Устройство для отбора проб пыли

(51 ГО П ОБРЕТ И 0 ЕТЕЛЬСТ 8 У АВТОРСКОМ 21) 36529 22) 11. 10 46) 15.02 72) В.С.Б 23-26 5. Бюл. В 6болин, Б.В.Бер и А.М.Сидо (71) Ураль ного Знаме тут им, С.М (53) 543.0 овкий ордена и политехн .Кирова 3(088.8) го Кр кисти рудо ески 6) 1, хниче ембовля В.И епл ие испытания "Энергия",котел1977 ьм уст 94.Ке ов АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРАПЬШИ иэ аэропотока, включающееконечник,отсосную трубу и импулные трубки, одна иэ которых уст лена снаружи наконечника, а другаявыполнена с открытым концом на внут-:ренней стенке наконечника, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповыпения достоверности проб пыли,оно снабжено цилиндрическим пылесборником, установленным соосно снаконечником, подводящей трубкой, гаэораспределительной камерой и дополнительной импульсной трубкой, соединенной с внутренней стенкой пыле-.сборника, а подводящая .трубка соединена с пылесборником и установлена концентрично снаружи отсоснойтрубы, при этом пылесборник установлен средней частью в газораспределительной камере и выполнен в этойчасти перфорированным.11399 35 Изобретение относится к технике измерения концентрации пыли в дисперсных аэропотоках.Известно устройство для отбора проб. пыли - трубка Всесоюзного тепло технического института. Устройство включает наконечник, отсосную трубку, импульсные трубки, одна из .которых установлена снаружи наконечника, а другая выполнена с концом на внут ренней стенке наконечника 1 .Недостатком этого устройства является невозможность замерить достоверно концентрацию частиц в полидисперсном неуравновешенном аэропотоке, 15 где часть крупных частиц не взвешена, например в надслоевом пространстве полидисперсного кипящего слоя. Как известно концентрация частиц в надслоевом пространстве убывает с 20 высотой. Условно принято делить все частицы на две части: мелочь слоя - частицы, скорость витания которых меньше скорости газа (т.е. взвешенные частицы), и крупные частицы - 25 остальные. Частицы выбрасываются в-надслоевое пространство разрывающимися на поверхности слоя пузырями. По мере подъема крупных частиц в над-слоевом пространстве их первоначаль-ная кинематическая энергия, убывает до нуля за счет сил сопротивления газового потока движению частиц и постоянному воздействию на них сил тяжести, после чего они меняют направление движения на обратное и возвращаются в кипящий слой. Указанное устройство работает при изокинетичности отбора проб, т.е. равенстве скоростей газов в аэропотоке и40 в наконечнике. При этом крупные частицы, попавшие в наконечник, ударяются о верхнюю часть отсосной трубки (поворотное колено), стенки наконечника и отсосной трубки, отскакивают от них,а так как они не взвеше" ны внутри наконечника (силы сопротивления газового потока, действующие на крупные частицы, меньше сил веса этих частиц), теряют кинетическую первоначальную энергию и выпадают из 50 наконечника, Крупные частицы не могут быть захвачены газовым потоком в отсосной трубе и транспортироваться им в горизонтальной ее части (после колена и поворота аэропотока 55 на 90 ф), так как они не взвешены газом. Достоверно при этом можно измерить только концентрацию мелких 95 2частиц, скорость витания которыхменьше скорости газа в аэропотоке(т.е, сила сопротивления газа, действующая на частицы, превышает силуих тяжести), При нарушении изокинетичности отбора, например при болеевысокой скорости газа в наконечнике, с целью учета крупных частиц получается завышенное значение концентра/ции за счет более высоких значений,превышающих действительные, мелкиечастиц.Цель изобретения в .повышение достоверности проб пыли.Поставленная цель достигается тем,что устройство для отбора проб пылииз аэропотока, включающее наконечник,отсосную трубу и импульсные трубки,одна из которых установлена снаружинаконечника, а другая выполнена соткрытым концом на внутренней стенкенаконечника, снабжено цилиндрическим пыпесборником, установленным соосно с наконечником, подводящей трубкой, газораспределительной камеройи дополнительной импульсной трубкой,соединенной с внутренней стенкой пылесборника, а подводящая трубка соединена с пылесборником и установленаконцентрично снаружи отсосной трубы,при этом пылесборник установленсредней частью в газораспределительной камере и выполнен в этой частиперфорированным,На чертеже изображено устройство,продольный разрез,Устройство представляет собой расположенные соосно цилиндрический наконечник 1 и пылесборник 2, входные отверстия которых расположеныс противоположных сторон, Цилиндрический пылесборник 2 имеет дно. Наконечник 1 жестко соединен с отсосной трубой З,а пылесборник 2 - с под"водящей трубой 4 посредством газо"распределительной камеры 5, охваты"вающей пылесборник по наружному диа"метру, причем между внутренней стенкой камеры 5 и пылесборником 2 имеется свободное пространство. Подводящая труба 4 имеет внутренний диаметр, больший наружного диаметра отсосной трубы 3, например не менеечем на ЗОБ (в этом случае сечение дляпрохода газов в отсосной трубе 3 иподводящей трубе 4 примерно одинаково), и охватывает по периметру отсосную трубу. В стенке пылесборника,95 4вверх только до определенной высоты,где их первоначальная кинематическая энергия, полученная ими в моментвыброса из слоя, полностью переходитв потенциальную энергию земного притяжения (веса частиц), после чего .крупные частицы под действием силы тяжести падают и возвращаются в кипящий слой. Высоту подброса крупныхчастиц можно уменьшить, если поставить на их пути препятствие, либо изменить направление движения аэропотока. Газ огибает зто препятствие,а крупные частицы в силу своей инерционности продолжают двигаться прямолинейно, ударяются о препятствие, отскакивают от него в противоположнуюсторону и падают. Таким образом,крупные частицы, попавшие в наконечник 1, не в состоянии свободно вмес.те с газом изменить свое направление на 90 в колене трубы - они удаоряются о верхнюю часть колена, отра .жаются в результате удара в противоположную сторону и выпадают иэ наконечника. Возможно также взаимноестолкновение частиц друг с другоми со стенками наконечника 1 иотсосной трубы 3 , что такжеспособствует их выпадению наконечника,3 11399в его верхней части на внутреннейповерхности закреплен открытый конецтретьей импульсной трубки 6 (другойконец импульсной трубки соединяетсяс микроманометром). Пылесборник 2имеет перфорацию (отверстия) 7 взоне газораспределительной камеры 5.Устройство работает следующим образом,Входное отверстие наконечника 1 10направляется навстречу аэропотоку,а входное отверстие пылесборника 2в противоположную сторону, вдольаэропотока (направление газа показано сплошными линиями стрелок, а частиц - прерывистыми)., В отсоснойтрубе 3 создается разрежение (например, эжектором), в результатев наконечник 1 и отсосную трубу 3поступает для последующего анализапылегазовая аэросмесь. В пылесборник2 по подающей трубе 4 подается газ(например, дутьевым вентилятором).По показаниям давлений в импульсныхтрубках 6 устанавливается изокинетич ность отборов проб пыли в наконечнике 1 и пылесборнике 2 (равенство статических давлений во всех трех трубах). В этом случае скорости газавнутри наконечника 1 и пылесборника2 равны скорости газа в окружающемих аэропотоке. При таком условии ненарушается режим течения аэропотока как вблизи наконечника 1 и пыле.сборника 2 (линии тока газа и час 35тиц остаются неизменными) так ивнутри них. Таким образом появляется возможность достоверно замеритьконцентрацию частиц в данном сечении.Мелкие частицы, достигшие входного отверстия наконечника 1, свободновходят в него и далее поступают вотсосную трубу 3 для последующегоанализа,. Они взвешены газовым пото-.ком, т.е, их скорость витания мень.ше скорости газа (действующие начастицы силы больше снл веса этихчастиц) . Поэтому эти частички беспрепятственно огибают любые препятствия,в данном случае свободно вместе с . 50газовым потоком изменяют направление своего движения на 90 при повоОроте в колене отсосной трубы. Крупные,частицы имеют скорость витаниябольше чем скорость газа, т.е, силы 55сопротивления газа, действующие начастицы, оказывающие меньше весачастиц. Поэтому крупные частицы летят В пылесборник 2 через подводящую трубу 4 подается (например, дутьевым вентилятором) чистый газ, Скорость его на выходе из пылесборника 2устанавливается равной скорости газа в окружающем аэропотоке. Для равномерной раздачи газа в пылесборнике 2 имеется газораспределительная камера 5,охватывающая пылесборник по его наружному диаметру. Газ из газораспределительной камеры 5 поступает в пылесборник 2 равномерно по всему периметру через отверстия 7. Так как на выходе из пылесборника 2 скорость газов равна скорости.аэропотока, то мелкие частицы попасть в него не могут, В открытый конец пылесборника 2 свободно попадают только крупные частицы, летящие вниз под действием силы тяжести. Крупные частицы 8, попавшие в пылесборник 2, скапливаются в его нижней части, на дне. По мере накопления частиц в пылесборнике 2 устройство для отбора проб пыли удаляется иэ аэропотока, частицы высыпаются из пылесборника 2 и взвешива" ются. Вэвешиваютсй также и мелкиеАгЧВ й. 18+0, 6 ИАгф равна 1 м/с.Здесь Ат - число Архимеда, равноеЗОаЭ Рт ГАг= -г О бгде= 15,6 10 м/с - кинематическая вязкость35 диаметр частиц; ускорение земного притяжеЙЭ8 = 9,8 м/сния;плотность ма О териала частиц эолы, плотность возт = 1400 кг/мз 7= 1,2 кг/м духа. Все частицы, размер которых мень-,45 ше 200 мкм, считаются мелкими, а те частицы, размер которых больше 200 мкм, считаются крупными, В надслоевое пространство пузырями, выходящими на поверхность слоя, выбрасываются с различными скоростями от нуля до У частицы слоя как круп" ные 1 так и мелкие. Мелкие частицы, скорость витания которых меньше 1 м/с, уносятся вместе с газом из надслоевого пространства. Крупные частицы в зависимости от скорости их выброса из слоя летят до опредечастицы, поступившие в отсосную трубу 3, а затем уловленные фильтром (не показан). Таким образом, суммируя массу частиц, уловленных за определенное время наконечником 1 (мелкие частицы) и пылесборником 2 (крупные частицы), получаем концентрацию частиц на данной высоте (например, от уровня кипящего слоя).Покажем работу устройства на кон О кретном примере замера концентрации аэропотока в надслоевом пространстве кипящего полидисперсного слоя. Полидисперсный слой содержит частицы золы от 10 до 4000 мкм. Скорость фильт рации воздуха через слой 1 м/с (на пустое сечение аппарата) . Ожижающий агент - воздух при 20 С. При скоросоти воздуха 1 м/с взвешенными будут частицы размером 200 мкм и менее. 20 Скорость витания частиц размером 200 мкм, подсчитанная по формуле То.деса О.М. (8) ленной высоты от нуля до Ь 0 у после чего возвращаются в кипящий слой. Высота подброса крупных частиц можез 1 достигать нескольких метров. Допус тим на высоте 1 м от уровня кипящего слоя,т.е. ниже высоты Ьрщ, установлено устройство для.отбора проб пыли, открытый конец наконечника которого направлен навстречу потоку, а открытый конец пылесборника - вдоль потока. Скорость газа в наконечнике и пылесборнике с помощью импульсных трубок устанавливается равной 1 м/с,т.е. соблюдается условие изокинетичностй отбора проб. В отсосную трубу через наконечник засасываются" только частицы размером 200 мкм и менее. В пылесборник мелкие частицы попасть не могут, так как .они сразу же выносятся из него газом. В пылесборнике попадают только крупные частицы, достигшие высоты 1 м и более и летящие вниз под действием силы тяжести. Эти частицы собираются в нижней части пылесборника. После выдержки устройства на данной высоте, например, в течение 1 мин, оно удаляется иэ аэропотока. Частицы, попавшие в пылесборник и отсосную трубу, взвешиваются в отдельности (при необходимости производится их фракционный анализ путем рассевки на ситах). Например, оказалось, что в течение1 мин в отсосную трубу попало Сц = О, 1 кг частиц размером 10-200 мкм,а в пылесборник С= 0,05 кг крупных частиц размером более 200 мкм (до 4000 мкм) .Площадь входных отверстий пылесборника и наконечника составляет, например, 0,0007 и 0,0003 м соответственно.Таким образом, через единицу поверхности горизонтального сеченияаппарата на высоте 1 м от уровням 01,слоя проходитм 0,ООООЭ 60 ф 5,55 кг/мс мелких частиц и0,05к 1/м с крупнь 4 часГЙООМ 60 тиц. Так как замеренное значение для крупных частиц относится только для частиц, летящих вниз, то точно такое же количество крупных частиц летит вверх, а в итоге полученное значение для крупных частиц необходимо удвоить, т.е, 2,38 х 2 = 4,76 кг/мс .Демч Редактор О,Колесников каз 253/31 Т ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж"3раж 897ого комиий и откРаушск Подписта СССРтийнаб., д. 4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4 Таким образом, суммируя полученное значение концентрации мелких и крупных частиц , получаем общую концентрапню (поток частиц) проходящих через единицу площади горизонтального сечения аппарата за единицу времени: 5, 55 + 4,76 = 10,31 кг/мс.В качестве базового объекта для сравнения взят прототип - трубка Всесоюзного теплотехнического инсти тута.Предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет более достоверно замерить концентрацию частиц в неуравновешенных вертикальных аэро995потоках. Например, при измерении кон-центрации частиц в приведенном. примере трубкой Всесоюзного теплотехнического института при условиях изокинетичности отбора проб можно замерить только концентрацию мелких частиц, которая равна 5,55 кг/мыс. Действительная концентрация пыли, замеренная с помощью предлагаемого устройства, равна 10,31 кг/мс. Таким образом, при измерении концентрации пыли в аэропотоке ошибка составляет: