Устройство для отбора проб аэрозолей из нестационарного газового потока

Устройство для отбора проб аэрозолей из нестационарного газового потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.