Устройство для отбора проб аэрозолей

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ АЭРОЗОЛЕЙ, содержащее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля, исполнительный механизм для изменения Ш101цади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля и следящую систему, связывающую датчик с исполнительньм механизм ж , отли ч ающ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля, заборный наконечник выполнен из упругой пластины, а исполнительный механизм снабжен приспособлением для возвратно-поступательного перемещения заборного наконечника. 2.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что исполнительный механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника выполнен в виде коаксиальных направляю1фгх, тяг, прикрепленных одними KOHuaNei к заборному наконечнику , а другими гк 1фиспособ дению для возвратно-поступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивным сервомотором, связанньм с датчиком скорости потока через следящую.систему, а приспособление для возвратно-поступательного перемещения наконечника вьшолнено в виде кулачковой передачи или передачи винт-гайка и соединено с сервомотором . 3.Устройство по n.f, от л ичающееся тем, что приспособление для всасывания аэрозоля выполнено в виде вентилятора с регулятором расхода воздуха. 4.Устройство по пп. 1 и 3, о тличающееся тем, что регуСП 4 СП 00 Ь9 лятор расхода воздуха вьшолнен в виде установленной в входном канале вентилятора шайбы, в отверстии которой расположен подпр :хиненный конус, установленный вершиной к вентилятору .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ПИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

„„SU„„ ll 154582 А

4(Sl) С 01 N 1 /22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ} ЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3670629/23-26 (22) 09.12.83 (46) 07.05.85. Бюл. I 17 (72) Г,Г. Белов (71) Институт экспериментальной метеорологии (53) 543.053 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании

И 1442538, кл. G 1 В, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 875254, кл. О 01 Ч 1/22, 1980. (54)(57) !..УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА

ПРОБ АЭРОЗОЛЕЙ, содержащее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля, исполнительный механизм для изменения . площади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля и следящую систему, связывающую датчик с исполнительным механизмом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью новыиения. эффективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля, заборный иаконечник выполнен йз упругой пластины, а исполнительный механизм снабжен приспособлением для возвратно-поступательного перемещения забор" ного наконечника.

2. Устройство по и. l,,о т л ич а ю щ е е с я тем, что исполнительный механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника выполнен в виде коаксиальных направляющих, тяг, прикрепленных одними концами к заборному наконечнику, а другими †. к приспособлению для возвратно-поступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивным сервомотором, связанным с датчиком скорости потока через следящую, систему, а приспособление для возвратно-поступательного перемещения наконечника выполнено в виде кулачковой передачи или передачи винт-гайка и соединено с сервомотором е

3. Устройство по п.f о т л ич а ю щ е е с я тем, что приспособление для всасывания аэрозоля выполнено в виде вентилятора с регулятором .расхода воздуха.

4. Устройство по пп. 1 и 3 ° о тл и ч а ю щ е е с я тем, что регулятор расхода воздуха выполнен в виде установленной в входном канале вентилятора шайбы, в отверстии которой расположен подпр .;«иненный конус, установленный вершиной к вентилятору °

Изобретение относится к технике отбора проб путем всасывания газа, содержащего взвешенные частицы и может использоваться для . контроля за состоянием воздуха, а также в промышленных установках для контроля за количеством пылевидных частиц.

Известно устройство для определения содержания пыли в воздухе, содержащее корпус с заборным наконечником в виде горизонтальной цилиндрической. трубки, скрепленной с флюгаркой, устанавливающей ее против ветра, фильтр, вентилятор с электроприводом, счетчик количества просасываемого воздуха, iperyлятор расхода, датчик скорости ветра, сходящий электропривод 1 1).

Недостатком устройства является невозможность обеспечить изокинетичность при больших скоростях вет- ра.

Известно устройство для отбора проб аэрозолей, содержащее заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля (аспиратор), исполнительный механизм для изменения площади входч ного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля, следящую систему (23.

Недостатком устройства является недостаточная эффективность контроля эа содержанием взвешенных частиц в воздухе, а также обеспечение изокинетичности отбора не в любом диапазоне скоростей ветра.

Цель изобретения — повышение эфФ фективности контроля за содержанием взвешенных частиц в воздухе за счет обеспечения изокинетичности отбора в любом диапазоне скоростей аэрозоля.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб аэрозолей, содержащем заборный конический наконечник, приспособление для всасывания аэрозоля, исполнительный механизм для изменения площади входного сечения заборного наконечника, датчик скорости потока аэрозоля и следящую систему, связывающую датчик с исполнительным механизмом, заборный наконечник выполнен из упругой пластины, а исполнительный. механизм снабжен приспособ.лением для возвратно-поступатель4582 ного перемещения заборного наконечника.

Исполнительный механизм выполнен в виде коаксиальных направляющих, тяг, прикрепленных одними- концами к заборному наконечнику, а другими к приспособлению для возвратнопоступательного перемещения наконечника, снабжен реверсивным серво I0 мотором, сВязанным с датчиком скорости потока через следящую систему, а ,приспособление для возвратно-поступательного перемещения наконечника выполнено в виде кулачковой передачи

15 и передачи винт-гайка и соединено с сервомотором.

Приспособление для всасывания аэрозоля выполнено в виде установленной во входном канале вентилятора щ шаибы, в отверстии которой расположен подйружиненный конус, установленный вершиной к вентилятору. .На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг .2 — схема устройства; на фиг. 3 — конический наконечник.

Устройство содержит корпус 1, часть 2 которого выполнена поворотной вокруг вертикальной оси и снаб-! жена коническим разрезным заборным наконечником 3, выполненным Н3 упругой гибкой пластины, свернутой в виде усеченного конуса. Поворотная часть 2 имеет съемную крышку 4.

На поворотной части 2 на крон,штейнах 5 установлен датчик 6 направления ветра в виде флюгарки и датчик 7 скорости ветра (крыльчатка). В корпусе 1 расположен венти40 лятор 8 с электроприводом 9. В подводящей трубе 10 установлен автоматический регулятор расхода в вице шайбы 11, в отверстии которой расположен подпружиненный конус 12, направленный вершиной по потоку(к вентилятору 8). В нижней части корпуса выполнены отверстия 13 для ,выпуска просасываемого воздуха.Корпус 1 укреплен на телескопической мачте 14.

Поворотная часть 2 несет внешнюю коническую направляющую 15, которая охватывает заборный наконечник

3, а коаксиально к ним внутри нако55 нечмика 3 находится кольцевая на- .правляющая 16 в вице трубки.

К основанию наконечника 3 прикреплены тяги 17, которые с помощью пе154582 4

3 1 редачи винт-гайка 18 и червячной передачи 19 соединены с реверсивным сервомотором 20, служащим для возвратно-поступательного перемещения наконечника 3 в направляющих 15 и

16. Сервомотор 20 подключен к выходу следящей системы 21, к входу которой подключен электрический выход датчика 7 скорости ветра — крыпьчаткн. На оси крыльчатки 7 может быть укреплен кулачок, замыкающий контакт при каждом обороте, или электрогенератор, настолько малой мощности, чтобы крыльчатка 7 могла его вращать при скорости ветра 0,5 м/с. Для усиления сигнала датчика в следящей системе 21 предусмотрен усилитель. Следящая система 21 выполнена в виде мостовой схемы, а цепь выхода которой включен сервомотор 20.

На выходе наконечника 3 установлен сепаратор взвешенных частиц в виде кольцевого фильтра 22, который укреплен иа сетке 23, а эта . сетка охватывает ролики 24 и 25.

Ведущий ролик 25 установлен в центре вращения поворотной части 2 и связан червячной 26 и зубчатой 27 передачами с валом сервомотора 28, который установлен на неподвижном корпусе 1.

Концентрично с роликом 25 установлена зубчатка 29, входящая в зацепление с червяком 30, соединенным с валом реверсивного сервомотора 28. Зубчатка 29 скреплена с поворотной частью 2 и может поворачивать последнюю. . Передачи 26 и 27 рассчитаны так, что при одном полном повороте части 2 кольцевой фильтр 22 протягивается перед выходом наконечника

3 полностью, на всю свою длину.

К сетке 23 прилегает вход поворотного патрубка 30, выход которого соединен с подводящей трубой 10.

Патрубок 30 скреплен с поворотной частью 2 и всегда следует за наконечником 3 .

К вертикальному валу флюгарки

6 прикреплен рычаг 31, расположенный между контактами 32 и 33, разнесенными в горизонтальной плоскости на заданное угловое расстояние, например на 1/8 часть окружности. Контакты 32 и 33, а также рычаг 31 подключены к входу следящей системы 34, соединенной с реверсивным сервомотором 28, который эта следящая система с помощью системы реле может запускать в ту или иную .сторону в зависимости от того, какой иэ контактов (33 или 34) замыкает рычаг 31, вращающийся вместе в флюгаркой 6.

В подводящей трубе 10 установлен измеритель 35 объема просасываемого воздуха, который представляет собой протарированную крыльчатку,со счетчиком ее оборотов, по числу которых судят об объеме протянутого вентилятором 8 воздуха.

Для питания описанных агрегатов прибор снабжен источником Зб постоянного тока в виде аккумулятора или выпрямителя, подключенного к се20 ти переменного тока. Источник тока расположен в контейнере у основания телескопической мачты 14, для его подключения к прибору в корпусе 1 предусмотрен ввод 37. д Устройство работает следующим образом.

Телескопическую мачту с прибором устанавливают в месте, где необхо- 4 димо отбирать пробы воздуха, содержащего взвешенные частицы. Чтобы установить на сетке 23 кольцевой фильтр 22, открывают крышку 4, Кольцевой фильтр 22 имеет метки, соот-. ветствующие направлениям на север, 35 юг, восток и запад и на промежуточные направления. Этот фильтр закрепляют на сетке 23 так, чтобы напротив наконечника 3 находился участок фильтра, соответствующий имеющемуся в данный момент направлению наконечника 3 {например, северо-западному). После этого крышку закрывают, поднимают прибор на телесконической штанге до заданной высоты и включают электропитание прибора.

Вентилятор 8 начинает засасывать воздух через наконечник 3 с заданной постоянной величиной расхода, которая поддерживается автоматически как за счет постоянства оборотов вентилятора, приводимого в действие электромотором, так и за счет регулятора расхода воздуха. При увеличении расхода воздуха выше заданной величины подпружиненный конус 12 испытывает увеличенное давление потока и вдавливается в шайбу 1 1, 1154582!

О

30

К0

Замыкание одного из упомянутых контактов приводит к появлению сигнала, но которому следящая система

34 эапускает сервомотор 28 в таком направлении, нри котором вращение поворотной части 2 приводит к отхо. ду замкнутого контакта (32 или 33) от рычага 31 тогда сервомотор 28 обесточивается и вращение поворотной части 2 прекращается. При этом. наконечник 3 оказывается повернутым против ветра.

При описанном вращении поворотной части 2 сервомотор 28 с помощью передачи 27 вращает также и ролик

25, что приводит к нротягиванию фильтра 22 перед выходом наконечника

55 уменьшая зазор, а с ним и расход.

Если же расход воздуха уменьшается, то конус 12 испытывает меньшее давление потока и пружина приподнимает

его тем самым увеличивая зазор между шайбой и конусом, что приводит к увеличению расхода. Регулировочным винтом задают исходное положение конуса по отношению к шайбе 11 и задают величину расхода воздуха, просасываемого через прибор вентилятором. И этот, расход затем поддерживается автоматически.

Если ветра нет, то включенный прибор протягивает. воздух через фильтр 22, а входное отверстие наконечника 3 будет находиться у кольцевого среза направляющих 15 и 1б и будет иметь наибольшую площадь поперечного сечения, например 20 см .

Если постоянный расход всасываемого воздуха принят равным 1 л/с, то скорость воздуха на входе наконечника составит 0,5 м/с. При такой скорости несоблюдение изокинетичности (штиля) обусловит небольшую вполне допустимую погрешность в определении содержания взвешенных частиц, поскольку при штиле в воздухе содержатся мелкие частицы, а крупные выпадают.

При отсутствии ветра флюгарка 6 неподвижна и рычаг 31 не касается ни одного из контактов 32 и 33.

Korpa поднимается ветер, направ- . ление которого не совпадает с направлением флюгарки, то последняя под влиянием ветра -поворачивается и рычаг 31 замыкает один из контактов

32 или 33 в зависимости от направления ветра.

3 на величину, соответствующую величине поворота наконечника 3. Таким образом, взвешенные частицы выделяются на частях фильтоа 72,соответствующих определенным направлениям ветра, Возникновение ветра приводит не только к повороту флюгарки и поворотной части 2, но также приводит во вращение крыльчатку 7, являющуюся датчиком скорости ветра с электрическим выходным сигналом. Этот сигнал попадает в следящую систему 21, которая запускает сервомотор 20, последний с помощью передач 19 и

18 и тяг 17 выдвигает наконечник

3 вдоль его продольной оси иэ направляющих 15 и 16. При этом выдвижение входного сечения наконечника

3 уменьшается. A поскольку расход всасываемого воздуха при этом остается неизменным, то уменьшение площади входного сечения .наконечника сояровождается соответствующим увеличением скорости воздуха в этом сечении. Следует отметить, что на зто увеличение скорости воздуха на входе наконечника не требуется затрачивать дополнительной энергии вентилятора ввиду того, что засасываемый воздух уже имеет необходимую повышенную скорость, которая является возросшей скоростью ветра. В то же время, ввиду неизменности расхода просасываемого воздуха сопротивление тракта от наконечника до вентилятора тоже остается прежним, поскольку скорость движения воздуха в этом тракте остается неизменной.

Для соблюдения изокинетичности на входе наконечника требуется, чтобы при изменении скорости ветра на . какую-то величину, на такую же величину изменялась (и с тем же знаком) и скорость воздуха на входе наконечника. Чтобы этого добиться, следует тарировкой найти зависимость между величиной сигнала датчика скорости ветра ? и скоростью ветра в заданном .диапазоне его скоростей.

После этого в соответствии с указанной зависимостью надо подобрать передачи 19 и 18 от сервомотора 20 к наконечнику 3. Если упомянутая зависимость между сигналом датчика скорости ветра и скоростью ветра выражается прямой линей, то можно воспользоваться червячной передачей,а s

11 458 случае более сложной зависимости можно использовать кулачковую передачу.

Если площадь входного сечения (меньшего основания конического наконечника 3) при отсутствии ветра составляет 20 см, то в случае сильного ветра гибкую упругую пластину, образующую конический наконечник 3, сервомотор выдвинет из направляющих 4 и 16 и его входное отверстие 1О может уменьшиться до 0,1 см . Такое сечение будет получено, если пластина будет выполнена из достаточно тонкого упругого материала, например из тефлона или бериллиевой — 15 бронзы, толщиной 0,1-0,2 мм.

При уменьшении входного сечения наконечника до 0,1 см и принятом расходе всасываемого воздуха, равном 1 л/с скорость воздуха в та- 2п ком входном сечении составит

100 м/с, т.е. достигнет такой скорости, которая черезвычайно редко встречается даже в сильнейших тропических ураганах. 25

При увеличении скорости ветра сервомотор 20 будет по сигналам датчика скорости ветра 7 выдвигать наконечник 3 из направляющих и этим будет уменьшать входное сечение наконечника именно настолько, что скорость засасываемого воздуха на входе наконечника будет все время соответствовать скорости ветра,. т.е. будет соблюдаться изокинетичность.

При уменьшении скорости ветра

3S сервомотор 20 будет втягивать наконечник в направляющие, увеличивая

2 8 входное отверстие наконечника в соответствии с требованием иэокинетичности воздухозабора. При этом устройство будет обеспечивать упомя-. ,нутую изокинетичность во всем диапазоне скоростей ветра, встречающихся в природе.

Предложенное устройство может быть использовано не только в виде предлагаемой стационарной установки, но также и на летательных аппаратах (на вертолетах, например). При этом датчик скорости можно выполнить не в виде крыльчатки, а использовать применяемый в авиации датчик скорости, устроенный на принципе трубки Пито. Датчик направления ветра не понадобится. А протяжка фильтра будет осуществляться не по команде датчика направления ветра, а по команде часового механизма.

Таким образом, предложенное устройство позволяет отбирать пробы газа, содержащего взвешенные частицы, автоматически обеспечивая иэокинетичность на входе наконечника в большем диапазоне скоростей, когда приходится отбирать пробы в условиях частых и значительных колебаний скорости газа. Это позволяет повысить эффективность контроля за содержанием взвешенных частиц в,газе, что имеет важною значение при контроле за загрязнением воздуха,в геологоразведке, а также нри контроле за различными технологическими процессами.

1154582

1164582

Составитель С. Горяйнова

Техред Л.Коцюбняк Корректор Г. Решетник

Редактор С.. Патрушева

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2705/37

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