Сажевый пробоотборник

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нщ 941880(22) Заявлено 20. 11. 80 (21) 3005757/25-2 б Ц)М Кп 3 6 01 М 1/20 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликовани описания 07,07.82 Ф.Г.Бакиров, Н.Х.Баширов, В.Н.Кружков,(72) Авторы изобретения И.З.Полещук и З.Г.ШайхутдиновеЬ Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе(54) САЖЕВЫЙ ПРОБООТБОРНИК Изобретение относится к устройствам, предназначенным для отбора сажи нз высокотемпературных продуктов сгорания углеводородных топлив теплоэнергетических установок, в частности для исследования процессов сажеобразования при горении в камерах сгорания авиационных двигателей.10Известен 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 загоотводнсго 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,. газоотводной трубки, патрубка для подачи газа н ннппеля и сменного патрубка. Под 30ф закалкой ф ф при этом понимается быстрое охлаждение продуктов сгорания с целью прекращения химического взаимодействия между отдельными компонентами (31.Однако в этом пробоотборнике входная часть. имеет большие габариты и низкую по сравнению с продуктами сгорания температуру, посколыу 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 тепло- энергетических установок на переходных режимах.Это приводит к значительным погрешностямотбора проб сажи для опре-)деления ее концентрации в потоке.Цель изобретения - повышение точности количественного определенияконцентрации сажи в продуктах сгорания углеводородных топлив.Поставленная цель достигаетсятем, что сажевый пробоотборник включающий корпус, выполненный с двойны-:ми стенками, газоотводной тракт, 10состоящий из съемной трубки, газоотводной трубки, патрубка для подачигаза, ниппеля и сменного фильтра,газоотводной тракт снабжен дополнительным патрубком, соединенным с пат рубком для подачи газа и магистральюпродувки, соединенной с газоотводнымтрактом перед сменным Фильтром.Использование неохлаждаемого входного патрубка позволяет существенноуменьшить его габариты и приблизитьтемпературу его поверхности в зонеотбора к температуре продуктов сгорания, что существенно уменьшает искажение полей темпеРатуР и скоростей впотоке, возникающие из-за введенияв него пробоотборника. Замена входныхпатрубков дает возможность отбиратьпробу иэ разных точек потока и приспосабливаться к геометрии канала,по которому протекает высокотемпературный газ.Введение магистрали продувки гаэоотводного тракта инертным газомпозволяет исключить попадание частиц сажи в пробоотборник до началасамого процесса отбора и задаватьлюбое необходимое время отбора независимо от условий работы теплоэнергетической установки, Выбор для про-дувки инертного газа (например, 4 О, азота) вызван необходимостью исключения химического воздействия навысокотемпературный поток продуктовсгорания.Применение ниппельного соединения 45для герметизации газоотводной трубкипозволяет испольэовать пробоотборникв широком диапазоне изменения давления в потоке от вакуума до давлений порядка 100 ат, 5 ОНа чертеже изображен пробоотборник сажи с частичным вырезом его,стенки, общий вид,Пробоотборник состоит из наружнойи внутренней 2 стенок,.образующих 55 охлаждаемый водой корпус, съемной рубки 3, плотно прилегающей к внут-. ренней стенке 2 и образующей участок закалки 1. 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 б 5 тракта, состоящего из неохлаждаемоговходного патрубка 8, съемной трубки3 и гаэоотводной трубки 6. Неохлажда-.емый, входной патрубок 8 изготовлениз кварца, закреплен в гайке 9 изжаропрочного материала, которая навинчена на наружную стенку охлаждаемого входного патрубка. Полостьмежду внутренней стенкой и , газоотводной трубкой 6 образует магистраль 10 продувки инертным газом га-.зоотводного тракта перед сменнымфильтром.Пробоотборник работает следующимобразом,До начала процесса отбора продуктовсгорания, содержащих сажистые частицы, через магистраль продувки игазоотводный тракт перед сменнымфильтром вытекает в исследуемую среду инертный газ под небольшим избыточным давлением. Это препятствуетпреждевременному попаданию частицсажи в газоотводный тракт пробоотборника. Газоотводный тракт послесменного фильтра для уменьшения расхода инертного газа желательно пере,крыть. Процесс отбора начинается содновременного перекрытия магистрали продувки инертным газом и открытия гаэоотводного тракта. Продуктысгорания, проходя через сменныйФильтр, очищаются от сажевых частици по гаэоотводной трубке 6 направляются на приборы контроля его параметров. В процессе отбора частицысажи за счет сил термофореэа осаждаются также на охлаждаемой съемной трубке 3 в зоне закалки,а неохлаждаемый, имеющий высокуютемпературу входной патрубок 8,остается чистым. После окончанияотбора пробоотборник легко разбирается за счет разъединения резьбовогосоединения входного патрубка 8 сохлаждаемым входным патрубком иниппельного соединения 7 газоотводной трубки 6 с охлаждаемым корпусом.Сменный фильтр и съемная трубка 3 используется для определения количества сажи, осажденной из продуктов сгорания, Материал фильтрующего элемента 4, его размеры, пористость подби-.;раются, исходя из конкретных условийотбора и необходимости исключенияпроскока 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 происходить941880 Т - температура продуктов сгорания;С - концентрация двуокиси угЕ,0 плерода в продуктах сгоранияС - концентрация водяных паровв продуктах сгорания,Расчет температуры газового потока по длине зоны закалки, гдепроисходит его интенсивное охлажде О ние, произведено по методике расчета теплообменников типа труба втрубе. Длина съемной трубки подобрана с таким расчетом, чтобы температура газа перед сменным фильтромуменьшалась до величин порядка900 К, когда за:время отбора не.происходит значительной газификациисажи согласно приведенных реакций.Результаты расчетов представлены .20 В таблице. гаэофикация частиц сажи при их движениипо каналу входного патрубка и съемной трубки, а также на фильтре за счет протекания реакцииС + СО 2 СО;С + ИОСО + И 1,что приведет к появлению систематических ошибок отбора. Для оценки величины этой погрешности исполь-. зованы данные работы по скоростям протекания, указанных химических реакций 5 - 19000 ЯТ 2,5 10 Ссд ее -4 ЪЗООЮ 7Н 10 ерконцентрация сажи (дисперсного углерода);газовая постоянная для продуктов сгорания; аС ЙС аС где СдС, З ьС 1 Е ьСЗ дС 3 в 1500 3,66 0,046 913 0,004 1600 3,86 0,046 964 0,01 1700 386 0,046 1015 0,09 1800 3,860,046 1065 0,15 008 011 0,1 ,0,27 0,02 0,08 0,2 0,4 0,75 0,43 1900 3,860.046 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,охл Ч Тф ЬС 1 Ьс Такие расчеты необходимо проводить при оценке пригодности любого пробоотборника, в том числе и известных,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 повыситьточность определения концентрации сажи в продуктах сгорания, а также надежность работы и удобство эксплуатации устройства. За счет 65 ,введения магистрали продувки инертПримечание: Т 0,003 0,03 0,037941880 формула изобретения ююавдающААв Составитель Л.Горейноваедактор Н.Пушненкова Техред Ж. Кастелевич Корректор В.БУтяга т п 4ю тавеюс48 7/32 Тираж 887 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, РаУшсаказ Подписное тета СССкрытийая наб.,иал ППП фПатент, г. ужгород,Проектная,ным газом точность получаемых результатов повышается примерно на 30.Существенный эффект должно оказатьтакже уменьшение возмущающего. действия входного патрубка пробоотборника на исследуемый поток5 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 - 15 ч а ю щ. и й с я тем, что, с целью повышения точности количественного определения концентрации сажи в продуктах сгорания углеводородных топлив, гаэоотводной тракт, снабжендополнительным патрубком, соединенным с патрубком для подачи газа, имагистралью продувки, соединеннойс газоотводным трактом перед сменным фильтром. Источники. информации,принятые во внимание при эксйерти1Нзеаджаров И,Ь. Определение механического надожога.в высокотемпературной зоне мазута,- Теплоэнергетика, 1974, 9 9,2 Биленский Т.В, Динамика горения пылевидного топлива. М. Энергияф, 1970,3. М.У ОХРОКР " Ьопйоп - Раг 1 з"Оаз заарЮпд апй сЬеа 1 саР АпаРуз 1 з1 п совЬпз 1 оп ргосеззезф, О.Т 1 пе,1961, р 46 (прототип)