, регулирование расхода измеряеыой среды, осуществляются тремя независимыми вентилями. Кроме того, в нем отсутствует возможность быстрого перекрытия анализируемоЦ пробы аэрозоля для обеспечения коротких экспозиций с четкой фиксацией времени замера, необходимых при анализе высококонцентрированных -аэрозолей.

В известных устройствах затруднена разборка для замены поверхностей охлаждения, так как к разни" маемым частям присоединены жесткие (при измерении на высоких давлениях) трубопроводы, которые при извлечении поверхностей осаждения приходится отсоединять.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем сведения к минимуму осаждения частиц,на внутренних поверхностях импактора.

Поставленная цель достигается тем, что многоступенчатый импактор, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и гюдложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа, снабжен трехходовым пробковым краном, присоединенным к каналам про дувки, ввода аэрозоля и соплу первой ступени импактора, при этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени им" яактора.

С целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессрв в полости импактора канал вывода газа снабжен электроманитным клапаном, управляемым трехходовым краном.

На фиг. 1 показан .предлагаемый импактор, разрез; на фиг. 3 - сечение

А-А на фиr. 1; нафиг, 3- пробкатрехходового кране в йоложении при продувке; на фиг,4 - то we, при заполненни; на фиг.5 - то we, при огюрожнении; на фиг.6 - то же, в положений

"Закрыто"; на фиг.7 - френционный состав масляного тумана в парах аммиака на выходе из гюрвневого,компрес-, сора.П-165 холодильной машины П - на выходе из компрессора, 2.- после штатной системы очистки); на фиг.8 "

1032369

3 фракционный состав масляного тумана на выходе из воздушного винтового компрессора 6ВКИ 25/8.

На .корпусе 1 импактора со стороны, ввода измеряемой среды установлен

5 трехходовый кран, состоящий из корпуса 2, конической пробки 3, рукоятки

4, с помощью которой производятся переключения жестко связанного с рукоt 0 . яткой 4 пальца 5, установленного перпендикулярно на рукоятке 4. Канал конической- пробки 3 трехходового крана в рабочем положении импактора (фиг.1) расположен на одной оси.и имеет одина-. ковый диаметр с каналом 6 ввода измеряемой среды и соплом 7 первой ступени, ось канала пробки трехходового крана совпадает со стороной вписанного в окружность пробки трехходового крана равностороннего треугольника, а ось канала 8 продувки лежит на про должении другой стороны этого тре угольника. Пробка 3 трехходового крана фиксируется в положениях, покаI занных на фиг.1-6,известным способом, например с помощью пружинного шарикового фиксатора.

В цилиндрическую полость корпуса импактора вложен блок ступеней осажде-щ ния, состоящих из корпуса 9, разгонных сопел 10 и поверхностей осажденияподложек 11, вставлейных в кассеты 12.

Последняя (фильтрующая ) ступень состоит из двух аналитических фильтров 13, 35 установленных в, крышке 14 корпуса им:- пактора, которая через прокладку 15 упорным винтом 16, ввинченным в быстросъемную скобу 17, прижимается к корпусу импактора, На крышке l4 так- 40 же укреплен блок ступеней осаждения, Ступени осаждения удерживаются между собой в блоке за счет трения между упругими-лапками кассет 12 и корпусами 9 последующих ступеней осаждения, куда они вставлены. Иежду корпусами

9 ступеней осаждения имеются уплотняющие прокладки 18, зажимаемые усилием тарельчатой пружины 19. Канал 6 ввода измеряемой среды импактора соединен с п1 обоотборником 20, установленным на газоходе 21, откуда производится отбор анализируемой среды. На трубопроводе 22 вывода измеряемой среды из импактора установлен расходомер

23, например мерная диаФрагма. Вен- 5 тиль 24 служит для регулирования расхода измерямой среды через ступени

Осаждения импактора, Импактор снабжен устройством, обеспечивающим проход измеряемой среды через ступени осаждения импактора только в положении полностью открытого канала ввода измеряемой среды, т.е. когда оси канала пробки

3 трехходового крана и, канала 6 ввода измеряемой среды совпадают. Это необходимо для того, чтобы на всем тракте ввода измеряемой среды в импактор от пробоотборника 20 до разгонного сопла 7 первой ступени канал не имел уступов, резкого изменения проходного сечения и направления, где может происходить неконтролируемое осаждение аэрозольных частиц до входа в ступени осаждения.

В предлагаемом устройстве это осуществлено с помощью электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе вывода измеряемой среды, управляемого электрическими контактами микропереключателя, замыкаемыми в положении многоходового крана, когда канал ввода измеряемой среды полностью открыт. Палец 5, установленный перпендикулярно на ручке 4, жестко связанной с пробкой 3 трехходового крана, предназначен для включения микропереключателя 25, управляющего электромагнитным клапаном 26. На наружной поверхности корпуса 1 импактора смонтирован нагреватель (холодильник ) 27, теплоизолированный от внешней среды. Трубопровод 8 продувки и трубопровод 22 вывода газа подсоединены к коллектору 28 атмосферного давления.

Импактор работает следующим образом.

Перед началом работы включается нагреватель (холодильник) 27, устанавливается равенство температур импактора и измеряемой среды, вентилем

24 устанавливается требуемый расход через импактор. При работе на воздухе, нетоксичйых и недорогих газах, коллектор 28 соединяется с атмосферой. В любом случае давление в коллекторе

28 поддерживается равным атмосферному или чуть ниже. В положении трехходового крана "Опорожнение" (фиг. 5)

Э когда полость импактора соединена с атмосферой (коллектором 28 атмосферного давления ) и давление в .импакторе равно атмосферному, импактор открывается для чего освобождается нажимной винт 16, снимается скоба

17 и вместе с крышкой 14 вынимается

10323 блок ступеней осаждения. Производится замена поверхностей осаждения подложек ll и Фильтров 13, затем блок ступеней осаждения вместе с крышкой

14 устанавливается на место, надевается скоба 17 и затягивается винтом

16. После этого трехходовый кран переводится.в положение "Продувка" (Фиг.. 3), при этом канал пробки 3 трехходового крана соединяет г1робо- 10 отборник 20 через канал б ввода измеряемой среды с коллектором 28. В этом положении измеряемая среда, проходя с большой скоростью, благодаря малому сопротивлению канала про- 15 дувки увлекает частицы, осевшие в пробоотборнике 20, что случается при длительном нахождении в потоке аэрозоля пробоотборника в. нерабочем состоянии, т.е. когда через него сне проходит аэрозоль. В этом случае частицы, обладающие достаточной инерцией, влетают в пробоотборник и, по» теряв скорость в неподвижной среде внутри него оседают на его стенки.

Таким образом, в пробоотборнике со временем может накопиться много осад.ка, который при измерениях увлекает-. ся потоком измеряемой среды по каналу б ввода газа в импактор и оседает

ЗО на поверхности осаждения (подложке) .первой ступени, внося существенную погрешность в результат измерений.

Далее трехходовый кран переводится в положение "Заполнение" (фиг. 4), при котором полость импактора медленно заполняется измеряемой средой через узкую щель,, образующуюся при неполном совмещении осей канала пробки ,3 трехходового крана и канала 6 ввода из; 4p меряемой среды. Необходимость медлен 1ого заполнения импактора обьясняется тем, что при повышенном давле" нии измеряемой среды в месте отбора пробы и атмосферном давлении в по" лости импактора в начальный момент

45 скорость газа в соплах ступеней ймпактора может достигать больших значений, вплоть1,до скорости звука, что приведе-. к порче поверхностей осаждения и разрыву фильтров фильтру- 5 ющей ступени.

После того, как давленке :импакторе сравняется с давлением в месте отбора пробы„ трехходовый кран переводится в положение "Измерение"

1,фиг. 1). В этом положении ось канала

3 трехходового крана совпадает с осью канала 6 ввода измеряемой среды

6g (канал полностью открыт), палец 5 ручки трехходового крана нажимает (надвигается Р на кнопку микропереключателя 25, электрические контакты которого замыкают цепь питания электромагнитного клапана 26, и он открывается. Эти же контакты могут включать электросекундомер (не показан . Измеряемая среда 1 аэрозоль проходит через, пробоотборник 20, канал 6 и канал пробки 3 трехходового крана, разгонное сопло j первой ступени, ударяется о поверхность осаждения первой ступени, где осаждаются наиболее крупные частицы, поступает в разгонное сопло второй ступени, на .подложке которой осаждаются более иелкие частицы, аналогично проходит последовательно все ступени осаждения импактора, размер разгонных сопел в которых уменьшается от ступени к ступени, проходит фильтрующую ступень, на

Фильтрах 13 которой осаждаются оставшиеся наиболее мелкие частицы. Далее чистый газ по трубопроводу 22 ввода газа через расходомер 23., регулировочный вентиль 2ч и электромагнитный клапан 26 сбрасывается в коллектор

28 или в атмосферу. По истечении времени, необходимого для накопления на поверхности осаждения ступеней и на фильтрах количества осадка, достаточного для анализа например, взвешиванием ), трехходовый кран пеРеводится в положение "Опорожнение" (Фиг. 5 ), при этом палец 5 ручки трехходового крана освобождает кнопку микропереключателя 25, цепь питания электромагнитного клапана 26 размыкается, и он закрывается, секундомер отключается. 9 положении "Опорожнение" полость импактора соединена с коллектором 28 (или атмосферой f через уз" кую щель, образованную частичным перекрытием канала пробки 3 трехходового крана, идавление вимпакторе плавно во избежание разрыва Фильтров снижается до атмосферного. После этого импактор открывается для смены подложек и Фильтров описанным выше способом.

В импакторе предлагаемой конструкции повышение точности измерений достигается за счет того, что трехходовый кран имИактора перед началом измерений обеспечФвает:операцию продувки (очисткиУ пробоотборных каналов от скопившихся аэрозольных час-. тиц, а электромагнитный клапан, от1032 крйвающийся в положении трехходового крана, соответствующего полному открытию канала ввода газа, исключает переходные аэродинамические процессы в .полости импактора, связан-ные с непостоянством скорости в соплах измерительных-ступеней, и четко фиксирует начало и конец экспозиции (время накопления осадка на поверхностях осаждения), это позволяет

1О осуществлять экспозиции любой продолжительности, в том числе и короткие; что необходим э при измерении высококонцентрированных аэрозолей.

Применение вместо электромагнит" ного клапана, время срабатывания ко" торого составляет сотые доли секунды, обычного запорного вентиля приводит к тому, что во время закрытия (открытия)вентиля которое обычно состав1

20 ляет несколько секунд, скорость прохождения аэрозоля в соплах импактора меняется от нуля до номинальной.

Известно, что размер осаждаемых частиц на ступени импактора зависит от скорости аэрозоля в сопле и определяется для каждой ступени импактора расчетом или тарировкой для вполне определенной скорости в сопле.

Следовательно, в течение всего вре. мени открытия и закрытия вентиля происходит неконтролируемый процесс осаждения на ступенях импактора, оценить который трудно, а часто и невозможно. В большинстве случаев время экспозиции соизмеримо с вре- 35 менем открытия и закрытия вентилей, что приводит к ошибкам измерения

: дисперсногр состава .аэрозолей. Так, .для измерения фракционного состава масляного тумана с концентрацией 40

5 - 7 гlм необходима экспозиция 1020 с. ВРемя открытия вентиля 3 с.

Таким образом, 6 с уходит на открытие и закрытие вентиля, т.е. 30-603 времени экспозиции идет неконтролируе" 45

l«ae осаждение, что приводит к ошибке измерения размера частиц, осаждаемых на ступенях импактора, на 50100ж.

При измерении Фракционного состава масляного тумана на выходе из поршнеsoro компрессора холодильной машины П-165f, фиг. 7) импактором, конструкция которого аналогична предлагаемой, только вместо электромагйитного 55 клапана использован пробковый кран, более быстродействующий, чем запорный вентиль, разброс измерений составляет

369

20-303 (время экспозиции составляло

60-120 с, концентрация 0,6-1,5 г/l«>)., а при измерении фракционного состава масляного тумана на .выходе из воздушного маслозаполненного компрессора

6КВИ 25/8 (фиг. 8) предлагаемым импа: ктором Разбросиэмерений составляет не более + 53. время экспозиции составляло 20 - 60 с, а концентрация

3-5 r/м

Кроме того, применение трехходового крана пробкового типа, выполненного в корпусе импактора, позволило-сократить длину каналов ввода иэмеряе" мой среды и выполнить их прямолинейными, постоянного сечения, без усту-. пов что снижает вероятность осаждения частиц до измерительных ступеней, за счет чего также повышается точность измерений.

Оперативность измерений импактором предлагаемой конструкции достигается тем, что все коммуникации подсоединены к неразборному корпусу импа, ктора, а блок ступеней осаждения сионтироваЯ на легкосъемной крышке, вследствие чего замена поверхностей осаждения (подложек ) осуществляется легко и быстро. Для этого достаточно ослабить зажимной винт, удалить .скобу и снять крышку имйактора вместе с блоком ступеней осаждения, при этом не требуется отсоединять трубопроводы, как в прототипе. Замену подложек и фильтров- в л гкораэборном блоке ступеней осаждения импактора предлагаемой конструкции «ожно производить.в любом удобном месте. Наличие только одного управляющего органатрехходового крана также сокращает время измерения и упрощает работу с импактором.

Надежность проведения измерений обеспечивается тем, что конструкция трехходового крана исключает воэможность нарушения последовательности переключений и все переключения в необходимой последовательности происходят за один оборот трехходового крана, имеющего фиксацию в необходи= мых положениях, а также тем, что предусмотренные конструкцией трехходового крана операции плавного заполнения и опорожнения полости импактора исключают возможность разрывов фильт" ра фильтрующей ступени MMnBKTopci и порчу осадител ьных поверхностей высокоскоростным потоком газа.

1032369 .10

Баэопасность- проведения измерени ков атмосфер . Герметичность импакобеспечиваетфя тем, что в конструкции тора и его соединения с измеряемой .импактора предусмотрено снижение средой относительно окружающей среды . давЛения вполости импакторадо ат-дает воэможность измерять агрессивмосферного перед вскрытием импакто- 5 ные и токсичные газы, что значительра для замены осадительных элементов. но расширяет область применения имРасаирение области применения пактора предлагаемой конструкции. импактора достигается за счет того, что конструкция трехходового крана Таким образом, предлагаемая импактора обеспечивает операции 10 конструкция позволяет надежно пропродувки, заполнения, опорожнения изводить замеры параметров аэрозоля в определенной последовательности, при высоких давлениях, повысить опечто дает возможность проводить иэмере ративность, точность измерений, уп" ния при высоких давлениях (от десят- ростить процесс измерений.

1 032369

3032369

Фиг3

1032369

1032369 89,7

ОХ д8 1

Составитель О. Алексеева

Редактор А. Лежнина Техред А.Бабинец Корректор В. Бутяга

Заказ 5393/48 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 в 8 Ю

Фиа3 ю su su run

Рука