Устройство для отбора проб аэрозолей из нестационарного газового потока

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК а(51) G 01 N 1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С0 3

Сл

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2! ) 3510875/25-26 (22) 12.11.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) Ю. И. Гаврилин и В. Т. Хрущ (53) 543.053 (088.8) (56) 1. Патент США № 4159635, кл. 73-28, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 875254, кл. G 01 N 1/22, 1980. (54) (57) УСТРОИСТВО 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 н-1правлению газового потока, отличаюи(ее1л тем, что, с целью повышения представительности пробы путем повышения надежности в работе и обеспечения саморегулирования входного сечения с минимальной инерционностью, входная насадка выполнена с боковыми щелями и снабжена стержнями, жестко соединенными с вход„„80„„1075109 А ным 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 направляюппими, приспособление для ориентации насадки снабжено крылом, установленным соосНо с трубопроводом, п|тангами, жестко скрепленными с крылом, и роликами, опирающимися на направляющие трубопровода, причем крыло снабжено пластиной, жестко соединенной с ним, востановленной перпендикулярно оси трубопровода после входной насадки, а пластина снабжена гибкими тросами, блоками и пггангами, размегценнымп снаружи каркаса и соединенными шарнирно с дугообразными элементами BxoJHoH Hd садки, устройство снабжено регулятором хода пластины, укрепленным на трубопроводе соосно с ним и расположенным за крылом.

1075109

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

Известно изокинетическое устройство для отбора проб аэрозолей с постоянным расходом воздуха, 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, вклк>чающее 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 необходимость наличия источника питания мощностью tie ниже 10-20 Вт, что снижает автономность, низкая скорость реакции на изменение внешних параметров, в данном случае, на изменение направления нестацконарного газового потока.

Целью изобретения является повышение представительности пробы путем повышения надежности в работе и обеспечения саморегулирования вход. ioro 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 i;o направлению газового потока, входная насадка выполнена с боковыми щелями и снабжена стержнями, жестко соединенными с входным трубопроводом, и каркасом, вьп.олненным 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 направлякнцими, приспособ.пение для ориентации насадки снабжено крылом, установленным соосно с трубопроводом, птангами, жестко скрепленными с крылом, и роликами, опирающимися на на25

55 правляющие 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 шарнирно с дугообразными элементами входной насадки, устройство снабжено регулятором хода пластины, укрепленным на трубопроводе соосно с ним и расположенным за крылом.

На чертеже изображено устройство.

Устройство содержит входную насадку 1 с боковыми щелямк 2, cocTORmy ю 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, IltTBllr 12 HB роликах 13, крыло !4, приспособления для ориентацки с пластиной 15., блоки 16, тросы !7, штанги

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

Устройство работает следующкм образом.

Набегающий поток газа оказывает давление на пластину 15 и на крыло 14 приспособления для ориентацки. Под действием этого давления они перемещаются:H роликах 13 по направля:ощим 1 вдоль оси входного трубопровода 10, опираясь на штанги 12. При этом перемещение пластины 15,. связанной через блоки 6, тросы 17 к штап— ги 18, шарнирно соедкненнь.е 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 rðè повышении давления газового потока ведет к уменьшению входного сечения входной насадки 1, составной частью которого являются 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 мкнимально вдоль стержней.

Таким образом, по всей длине эластичной оболочки 4 (»внимум 10 c») одинаково работают на растяжение все ее элементы, расположенные вдоль фиксирующйх перемычек.

Это резко снижает отклонения от изокинетичности (неискажение линий тока набегающего потока) из-за изменения свойств эластичной оболочки в результате отклонений температуры окружающей среды от значения, при котором производится градуировка устройства.

1075100

Изменение входного сечения входной насадки 1 должно быть пропорционально изменению линейной скорости набегаюшего потока и согласовано с постоянным расходом газа через фильтр 21, обеспечиваемым насосом 22. Согласование осуществляется подбором формы и площадей пластины 15 и крыла !4 приспособления для ориентации, а также регулятором 19 хода пластины 15, имеющим набор упругих элементов 20 различной длины, коэффициент !0 упругости которых подбирается при градуировке, проводимой в аэродинамической трубе. Чем больше скорость набегающего газового потока, TBM больше сила, 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 аредлагаемого устройства может быть проиллюстрирована следующим примером.

Пусть постоянный расход насоса 22V=

600;I/MHH =- 10 cм /c, MHHHM3o1b!!353 cKopOcTb 25 з ветра М»;„= 10 см/с, максимальная скорость ветра 1/в,< — — 2,0 10 см/с.

Площадь входного сечения (без учета наличия боковых щелей) должна изменяться обратно пропорционально скорости набегающего потока от S,„= — 100 см ""

V " г % it!

ДО S ;,= — — — ОСМ .

У нлх.

Энергию, необходимую для изменения 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

F . и силы сопротивления трения Г,т

Fnow. = Fm + дзвл. (1)

Ьгм. = Сь Р - (2)

FT1, = (P P

2 (3) где C — коэффициент сопротивления давления;

С вЂ” коэффициент сопротивления тре45 ния;

Ж вЂ” площадь .лиделевого сечения (проекция сечения, перпендикулярная вектору скорости потока); — плотность воздуха;

V — скорость потока.

Как видно из формул (!) (3), сила давления ня плас Híó и крыло !4 растет пропорционально квадрату скорости потока.

Выбор площадей пластины 15 и крыла

14 Обуславливается величиной необ.:одимой минимальной силы, действующей íà них 55 прН минимальной скорости потока 1 м/с.

Эта сила должна скомпенсировать суммарную силу трения качения роликов, силу начал!Н1ог0 растяжения эластичной оболочки и с1!ль! инерции крыл2 пластины, карк3с2, эластичной оболочки и штанг.

При повышении скорости набегающего потока действу1огцая на крыло и пластину г сила растет пропорционально V, я плошадь входного сечения должна изменяться обратно пропорционально У . Избыток силы гасится регулятором 19 хода пластины и коыла.

Аналитический учет площади боковых щелей сложен, поэтому устройство регулируется и градуируется в аэродинамической трубе. При этом согласование заданной скорости потока !! входного сечения осуществляется по минимуму возмущений на Вхо!

F!есОВ!!2;«еiiH« по LI2ilp3Bлению ВсктОр3 скорости нябег2101цег0 потока с осью пробоотоорниKп, !1«pill. .H3HKV 3BpIIOÉ К11угJIOM) или прямоугольному входному сечению, например, известных устройств ведет (вслед за Hccoгласованносгью скоростей потоков до входногO сечения и 33 ним) к отклонениям

От пред«т!! Н1!тель!;o«òi! (Осоое н но для крупHbix -! я сти iL) .

Ввсд«1!Hс в КО;!«трукцию входной насадкии 1, боков! х щелей 2, образованных дуiaMH 6, про 1НKTOB2HO необходимостью умеi!hl!IHTb отклонения от изокинетичности в «г"-!Яс быстрь1х н кратковременных измене;:. !!! няпряв ния I à3îBOãî потока в плоско«тп. и а р ялл сл ьно плос кости Земли, КО!Ля никакая механическая система не в состоянии cp«BI3!pnB3T» на эти изменения.

При наличии боковых щелей влияние не«овп;1д ия B«KTop3 сКОросТН Набег2ioL1å! 0:потока с о«ь!О llp0á0îòáîðíHê2 Н3 представительно«ть;1робоотборя снижается, TLIK K2K даже !ля угля расхождения, няпр! Ср, в 90";«ть набегающего потока вме«тс с пр! мссями все равно попадает в миделсво сече!н с боковой щели входной

í",садкi!. При этом входное сечение, образованно« передними дугообразными элементами 6, и!!Ноо,:1етает все более яэродинамп !Сскую форму НО мере увеличения скоpOL H H2GF i2KiIlLC i0 lIO1 OK2. Фор1 !Я

IlгО сечения мож«т быть подобрана как начальным наклоном входных дуг, так и формой их изгHG2.

По cð32íåHHIO «известным предлагаемое у«тэо й«TBO харя ктс0 !!3мется м гlлы ми 10GOвозму гце1IHяxl 1 Hр11;1!QGQЙ cliopocTH набега!О;цего IOToK3 вследствие отсутствия за«.-.OHK!i, я также наличием боковых щелей для .-...1!1идяц:!и «Озму!цений, вызываемых изменен!!ем направления набегавшего газового iiOToK3. ОнО характеризуется также

НЯЛН:!ИЕ!! CЯМОР«Г! I!IPOBKH BP..IHЧИНЫ ного сечения, !то,«лает устройство простым

H надежны.» B эк«;1,1i 2T2LIHH, Т2К К2К СТ2НО1075109

II 1

22 1 1

Составитель Л. Сондор

Техред И. Верес Корректор H. Ьутяга

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Редактор H. Лазаренко

Заказ 231/35 вится ненужным блок управления и дополнительный источник питания.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить минимальную инерционность в 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 ско- 10 рости 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 широко 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. Небольшая корректировка может быть осуществлена изменением начального положения (наклона) входных дуг и их фор мы.