Устройство для отбора проб пыли

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NII

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3652916/23-26 (22) 11. 10.83 (46) 15.02.85. Бюл. Ф 6 (72) В.С. Барболин, Б. В.Берг и А.M.Ñèäîðoâ (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова (53) 543.053(088.8) (56) 1. Трембовля В.И. и др. Теплотехнические испытания котельных установок. М., "Энергия", 1977, с. 94. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ

ПЬШИ иэ аэропотока, включающее наконечник,отсосную трубу и импульсные трубки, одна иэ которых установлена снаружи наконечника, а другая выполнена с открытым концом на внут-: ренней стенке наконечника, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

I повыпения достоверности проб пыли, оно снабжено цилиндрическим пылесборником, установленным соосно с наконечником, подводящей трубкой, гаэораспределительной камерой и дополнительной импульсной трубкой, соединенной с внутренней стенкой пыле-. сборника, а подводящая .трубка соединена с пылесборником и установлена концентрично снаружи отсосной трубы, при этом пылесборник установлен средней частью в газораспределительной камере и выполнен в этой части перфорированным.

11399

Изобретение относится к технике измерения концентрации дыни в дисперсных аэропотоках.

Известно устройство для отбора проб. пыли - трубка Всесоюзного тепло-. 5 технического института. Устройство включает наконечник, отсосную трубку, импульсные трубки, одна из .которых установлена снаружи наконечника, а другая выполнена с концом на внут- 10 ренней стенке наконечника (1) .

Недостатком этого устройства является невозможность замерить достоверно концентрацию частиц в полидисперсном неуравновешенном аэропотоке, 15 где часть крупных частиц не взвешена, например в надслоевом пространстве полидисперсного кипящего слоя.

Как известно концентрация частиц в надслоевом прострайстве убывает с 20 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 — 25 остальные. Частицы выбрасываются в-надслоевое пространство разрывающимися на поверхности слоя пузырями.

По мере подъема крупных частиц в над- слоевом пространстве их первоначаль- ная 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. Указанное устройство работает при изокинетичности отбора проб, т.е. равенстве скоростей газов в аэропотоке и

40 в наконечнике. При этом крупные частицы, попавшие в наконечник, ударяются о верхнюю часть отсосной трубки (поворотное колено), стенки наконечника и отсосной трубки, отскакивают от них,а так как они не взвешены внутри наконечника (силы сопротивления газового потока, действующие на крупные частицы, меньше сил веса этих частиц), теряют кинетическую первоначальную энергию и выпадают из 50 наконечника. Крупные частицы не могут быть захвачены газовым потоком в отсосной трубе и транспортироваться им в горизонтальной ее части (после колена и поворота аэропотока 55 на 90 ), так как они не взвешены газом. Достоверно при этом можно измерить только концентрацию мелких

95 2 частиц, скорость витания которых меньше 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 концентра/ ции за счет более высоких значений, превышающих действительные, мелкие частиц.

Цель изобретения †.повышение 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 пыпесборником, 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 пылесборник установлен средней частью в газораспределительi Hoé 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 противоположных сторон. Цилиндрический пылесборник 2 имеет дно. Наконечник 1 жестко соединен с отсосной трубой З,а пылесборник 2 — с подводящей трубой 4 посредством газораспределительной камеры 5, охваты вающей пылесборник по наружному диаметру, причем между внутренней стенкой камеры 5 и пылесборником 2 имеется свободное пространство. Подводящая труба 4 имеет внутренний диа» метр, 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 одина ково), и охватывает по периметру отсосную трубу. В стенке пылесборника, 95 4 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 зто препятствие, а крупные частицы в силу своей инерционности продолжают двигаться прямолинейно, ударяются о препятствие, отскакивают от него в противоположную сторону и падают. Таким образом, крупные частицы, попавшие в наконечник 1, не в состоянии свободно вмес.те с газом изменить свое направление на 90 в колене трубы — они удао ряются о верхнюю часть колена, отра. жаются в результате удара в противоположную сторону и выпадают иэ наконечника. Возможно также взаимное столкновение частиц друг с другом и со стенками наконечника 1 и отсосной трубы 3, что также способствует их выпадению нако нечника.

3 11399 в его верхней части,, на внутренней поверхности закреплен открытый конец третьей импульсной трубки 6 (другой конец импульсной трубки соединяется с микроманометром). Пылесборник 2 имеет перфорацию (отверстия) 7 в зоне газораспределительной камеры 5.

Устройство работает следующим образом.

Входное отверстие наконечника 1 1л направляется навстречу аэропотоку, а входное отверстие пылесборника 2 в противоположную сторону, вдоль аэропотока (направление газа показано сплошными линиями стрелок, а частиц — прерывистыми).. В отсосной трубе 3 создается разрежение (например, эжектором), в результате в наконечник 1 и отсосную трубу 3 поступает для последующего анализа пылегазовая аэросмесь. В пылесборник

2 по подающей трубе 4 подается газ (например, дутьевым вентилятором).

По показаниям давлений в импульсных трубках 6 устанавливается изокинетич-g5 ность отборов проб пыли в наконечнике 1 и пылесборнике 2 (равенство статических давлений во всех трех трубах). В этом случае скорости газа внутри наконечника 1 и пылесборника

2 равны скорости газа в окружающем их аэропотоке. При таком условии не нарушается режим течения аэропотока как вблизи наконечника 1 и пылесборника 2 (линии тока газа и час35 тиц остаются неизменными) так и внутри них. Таким образом появляется возможность достоверно замерить концентрацию частиц в данном сечении.

Мелкие частицы, достигшие входного отверстия наконечника 1, свободно входят в него и далее поступают в отсосную трубу 3 для последующего анализа,. Они взвешены газовым пото-.. ком, т.е. их скорость витания мень- 45 .ше скорости газа (действующие на частицы силы больше снл веса этих частиц) . Поэтому эти частички беспрепятственно огибают любые препятствия, в данном случае свободно вместе с . 50 газовым потоком изменяют направление своего движения на 90 при пово»

0 роте в колене отсосной трубы. Крупные,частицы имеют скорость витания больше чем скорость газа, т.е. силы 55 сопротивления газа, действующие на частицы, оказывающие меньше веса частиц. Поэтому крупные частицы летят

В пылесборник 2 через подводящую трубу 4 подается (например, дутьевым вентилятором) чистый газ. Скорость

его на выходе из пылесборника 2 устанавливается равной скорости газа в окружающем аэропотоке. Для равномерной раздачи газа в пылесборнике 2 имеется газораспределительная камера 5,охватывающая 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 пылесборника 2 скорость газов равна скорости.аэропотока, то мелкие частицы попасть в него не могут. В открытый конец пылесборника

2 свободно попадают только крупные частицы, летящие вниз под действием силы тяжести. Крупные частицы 8, попавшие в пылесборник 2, скапливаются в его нижней части, на дне. По мере-- накопления частиц в пылесборнике 2 устройство для отбора проб пыли удаляется иэ аэропотока, частицы высыпаются из пылесборника 2 и взвешива" ются. Вэвешиваютсй также ш мелкие

1139995

Ar

Ч йы

В й. 18+0,614Ar" равна 1 м/с.

Здесь Ar — число Архимеда, равное

Рт — Pr

Ar=— г 0

«6 где = 15,6 10 м /с — кинематическая вязкость; 35 диаметр частиц; ускорение земного притяжеЙ Э

g = 9,8 м /сния, плотность ма- 40 териала частиц эолы, плотность возPò = 1400 кг/мз р 1,2 кг/м духа. которых мень 45 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 V „ частицы слоя как крупные1 так и мелкие. Мелкие частицы, скорость витания которых меньше

1 м/с, уносятся вместе с газом из надслоевого пространства. Крупные частицы в зависимости от скорости их выброса из слоя летят до опредечастицы, поступившие в отсосную тру бу 3, а затем уловленные фильтром (не показан). Таким образом, суммируя массу частиц, уловленных за определенное время наконечником 1 (мелкие частицы) и пылесборником 2 (крупные частицы), получаем концентрацию частиц на данной высоте (например, от уровня кипящего слоя).

Покажем работу устройства на кон- 10 кретном примере замера концентрации аэропотока в надслоевом пространстве кипящего полидисперсного слоя. Полидисперсный слой содержит частицы золы от 10 до 4000 мкм. Скорость фильт- 1S рации воздуха через слой 1 м/с (на пустое сечение аппарата) . Ожижающий агент — воздух при 20 С. При скоросо ти воздуха 1 м/с взвешенными будут частицы размером 200 мкм и менее. 20

Скорость витания частиц размером

200 мкм, подсчитанная по формуле То.деса О.М. (8) ленной высоть1 от нуля до Ь,м у после чего возвращаются в кипящий слой. Высота подброса крупных частиц можеч1 достигать нескольких метров. Допус тим на высоте 1 м от уровня кипящего слоя,т.е. ниже высоты Ьрщ„, установлено устройство дпя отбора проб пыли, открытый конец наконечника которого направлен навстречу потоку, а открытый конец пылесборника — вдоль потока. Скорость газа в наконечнике и пылесборнике с помощью импульсных трубок устанавливается равной 1 м/с, т.е. 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 пылесборнике 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 выдержки устройства на данной высоте, например, в течение 1 мин, оно удаляется иэ 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 См =

О, 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 пылесборника 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

GM 01 .слоя проходит м" 0,0000 60

5,55 кг/м с мелких частиц и

0,05

«г кг/м с крупными часFyp т 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 удво ить, т.е. 2,38 х 2 = 4,76 кг/м с .

1139

< -1- — — = 85,77.

10 31-5 55

5,55

Составитель A.Cîíäîð

Редактор О.Колесникова Техред А,Бабинец Корректор M.Ëåì÷èê

Заказ 253/31 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород. ул. Проектная, 4

Таким образом, суммируя полученное значение концентрации мелких и крупных частиц, получаем общую концеитпапню (поток частиц) проходящих через единицу площади горизонталь 5 ного сечения аппарата за единицу времени: 5, 55 + 4,76 = 10,31 кг/м с.

В качестве базового объекта для сравнения взят прототип — трубка

Всесоюзного теплотехнического инсти- 10 тута.

Предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет более достоверно замерить концентрацию частиц в неуравновешенных вертикальных аэро-pS

995 в потоках. Например, при измерении кон- центрации частиц в приведенном. примере трубкой Всесоюзного теплотехнического института при условиях изокинетичности отбора проб можно замерить только концентрацию мелких частиц, которая равна 5,55 кг/M с. Действительная концентрация пыли, замеренная с помощью предлагаемого устройства, равна 10,31 кг/м с. Таким образом, при измерении концентрации пыли в аэропотоке ошибка составляет: