Сажевый пробоотборник

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1>941880 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20. 11. 80 (23) 3005757/25-26 ($ )М g 3

G 01 N 1/20 с присоединением заявки Но

{23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 070782. Бюллетень Йо 25 ($3) УДК 543.053 (088.8) Дата опубликовани» описания 07.07..82

Ф.Г.Бакиров, Н.Х.Баширов, В.Н Кружков, (72} Авторы изобретения

И.З.Полещук и 3.Г.Шайхутдинов

L

t уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе (7М ) Заявитель (54) САЖЕВЫЙ OPOBOOTBOPHHK

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для отбора са.жи нз высокотемпературных продук1 тов сгорания углеводородных топлив теплоэнергетических установок, в частности для исследования процессов сажеобразования при горении в камерах сгорания авиационных двигателей.

Известен пробоотборник для извлечения сажи иэ продуктов сгорания высокой температуры с целью определения ее концентрации в потоке, сос.тоящий из охлаждаемого водой корпуса, входного патрубка, гаэоотводной труб 15 ки и сменного фильтра 111 и 123.

Однако ввиду больших габаритов пробоотборников, в частности охлаждаемого входного патрубка, а также из-за отсутствия продувки загоотводнс1го тракта пробоотборннка в период, когда отбор еще не осуществляется, погрешности отбора значительные.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 25 пробоотборник, выполненный с двойными стенками, газоотводной тракт, состоящий из съемной трубки,. газоотвод.ной трубки, патрубка для подачи газа н ннппеля и сменного патрубка. Под 30 закалкой при этом понимается быстрое охлаждение продуктов сгорания с целью прекращения химического взаимодействия между отдельными компонентами (33.

Однако в этом пробоотборнике входная часть. имеет большие габариты и низкую по сравнению с продуктами сгорания температуру, посколы-.у она выполнена охлаждаемой. При введении пробоотборника в высокотемпературный поток происходит искажение как поля скоростей, так и поля температур, что оказывает влияние на процесс сажеобраэования и затрудняет исследование сажнстых пламен. В соответствии с этим отобранная проба не адекватна составу продуктов сгорания в этой же точке при отсутствии возмущений потока.

Кроме того, в этом пробоотборнике не предусмотрена продувка:.азоотводного тракта пробоотборника перед сменным фильтром, в результате чего сажа попадает во входной патрубок и на сменный фильтр еще до начала отбора проДуктов сгорания, т.е. в условиях работы теплоэнергетических установок на переходных режимах.

941880

Это приводит к значительным погрешностям отбора проб сажи для опре-) деления ее концентрации в потоке.

Цель изобретения — повышение точности количественного определения концентрации сажи в продуктах сгора- 5 ния углеводородных топлив.

Поставленная цель достигается тем, что сажевый пробоотборник включающий корпус, выполненный с двойны-: ми стенками, газоотводной тракт, )О состоящий из съемной трубки, газоотводной трубки, патрубка для подачи газа, ниппеля и сменного фильтра, газоотводной тракт снабжен дополнительным патрубком, соединенным с пат» 5 рубком для подачи газа и магистралью продувки, соединенной с газоотводным трактом перед сменным фильтром.

Использование неохлаждаемого входного патрубка позволяет существенно уменьшить его габариты и приблизить температуру его поверхности в зоне отбора к температуре продуктов сгорания, что сущестненно уменьшает искажение полей температур и скоростей н потоке, возникающие иэ-эа введения в него пробоотборника. Замена входных патрубков дает возможность отбирать пробу иэ разных точек потока и приспосабливаться к геометрии канала, по которому протекает высокотемпературный газ.

Введение магистрали продувки гаэоотнодного тракта инертным газом позволяет исключить попадание частиц сажи в пробоотборник до начала самого процесса отбора и задавать любое необходимое время отбора независимо от условий работы теплоэнергетической установки. Выбор для продувки инертного газа (например, 4О, азота) вызван необходимостью исключения химического воздействия на высокотемпературный поток продуктов сгорания.

Применение ниппельного соединения 45 для герметизации газоотводной трубки позволяет испольэовать пробоотборник в широком диапазоне изменения давления в потоке от вакуума до давлений порядка 100 ат. 5О

На чертеже изображен пробоотборник сажи с частичным вырезом его ,стенки, общий вид.

Пробоотборник состоит из наружной

1 и внутренней 2 стенок, образующих 55 охлаждаемый водой корпус, съемной, рубки 3, плотно прилегающей к внут-. ренней стенке 2 и образующей участок закалки . Фильтрующий элемент 4 установлен в гильзе 5 и образует бО вместе с гильзой сменный фильтр, который с помощью реэьбового соединения закреплен на гаэоотводной трубке 6. Ниппельное соединение 7 служит для герметизации газоотводного 65 тракта, состоящего из неохлаждаемого входного патрубка 8, съемной трубки

3 и гаэоотводной трубки 6. Неохлажда-. емый, входной патрубок 8 изготовлен из кварца, закреплен н гайке 9 из жаропрочного материала, которая навинчена на наружную стенку охлаждаемого входного патрубка. Полость между внутренней стенкой и .,* газоотнодной трубкой 6 образует магистраль 10 продувки инертным газом га-. зоотнодного тракта перед сменным фильтром.

Пробоотборник работает следующим образом.

До начала процесса отбора продуктон сгорания, содержащих сажистые частицы, через магистраль продувки и газоотводный тракт перед сменным фильтром вытекает в исследуемую среду инертный газ под небольшим избыточным давлением. Это: препятствует преждевременному попаданию частиц сажи в газоотводный тракт пробоотборника. Газоотводный тракт после сменного фильтра для уменьшения расхода инертного газа желательно пере ! ,крыть. Процесс отбора начинается с одновременного перекрытия магистрали продувки инертным газом и открытия гаэоотнодного тракта. Продукты сгорания, проходя через сменный фильтр, очищаются от сажевых частиц и по гаэоотводной трубке 6 направляются на приборы контроля его параметров. В процессе отбора частицы сажи за счет сил термофореэа осаждаются также на охлаждаемой съемной трубке 3 в зоне закалки, а неохлаждаемый, имеющий высокую температуру нходной патрубок 8, остается чистым. После окончания отбора пробоотборник легко разбирается за счет разъединения резьбового соединения входного патрубка 8 с охлаждаемым входным патрубком и ниппельного соединения 7 газоотводной трубки 6 с охлаждаемым корпусом.

Сменный фильтр и съемная трубка 3 используется для определения количества сажи, осажденной из продуктов сгарания. Материал.фильтрующего элемента 4, его размеры, пористость подби ; раются, исходя из конкретных условий отбора и необходимости исключения проскока сажистых частиц через фильтрующий элемент 4.

Рассмотрим результаты использования сажевого пробоотборника, имеющего следующие основные размеры: диаметр корпуса 16 мм, наружный диаметр кварцевого входного патрубка 4 мм, длина входного патрубка

35 мм, длина съемной трубки (участок закалки ) 56 мм, диаметр фильтра из пористой керамики 5 мм.

В процессе отбора может происходить

941880

Т вЂ” температура продуктов сгорания;

С вЂ” концентрация двуокиси yrЕОп лерода в продуктах сгорания

С„ — концентрация водяных паров в продуктах сгорания.

Расчет температуры газового потока по длине зоны закалки, где происходит его интенсивное охлажде1О ние, произведено по методике расчета теплообменников типа труба в трубе . Длина съемной трубки подобрана с таким расчетом, чтобы температура газа перед сменным фильтром уменьшалась до величин порядка

900 К, когда за:время отбора не. происходит значительной газификации сажи согласно приведенных реакций.

Результаты расчетов представлены . в таблице. гаэофикация частиц сажи при их движении по каналу входного патрубка и съемной трубки, а также на фильтре за счет протекания реакции

С + СО » 2СО;

С + Н 10- СО + Н 1, что приведет к появлению систематических ошибок отбора. Для оценки величины этой погрешности исполь-. зованы данные работы по скоростям протекания .указанных химических реакций

5 -49000(ЯТ

2,5 ° 10 Сса - е, - - v, 1 Н10 et концентрация сажи (дисперсного углерода); газовая постоянная для продуктов сгорания;

dC dc ас

gr„ где С

Т К G ° 10 V 10 Tô, К кг/с м >/с ьС, З ьс,,з лс,е CZ а

1500 3, 66 О, 046 913 О, 004

1600 3,86 0,046 964 0,01

1700 3„86 0,046 1015 0,09

1800 3,86 1 0,046 1065 0,15

0,08 0 11

0,1 . 0,27

0,02

0,08

0,2

0,4

0,75

0,43

1900 3,86 : 0.046 1116 0,24

1,1 1,77 температура продуктово сгорания на входе в пробоотборнику расход охлаждающей жидкости; скорость отбора пробы; средняя температура фильтра ; относительное изменение концентрации сажи по входном патрубке; относительное изменение концентрации сажи в зоне закалки ;. относительное изменение концентрации сажи на фильтре; суммарное относительное изменение концентрации сажи в пробоотборнике. охи

Тф ас1 ьС1

Такие расчеты необходимо проводить при оценке пригодности любого пробоотборника, в том числе и из вестных.

Из таблицы видно, что даже при температурах сажистого потока порядка 1900 К, газификации сажи не превышает 2 В. Путем увеличения расхода охлаждающей жидкости можно достигать и более интенсивного охлаждения газового потока в канале пробоотборника. В конечном итоге температура газа перед контрольными приборами, установленными после пробоотборника, не превышает 25-30 С.

60 Изобретение позволяет повысить точность определения концентрации сажи в продуктах сгорания, а также надежность работы и удобство эксплуатации устройства. 3а счет

65,введения магистрали продувки инертПримечание:Т

0,003 0,03 0,037

941880

Формула изобретения

Составитель Л. Горейнова

Редактор Н.Пушиенкова Техред Ж. Кастелевич Корректор B.БУтяга

Заказ 4827/32

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 роектная, ным газом точность получаемых результатов повышается примерно на ЗОВ.

Существенный эффект должно оказать также уменьшение возмущающего. действия входного патрубка пробоотборника на исследуемый поток ° 5

Сажевый пробоотборник, включающий 10 корпус, выполненный с двойными стенками, газоотводной тракт, состоящий из съемной .трубки, газоотводной трубки, патрубка для подачи газа, ниппеля, и сменный фильтр, о т л и — t5 чающ.ийcя тем, что, спeлью повышения точности количественного определения концентрации сажи в продуктах сгорания углеводородных топлив, гаэоотводной тракт, снабжен дополнительным патрубком, соединенным с патрубком для подачи газа, и магистралью продувки, соединенной с газоотводным трактом перед сменным фильтром.

Источники. информации, принятые во внимание при эксперти

1. Н зе аджаров И.A. Определение механического надожога-в высокотемпеРатурной зоне м®эута.- Теплоэнергетика, 1974 9 9, 2 Биленский Т.В. Динамика горения пылевидного топлива. М. Энергия, 1970.

N.Y 0XFpRD»- London — Paris "Gas sampling and chemical Anatysis

in combustion processes". G.Tine, 1961, р 46 (прототип) °