Многоступенчатый импактор

32 69 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ае аиО 01 И 15/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ еидетвъс ВТОРСНОМУ щения точности и дения кминимуму , на внутренних по он снабжен трехх ном, присоединен дувки, ввода аэр вой ступени импа нал в пробке кра нейным с возможн осей симметрии к ввода аэрозоля и ни импактора.2. Импактор по и. 1, о ю щ,и й с я тем, что, с щения точности измерений ния к минимуму переходны мических процессов в пол тора, канал вывода газа тромагнитным клапаном, у трехходовым краном. тличацелью повыпутем сведе аэродинасти импак" набжен элек равляемым ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В.П.Григорьев, А.И.Яворский, В.И.Кореньков и К.П.Куценогий (71) Специальное конструкторское бюро "Знергохиммащ"(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 479995, кл, 6 01 й 15/02, 1973.2. Авторское свидетельство СССР Иф 485360, кл.б 01 М 15/02,1975 ( прототип .(54)(57) 1. МНОГОСТУПЕНЧАТНЙ ИМПАК" ТОР, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы дпя продувки, ввода и вывода газа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повызмерений путем све" осаждения частиц верхностях импактора одовым пробковым кра ным к каналам проозоля и соплу перктора, при .этом кана выполнен прямолиостью совпадения анала пробки, канал сопла первой ступе1032369 Составитель О. АлексееваА. Лежнина Техред А,Бабинец Корректор В. Бутя еда Заказ 5393 одписное Филиал ППР "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,ВНИИПИпо д113035 Тираж 873ударственного комитетм изобретений и открысква, Ж, Рауаская каа оа фили69 .Ъ 1 10323Изобретение относится к контроль"но"измерительной технике и может бытьиспользовано в компрессоростроении,теплоэнергетической, химической идРугих отраслях промышленности длядисперсного анализа аэрозолей в газах в широком диапазоне давлений,.концентраций, температур.Известны многоступенчатые импакторы, содержащие корпус с последовательно Расположенными в нем ступенями инерционного осаждения, выполненными в виде Разгонных сопел срасгюложенными против них поверхностями осаждения,и фильтрующей сту 15пенью.Импактор при проведении измерений помещают в газоход в измеряе"мую среду и соединяют с отсасывающим устройством. По окончании времени экспозиции, достаточного дляполучения необходимого количестваосадка, прекращают прокачку измеряемой среды .(аэрозоля) через импактор и вынимают последний из га, зохода для смены поверхностей осаждения Г 1Указанный импактор не приспособ- .лен для измерений зри гювышенном давлении, в агрессивных или токсичныхсредах. Для этого газоход и импактор должны быть герметизированы относительно окружающей среды и снабжены комплексом устройств; устройством для перекрытия канала ввода измеряемой среды в импактор, которое 35не вносило бы погрешностей при измерениях, системой очисткипродувки) пробоотборного устройства, устройствами для плавного заполнения полости импактора, измеряемой средой 40или фильтрованным газом и его опорожнения и т.д,1Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для измерения запылен 45ности газов при высоких давленияхи температурах, содержащее полый ци-линдрический корпус, внутри которогопоследовательно расположены разгонные сопла и подложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа. На корпусе закреплены входной и продувоч"ный .вентили, а на съемном стаканевыходной вентиль 2.В известном устройстве переключения, обеспечивающее правильноепроведение измерений при повышенномдавлении а именно заполнение устройства исследуемым аэрозолем додавления в точке отбора пробы, про" ":дувка пробоотборного устройства, опорожнение импактора до атмосферногодавления, регулирование расхода изме" ряецой среды, осуществляются тремя независимыми вентилями, Кроме того, в нем отсутствует возможность быстрого перекрытия анализируемоЦ пробы аэрозоля для обеспечения коротких экспозиций с четкой фиксацией времени замера, необходимых при анализе высококонцентрированных .аэрозолей,В известных устройствах затруднена разборка для замены поверхностей охлаждения, так как к рвани" маемым частям присоединены жесткие ( при измерении на высоких давлениях) трубопроводы, которые при извлечении поверхностей осаждения приходится отсоединять.Цель изобретения - повышение точности измерений путем сведения к минимуму осаждения частиц,на внутренних поверхностях импактора.Поставленная цель достигается тем, что многоступенчатый импактор, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого последовательно расположены разгонные сопла и гюдложки, каналы для продувки, ввода и вывода газа, снабжен трехходовым пробковым краном, присоединенным к каналам про дувки, ввода аэрозоля и соплу первойступени импактора, при этом канал в пробке крана выполнен прямолинейным с возможностью совпадения осей симметрии канала пробки, канала ввода аэрозоля и сопла первой ступени им" яактора. С целью повышения точности измерений путем сведения к минимуму переходных аэродинамических процессрв в полости импактора канал вывода газаснабжен электроманитным клапаном, управляемым трехходовым краном.На фиг. 1 показан, предлагаемый импактор, разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг, 1; нафиг, 3- пробкатрехходового кране в йоложении при продувке; на фиг.4 - то жв, при запол" нении; на фиг.5 " то же, при огюрожнении; на фиг,6 - то же, в положений"Закрыто"; на фиг.7 - френционный со"став масляного тумана в парах аммиака на выходе из поршневого,компрес-,сора.Пхолодильной машины Л - навыходе из компрессора, 2.- после штатной системы очистки); на фиг.8 "3фракционный состав масляного туманана выходе из воздушного винтовогокомпрессора 6 ВКИ 25/8.На .корпусе 1 импактора со стороны. ввода измеряемой среды установлен5трехходовый кран, состоящий из корпуса 2, конической пробки 3, рукоятки4, с помощью которой производятся переключения жестко связанного с руко 1 Ояткой 4 пальца 5, установленного перпендикулярно на рукоятке 4. Канал конической пробки 3 трехходового кранав рабочем положении импактора (фиг.1)расположен на одной оси.и имеет одина-.ковый диаметр с каналом 6 ввода измеряемой среды и соплом 7 первой ступеня, ось канала пробки трехходовогокрана совпадает со стороной вписанногов окружность пробки трехходового крана равностороннего треугольника, аось канала 8 продувки лежит на продолжении другой стороны этого тре угольника. Пробка 3 трехходового крана Фиксируется в положениях, пока 1занных на фиг,1-6,известным способом,например с помощью пружинного шарикового фиксатора.В цилиндрическую полость корпусаимпактора вложен блок ступеней осажде ния, состоящих из корпуса 9, разгонныхсопел 10 и поверхностей осажденияподложек 11, вставлейных в кассеты 12,Последняяфильтрующая) ступень состоит из двух аналитических Фильтров 13,35установленных в, крышке 14 корпуса им-"пактора, которая через прокладку 1упорным винтом 16, ввинченным в быстросъемную скобу 17, прижимается ккорпусу импактора, На крышке 14 также укреплен блок ступеней осаждения,Ступени осаждения удерживаются междусобой в блоке за счет трения междуупругими лапками кассет 12 и корпусами 9 последующих ступеней осаждения,куда они вставлены. Иежду корпусами459 ступеней осаждения имеются уплотняющие .прокладки 18, зажимаемые усилиеитарельчатой пружины 19. Канал 6 ввода измеряемой среды импактора соединен с п 15 обоотборником 20, установленным на газоходе 21, откуда производится отбор анализируемой среды. На трубопроводе 22 вывода измеряемой средыиз импактора установлен расходомер23, например мерная диафрагма. Вентиль 24 служит для регулирования расхода измерямой среды через ступениОсаждения импактора,Импактор снабжен устройством, обеспечивающим проход измеряемой среды через ступени осаждения импактора только в положении полностью открытого канала ввода измеряемой среды, т.е, когда оси канала пробки 3 трехходового крана и канала 6 ввода измеряемой среды совпадают. Это необходимо для того, чтобы на всем тракте ввода измеряемой среды в импактор от пробоотборника 20 до разгонного сопла 7 первой ступени канал не имел уступов, резкого изменения проходного сечения и направления, где может происходить неконтролируемое осаждение аэрозольных частиц до входа в ступени осаждения.В предлагаемом устройстве это осуществлено с помощью электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе вывода измеряемой среды, управляемого электрическими контактами микропереключателя, замыкаемыми в положении многоходового крана, когда канал ввода измеряемой среды полностью открыт, Палец 5, установленный перпендикулярно на ручке 4, жестко связанной с пробкой 3 трехходового крана, предназначен для включения микропереключателя 25, управляющего электромагнитным клапаном 26, На наружной поверхности корпуса 1 импактора смонтирован нагревательхолодильник ) 27, теплоизолированный от внешней среды. Трубопровод 8 продувки и трубопровод 22 вывода газа подсоединены к коллектору 28 атмосферного давления.Импактор работает следующим образом.Перед началом работы включается нагреватель 1 холодильник 27, устанавливается равенство температур импактора и измеряемой среды, вентилем 24 устанавливается требуемый расход через импактор. При работе на воздухе, нетоксичйых и недорогих газах, коллектор 28 соединяется с атмосферой. В любом случае давление в коллекторе 28 поддерживается равным атмосферному или чуть ниже, В положении трех- ходового крана "Опорожнение"фиг. 5) когда полость импактора соединена с атмосферой коллектором 28 атмосФерного давленияи давление в .импакторе равио атмосферному, импактор открываетсядля чего освобождается нажимной винт 16, снимается скоба 17 и вместе с крышкой 14 вынимается510323 блок ступеней осаждения. Производится замена поверхностей осаждения подложек 11 и фильтров 13, затеи блок ступеней осаждения вместе с крышкой 11 устанавливается на место, надевается скоба 17 и затягивается винтом 16, После этого трехходовый кран переводится.в положение "Продувка" ( Фиг. 3), при этом канал пробки 3 трехходового крана соединяет г 1 робо отборник 20 через канал б авода измеряемой среды с коллектором 28. В этом положении измеряемая среда, проходя с большой скоростью, благодаря малому сопротивлению канала про дувки увлекает цастицы, осевшие в пробоотборнике 20, что случается при длительном нахождении в потоке аэрозоля пробоотборника а. нерабочем состоянии, т,е. когда через него сне проходит аэрозоль. В этом случае частицы, обладающие достаточной инерцией, влетают а пробоотборник и, по-. теряв скорость в неподвижной среде внутри него оседают на его стенки, Таким образом, в пробоотборнике со временем может накопиться много осад.- ка, который при измерениях увлекает-. ся потоком измеряемой среды по каналу б ввода газа в импактор и оседаетЗО на поверхности осаждения (подложке) .первой ступени, внося существенную погрешность в результат измерений, Далее трехходовый кран переводится в положение "Заполнение" ( Фиг. 4), при котором полость импактора медленно заполняется измеряемой средой через узкую щель образующуюся при неполном совмещении осей канала пробки , трехходового крана и канала б ввода из;ф) меряемой среды. Необходимость медлен 1 ого заполнения импактора обьясняется тем, цто при повышенном давле" нии измеряемой среды а месте отбора пробы и атмосферном давлении в по" лости импактора в начальный момент45 скорость газа в соплах ступеней ймпактора может достигать больших значений, аплоть 1,до скорости звука, что приведе-, к порче поверхностей осаждения и разрыву Фильтров Фильтру ющей ступени.После того, как давление импакторе сравняется с давлением в месте отбора пробы трехходовый кран переводится в положение "Измерение" 55фиг, 1). В этом положении ось канала 3 трехходоаого крана совпадает с осью канала 6 ввода измеряемой среды 69канал полностью открыт), палец 5ручки трехходового крана нажимает( надвигается ) на кнопку микропереключателя 25, электрические контактыкоторого замыкают цепь питания электромагнитного клапана 26, и он открывается, Эти же контакты могут включатьэлектросекундомер не показан, Измеря"емая средааэрозоль) проходит через,пробоотборник 20, канал б и каналпробки 3 трехходового крана, разгонное сопло 7 первой ступени, ударяется о поверхность осаждения первойступени, где осаждаются наиболеекрупные частицы, поступает в разгонное сопло второй ступени, на .подложкекоторой осаждаются более иелкие частицы, аналогично проходит последовательно все ступени осаждения импак "тора, размер разгонных сопел в которых уменьшается от ступени к ступени, проходит Фильтрующую ступень, наФильтрах 13 которой осаждаются остав"шиеся наиболее мелкие частицы. Далеечистый газ по трубопроводу 22 вводагаза через расходомер 23., регулировочный вентиль 2 ч и электромагнитныйклапан 26 сбрасывается в коллектор28 или а атмосферу. По истечении времени, необходимого для накопления наповерхности осаждения ступеней ина Фильтрах количества осадка, достатэчного для анализанапример,взвешиванием ), трехходовый кран пеРеводится в положение "Опорожнение"(Фиг, 5 ), при этом палец 5 ручкитрехходового крана освобождает кнопкумикропереключателя 25, цепь питанияэлектромагнитного клапана 26 размыкается, и он закрывается, секундомеротключается. 9 положении "Опорожнение"полость импактора соединена с коллектором 28 ( или атмосферой ) через уз"кую щель, образованную частичным перекрытием канала пробки 3 трехходовогс 1крана, идавление вимпакторе плавново избежание разрыва Фильтров снижается до атмосферного. После этогоимпактор открывается для смены подложек и Фильтров описанным вышеспособом,В импакторе предлагаемой конструкции повышение точности измерений достигается за счет того, цто трех- ходовый кран имИактора перед началом измерений обеспечФвает:операцию продувки очисткиУ пробоотборных каналов от скопившихся аэрозольных час-.тиц, а электромагнитный клапан, от1032крывающийся в положении трехходовогокрана, соответствующего полному открытию канала ввода газа, исключаетпереходные аэродинамические процессы в полости импактора связан 5ные с непостоянством скорости в соплах измерительных-ступеней, и четко, Фиксирует начало и конец экспозициивремя накопления осадка на поверхностях осаждения), это позволяет1 Оосуществлять экспозиции любой продолжительности, в том числе и короткие;что необходимпри измерении высококонцентрированных аэрозолей,Применение вместо электромагнитного клапана, время срабатывания ко"торого составляет сотые доли секунды,обычного запорного вентиля приводитк тому, что во время закрытия (открытия)вентиля которое обычно составУ20ляет несколько секунд, скорость про"хождения аэрозоля в соплах импактора меняется от нуля до номинальной.Известно, что размер осаждаемыхчастиц на ступени импактора зависитот скорости аэрозоля в сопле и определяется для каждой ступени импактора расчетом или тарировкой длявполне определенной скорости в сопле,Следовательно, в течение всего вре. мени открытия и закрытия вентиляпроисходит неконтролируемый процессосаждения на ступенях импактора,оценить который трудно, а часто иневозможно. В большинстве случаеввремя экспозиции соизмеримо с вре- Мменем открытия и закрытия вентилей,что приводит к ошибкам измерения.для измерения Фракционного составамасляного тумана с концентрацией 405 - 7 г/м необходима экспозиция 1 О 20 с. Время открытия вентиля 3 с.Таким образом, 6 с уходит на открытиеи закрытие вентиля, т.е. 30-60 вре"мени экспозиции идет неконтролируе" 45мое осаждение, что приводит к ошибке измерения размера частиц, осаждаемых на ступенях импактора, на 50100 Ж. 50При измерении Фракционного состава масляного тумана на выходе из поршневого компрессора холодильной машиныПФиг. 7) импактором, конструкция которого аналогична предлагаемой, только вместо электромагйитного 55клапана использован пробковый кран,более быстродействующий, чем запорныйвентиль, разброс измерений составляет 369820-30 1 время экспозиции составляло60-120 с, концентрация 0,6-1,5 г/АХ,а при измерении фракционного составамасляного тумана на .выходе из воздуш-ного маслозаполненного компрессора6 КВИ 25/8 ( Фиг, 8 предлагаемым импа, ктором разбросиэмерении составляетне более + 5 В, время экспозиции составляло 20 - 60 с, а концентрация3-5 г/мКроме того, применение трехходовогокрана пробкового типа, выполненногов корпусе импактора, позволило сократить длину каналов ввода измеряе"мой среды и выполнить их прямолинейными, постоянного сечения, без усту-.пов, что снижает вероятность осаждениячастиц до измерительных ступеней, засчет чего также повышается точностьизмерений. Оперативность измерений импактором предлагаемой конструкции достигается тем, что все коммуникации подсоединены к неразборному корпусу импа, ктора, а блок ступеней осаждения сионтироваЯ на легкосъемной крышке, вследствие чего замена поверхностей осаждения ( подложек ) осуществляется легко и быстро, Для этого достаточно ослабить зажимной винт, удалить .скобу и снять крышку имйактора вместе с блоком ступеней осаждения, при этом не требуется отсоединять трубопроводы, как в прототипе, Замену подложек и фильтров- в л гкораэборном блоке ступеней осаждения импактора предлагаемой конструкции ожно производить в любом удобном месте, Наличие только одного управляющего органа " трехходового крана также сокращает время измерения и упрощает работус импактором. Надежность проведения измерений обеспечивается тем, что конструкция трехходового крана исключает воэможность нарушения последовательности переключений и все переключения в необходимой последовательности происходят за один оборот трехходового крана, имеющего Фиксацию в необходимых положениях, а также тем что предусмотренные конструкцией трехходового крана операции плавного заполнения и опорожнения полости импактора исключают возможность разрывов Фильт" ра Фильтрующей ступени импактора и порчу осадительных поверхностей "высокоскоростным потоком газа.,1 ОБаэопасность проведения измерени ков атмосфер. Герметичность импак - обеспечивается тем, что в конструкции тора и его соединения с измеряемой .импактора предусмотрено снижение средой относительно окружаецей среды . давЛения вполости импакторадо атдает воэможность измерять агрессивмосферного перед .вскрытием импакто ные и токсичные газы, что значительра для замены осадительных элементов. но расоиряет область применения имРасаирение области применения пактора предлагаемой конструкции. импактора достигается за счет того,Ф что конструкция трехходового крана Таким образом, предлагаемая импактора обеспечивает операции 10 конструкция позволяет надежно пропродувки, заполнения, опорожнения изводить замеры параметров аэрозоля в определенной последовательности, при высоких давлениях, повысить опечто дает возможность проводить иэмере. ративность, точность измерений, уп" ния при высоких давлениях (от десят- ростить процесс измерений.