Пробоотборное устройство
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для плавного регулирования малых расходов рабочих сред при отборе пробы в приборах и системах аналитического контроля микроконцентраций состава газов в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - устранение влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе. Пробоотборное устройство выполнено в виде вентиля тонкой регулировки расхода, состоящего из корпуса, в котором размещена подвижная игла и съемное неподвижное седло. Корпус содержит входной, выходной и байпасный каналы. Новым является выполнение в рабочей полости со стороны сальника соосно с корпусом цилиндрической расточки, соединенной с байпасным каналом, образующей диффузионный барьер, площадь поперечного сечения которой F<SB POS="POST">2</SB> с площадью сечения рабочей полости F<SB POS="POST">1</SB> и площадью сечения иглы F<SB POS="POST">0</SB> связаны соотношением F<SB POS="POST">2</SB>-F<SB POS="POST">0</SB>/F<SB POS="POST">1</SB>-F<SB POS="POST">0</SB>≥10. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (ll) ()1) С 01 N 1 22 1/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР
К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4353156/23-26 (22) 30. 12.87 (46) 23.08.89. Бюл. М - 31 (72) С.И.Хаймс, M.È.Êóñòoâ и Д.П.Сиренко (53) 543.053 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
1(452707, кл . F 16 К 1/38, 1/52, 1972.
Авторское свидетельство СССР
N 361345, кл ° 16 К 1/52, 1968.
Авторское свидетельство СССР
М 1142760, кл. 0 01 N 17 22, 1982. (54) ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для плавного регулирования малыхин расходов рабочих сред при отборе пробы в приборах и системах аналитического контроля микроконцентраций состава газов в различных отраслях
Изобретение относится к приборостроени)0 и может быть использовано для плавного регулирования малых расходов рабочей среды в приборах р rистам . о 6 ч и -,rF Целью изобретения является повышение достоверности нробь) за счет устранения влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе. На фиг.1 изображено пробоотборное устройство, осевое сечение; на фиг.2 2 промышленности. Цель изобретения устранение влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращение времени переходного процесса при анализе. Пробоотборное устройство выполнено в виде вентиля тонкой регулировки расхода, состоящего иэ корпуса, в котором размещена подвижная игла и съемное неподвижное седло. Корпус содержит входной, выходной и байпасный каналы. !1овым является выполнение в рабочей полости со стороны сальника соосно с корпусом цилиндрической расточки, соединенной с байпасным каналом, образующей диффузионный барьер, площадь поперечного сечения которой Fg с площадью сечения рабочей полости F и площадью сечения иглы F0 связаны соотношением F< -F / /F,-F )10. часть устройства, выполненная по известной схеме, сечение; на фиг.3 то же, выполненная по предлагаемой схеме," на фиг.4 — график распределения концентраций примеси для различных конструктивных исполнений с частью устройства от источника примесей до выходного. отверстия, соответствующего графику. Пробоотборное устройство включает подводящую линию, байпасную линию с установленным в ней пневмосопротивлением, отводящую линию анализируемой среды и вентиль регулировки расхода рабочей среды, в корпусе 1 которого выполнены входной канал 2, 1502976 Ш С m для фиг ° 2 С Ч т ш для фиг.3 С вЂ” Ч F ° 1-F 1 f r э Ра Fo F -F ) 10 f (3) . 3 рабочая полость 3, цилиндрическая расточка 4 и байпасный канал 5. В осевой расточке корпуса установлены сальник 6, игла 7, седло 8 уплотняемое втулкой 9 с выходным ка5 налом 10. В байпасном канале 5 установлено местное сопротивление 11. Управление вентилем осуществляется с помощью ручки 12, 10 Устройство работает следующим образом. При вращении ручки 12 игла 7 совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль оси вентиля, при этом15 изменяется сечение щелевого зазора между коническими поверхностями рабочей части регулирующей пары седло 8— игла 7. Поток рабочей среды через входной канал 2 поступает в рабочую полость 3, где распределяется на два потока: основной и дополнительный. Основной поток рабочей среды через регулируемый щелевой зазор между 25 иглой 7 и седлом 8 поступает в выходной канал 10 и далее на анализатор микроконцентраций. Дополнительный поток через щелевой зазор между иглой 7 и корпусом 1 поступает в рас- 30 точку 4, омывая иглу 7, и через байпасный канал и местное сопротивление 11 поступает в дренажную линию. Дополнительный поток газа, проходя щелевой зазор между иглой 7 и корпусом 1 на границе перехода площади сечения рабочей полости в площадь сечения цилиндрической расточки, создает диффузионный барьер примесям, поступающим со стороны сальникового 40 уплотнения. Расточка 4 имеет площадь поперечного сечения более, чем в 1 5 раза превышающую площадь сечения рабочей полости, что способствует снижению концентрации поступающих примесей 45 (эа счет увеличения объема пространства в зоне расточки), а также приводит к равномерному распределению давления и скорости дополнительного потока рабочей среды во всем объеме расточки. Таким образом, переход иэ рабочей полости в полость, образованную расточкой, является границей диффузионного барьера, препятствующей проникновению примесей в. основной поток газ Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет исключить влияние посторонних приимесей на состав основного потока анализируемого газа, повысив тем самым точность результатов анализа при сокращении времени переходного процесса. Расчет соотношения размеров ра6очей полости и цилиндрической расточки вентиля проводят исходя из задачи уменьшения (в данном случае, на порядок) влияния посторонних примесей на поток рабочей среды. Известно, что концентрация растворенного вещества в растворе выражается отношением где ш — масса растворенного вещества, V — - объем раствора. Считая, что масса диффузионного вещества примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения эа единицу времени, величина постоянная для вентилей фиг ° 2 и 3, что обеспечивается идентичностью конструктивных элементов, выражение концентраций имеет вид Исходя из условия задачи С 10.С т.е. — > 10— m m (2), ч1 б ЧЕ где Ч, и Ч вЂ” объемы раствора рабочей среды между двумя слоями на расстоянии 1 соответственно Ч, - Р где Ff и Р— площадь сечения рабочей полости на участке расстоянием 1 соответственно для фиг. 2 и 3; Fz — сечение иглы на участке расстоянием 1, т.е. выражение (2) можно записать 5 15029 Учитывая, что для анализаторов сред требуются малые расходы (до 250 л/ч), и исходя из условий миниатюризации конструкций вентиля, простоты изготовления (средний класс точности изготовления — зазор между корпусом и иглой О, 15 мм) и обеспечения требуемой надежности его работы, определяют для фиг.2 и 3 соот- 1ð ветственно d,=4 мм, do=3,85 мм. В этом случае F =12,6 мм, Fo 12 мм,подставив полученные значения в выражение (3), получают искомую площадь сечения цилиндричес- . кой расточки Г, 18 мм . Таким образом, соотношение площадей рабочей полости и цилиндрической расточки, обеспечивающее снижение концентрации примеси в 10 раз, 76 тинными зависимостями, определенными по указанной методике ° Анализ графика (фиг.4) показывает, что введение расточки (линия d ) обеспечивает снижение концентрации по длине канала и при оптимальном выборе конструктивных параметров канала (линия б ) полностью исключает попадание частиц примеси в канал далее расточки Для известных устройств наличие "паразитных" объемов и застойных эон значительно исказит картину распределения концентраций не в пользу последних Кроме этого, введение проточки обеспечивает снижение концентрации примеси, поступающей со стороны сальникового уплотнения. По известному закону Фика Ра составляет — = 1 5. F ф ° Физику диффузионного процесса, происходящего в осевом сечении рабо- 25 чей полости, можно рассмотреть на следующем примере. Распределение концентраций частиц примеси от их источника до выходного отверстия (фиг ° 4) показано для трех 30 видов конструкций при условиях отсутствия "паразитных" объемов. Из выражения распределения концентрации растворенного вещества в единице объема растворителя Р ° 1 где С вЂ” концентрация частиц примеси; m — масса растворенного вещества; 40 F — поперечное сечение канала; 1 — длина канала, следует, что при равном сечении канала распределение конструкции по длине канала графически имеет вид 45 наклонной прямой. Угол наклона за висит от соотношения конструктивных размеров проточной части канала и количества вымываемых частиц примеси, в том числе из "паразитных" 50 объемов. Прямая а — для случая, когда имеется цилиндрический канал без дополнительных конструктивных элементов. Ломанная линия — для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка. Прямая 8 — для случая, когда в канал введена цилиндрическая расточка, увязанная расчетными конструкd = -П F dt dC (4) где d — масса вещества примеси, диффундирующая за время через площадку F (диаметром d фиг.2), перпендикулярно:направлению диффузии X D — коэффициент диффузии, численно измеряемый массой диффундируемого вещества примеси через единичную площадку за время С = 1 при градиенте концентраций dC см /с. В физическом смысле коэффициент цнффузии определяет скорость процесса диффузии. Такии образом, из закона Фика (выражение (4)), вытекает, что с уменьшением концентрации С уменьшается масса, диффундирующего вещества примеси, а следовательно, уменьшается также скорость процесса диффузии, что способствует быстрейшему вымыванию частиц диффундируемого вещества примеси дополнительным потоком через дренажную линию на сброс. Введение в рабочую полость вентиля расточки обеспечивает образование диффузионного барьера, который при оптимальном выборе конструктивных параметров вентиля исключает влияние посторонних примесей на состав основного потока. 1502976 Bxod Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит существенно (не менее, чем в три раза) сократить время переходного процесса при анализе и повысить достоверность пробы, т.е. повысить качество анализа состава рабочих сред. формула изобретения Пробоотборное устройство, содерзащее подводящую линию, байпасную линию с установлениьи в ней местным сопротивлением, отводящую линию анализируемой среды и вентиль плавной регулировки расхода, в корпусе которого установлено седло с иглой, закрепленной в штоке уплотнительным сальником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности пробы за счет устранения влияния посторонних примесей на состав основного потока рабочей среды и сокращения времени переходного процесса при анализе, рабочая полость вентиля со стороны сальника снабжена диффузионным барьером, выполненным в виде цилиндрической расточки соосно корпусу вентиля, площадь поперечного сечения которой F с площадью сечения рабочей полости F< и площадью сечения иглы F связаны соЬ -Fотношением -". ) 10, причем вход Fg "Fo цилиндрической расточки через рабочую полость соединен с подводящей линией, а выход — с байпасной.линией. 1502976 Вхоо дыхЫ
