Струйный пылемер

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскид Социалистических Рвслублнк(22) Заявлено 1 Ц. 1,79 (21) 2838998/18-25 (5 Ф) М Кл с присоединением заявки йо(23) Приоритет 8 01 й 15/00 Государственный коммтет СССР но делам нзобретеннйн открытий(72) Автор 4) С 1 РУйНЫй ПЫЛЕЕР ытяжне 5 30 Изобретение относится к технической Физике и может быть использовано. в полиграфической и химической отраслях промышленности для автоматизации процессов пылеочистки, при исследовании и контроле работы пылеулавливающих установок и в ных вентиляционных систем.По основному авт.св. 9 661304 известен струйный пылемер для измерения запыленности потоков воздуха, содержащий электроструйный первичный преобразователь, выполненный в виде двух струйных трубок - электродов, снабженных соплами, одно из которых-приемное, а второе сопло питания, расположенных напротив друг друга, источник высокого напряжения постоянного тока, соединенный с электродами электроструйного первичного преобразователя, источник пневмопитания, рабочий и компенсационный проточные дроссельные делители давления, включенные по мостовой схеме и показывающий прибор 1 .Недостатком устройства является ограниченная чувствительность.и точность измерения при малых концентрациях пыли в .потоках воздуха вследствие зависимости показаний устройства от колебаний величины разрежения (более 3,8 кПа) в воздуховодах пылеулавливающих аппаратовСнижение чувствительности и точности известного устройства определяется также зависимостью динамического давления поперечных струй сжатого воздуха, истекающих из сопла питания, от геометрических размеров и конструктивного испол ния первичного преобразователя (расстояния Ь между питающим и приемным соплом, диаметров их каналов),Проведены эксперименты при различных испытаниях геометрических размеров первичного преобразователя известного устройства и условий измерения для оценки их влияния на статические расходные характеристики. В результате обработки полученных экспериментальных данных статистическими методами с проверками на адеквагность и воспроиэводимость эксперимента и значимость коэффициен тов найдено, что наиболее существенным варьируемым параметром является величина межсоплового расстояния 6, с изменением которой снижается чувствительность известного прибора.Последнее определяет ограниченностьдиапазона измерений. Для проведенияизмерений при колебаниях величиныразрежения в воздуховодах необходима периодическая перестройка режимов пневмопитания, изменение геометрических размеров первичного преобразователя (сопл, величины Ь) впроцессе измерений, параметров дросселей мостовой пневмосхемы с учетом переменности скорости потокавоздуха. Все это предопределяет снижение чувствительности и точностиизвестного устройства по диапазонуизмерений.В связи с этим для обеспечениятребуемых точностных показателей ичувствительности прибора во всеминтервале измерений возникает необходимость ручной регулировки межсоплового расстояния, интуитивногоподбора размеров сопл и их геометрии, давления питания, "что вызываеттрудности при эксплуатации, и нелинейность статических характеристик.Для проведения замеров за пределамиинтервала линейности характеристикиизвестного прибора требуется изготовление другого устройства с новыммежсопловым расстоянием и размерамисопл, а также его индивидуальнаятарировка. Помимо этого, к недостаткам известной конструкции устройства следует отнести зависимость разбаланса мостовой схемы от колебанийвеличины разрежения,Цель изобретения - повышениечувствительности и точности измерения малых концентраций пыли.Поставленная цель достигается тем,что устройство снабжено пятимембранным элементом сравнения и после,довательно соединенными устройствами для измерения величины разрежения и пневматическим блокомделения, один вход которого черезпятимембранный элемент сравнениясвязан с проточными дроссельнымицелителями мостовой схемы, второй.зход - с выходом устройства для измерения величины разрежения, а выход блока деления включен на входрегистрирующего прибора.Кроме того, приемное сопла ввиде эллипсоида вращения с продольной щелью, большая ось которого расположена параллельно оси пылемера,причем выполнено в виде вытянутогопо направлению отклонения поперечныхструй эллипсоида вращения с продольной щелью, отношение длины к ширинещели находится в пределах от трех дочетырех, а ширина щели равна диаметру канала осевого отверстия соплапитания, при этом сопла питаниявыполнено в виде шарового сектора,а диаметр канала осевогоотверстиясопла питания в 8 раз меньше расстояния между приемным соплом и соплом питания. Это расстояние для лю- Фбых геометрических размеров дроссельных элементов мостовой схемы и переменной величине давления пневмопитания выбрано при отношении динамического давления запыленного потока к динамическому давлению этого потока, при котором происходит слив поперечных струй воздуха, вытекающих из сопла питания, с плоскости приемного сопла питания равном 0,3,На фиг,1 показана принципиальная схема струйного прибора; на фиг.2 в ,основная эмпирическая характеристика электроструйного первичного преобразователя при различных комбинациях его геометрическиХ размеров, на фиг.3 - экспериментальные кривые изменения выходного сигнала в зависимости от межсоплового расстояния Ь при различных сочетаниях ширины В щели приемного сопла и диаметра д канала осевого отверстия сопла питания, на фиг.4 - экспериментальные кривые изменения выходного сигнала прибора в зависимости от отношения длины 6 щели приемного сопла к ее ширине -, В при различных геометрических размерах первичнога преобразователя.Прибор состоит из электроструйного первичного преобразователя, выполненного в виде струйных трубок - , электродов 1 и 2, помещенных в корпус 3 прибора, по которому протекает воздушный поток, скорость которого составляет 0 д . Корпус 3 через пробозаборную трубку 4 связан с воздуховодом 5 аппарата пылеочистки, в котором движется анализируемый поток пылевоздушной смеси со скоростью О , Трубки 1 и 2, снабженные соответственно соплами б и 7, размещенными напротив друг друга, соединены с источником высокого напряжения 5-б кВ) постоянного тока через переменные резистары 8 и 9.Сопла б питания для обеспечения аэродинамичности конструкции, исключения нежелательных эффектов срыва вихрей с этого сопла при его обтекании набегающим потоком воздуха и попадании вихрей в зону действия потока "электрического ветра" (зону электризации) выполнено в виде шарового сектора с центральным углом, ,равным или меньшим 90 о, заподлицо с внутренней стенкой корпуса прибора. Сопла б снабжено осевым отверстием. Приемное сопла 7 для исключения налипания твердых частиц на него, характерного для малых скоростей и сферических поверхностей, выполнено в виде вытянутого эллипсоида вращения, расположенного в длину по направлению отклонения поперечных струй и снабженного продольной щелью. Ширина и длина щели соответственно равны одному и трем-четырем диаметрамканала осевого отверстия сопла питания, Геометрический центр приемного сопла находится на оси сопла питания, Такое использование сопл первичного преобразователя снижает существенно вносимые ими искажения в поток воздуха.Сопло 7 через постоянный дроссель 10 типа П 2 Д.4 системы УСЭППА подсоединено к источнику пневмопита; ния с величиной давления РСравнительная ветвь моста, выполненная в виде проточного дроссельного компенсационного делителя, состоящая из управляемого по статичес кому давлению сопла 11, струйной трубки 12, постоянного дросселя 13 типа П 2 Д.4 и импульсной трубки пневматически связана с одним из входов пятимембранного элемента 14 сравнения, другой вход которого соединен с междроссельной камерой проточного рабочего делителя давления, включающего сопло 7, струйную трубку 2 и постоянный,цроссель 10. Рабочий и компенсационный делители включены по схеме пневматического моста, давление питания которого контролируется образцовым манометром 15 и регулируется задатчиком давления типа П 23 Д.4. К соплу б питания подводится сжатый воздух с давлением Р от источника пневмопитания.Выход элемента 14 сравнения,фиксирующего разбаланс Р мостовой схемы, подключен к одному из входов пневматического блока 17 деления выходного сигнала типа ПФ,18, второй вход которого связан через устройство 18 для измерения величины разрежения Р (тягонапоромер типа ТНЖ или дифманометр) с сигнальной трубкой 19, расположенной в корпусе 3 прибора, Вход блока 17 деления соединен с показывающим прибором 20 типа ПВ.2,2 системы "Старт", шкала которого отградуирована в единицах концентрации пыли П).Питание элемента 14 сравнения осуществляется давлением Р от источника пневмопитания. К последнему через регулятор 21 расхода подсоединен воздушный эжектор 22, обеспечивающий непрерывность процесса Измерений.Устройство работает следующим образом.При помощи воздушного эжектора 22, создающего в полости прибора разрежение, регулируемое регулятором 21 расхода сжатого воздуха, в корпус 3 вначале поступает поток чистого воздуха с постоянной скоростью Одм Под действием воздушного потока поперечные струи, истекающие из сопла б, отклоняются от первоначального направления, приводя к снижению пневмосопротивления на выходе сопла 7, а следовательно, и к уменьшению 15 20 25 30 35 50,давления в междроссельной камеревопло 7, дроссель 10) проточного рабочего делителя пневмомоста. В результате на выходе мостовой схемы устанавливается некоторая минимальная величина разбалансаЛР. Давление сжатого воздуха, подводимого к приемномусоплу 7, меньше давления, подводимого к соплу б, но достаточно дляобеспечения протока сжатого воздухачерез сопло 7 при нулевой скоростиизмеряемого потока. Затем эжектором 22 через трубку 4 и корпус 3 прибора просасывается запыленный воздух с постоянной скоростью течения О,м . При этом происходит дополнительное отклонение турбулентно-поперечных струй воздуха, вытекающих из сопла б. Величина отклонения этих струй изменяется в зависимости от изменения плотности запыленного газа, определяемой весовым содержанием концентрации пыли в измеряемом потокеПри приложении к струйным трубкам 1 и 2 потенциалов высокого напряжения высокого тока в пространстве между приемными 7 и питающими б соплами создаются направленные струи "электрического ветра" в виде униполярного турбулентного потока заряженных пылевых частиц воздушной смеси, воздействующих на свободную ламинарную струю, истекающую из сопла 7. Благодаря турбулизации измеряемого потока струями "электрического ветра" в межэлектродном пространстве первичного преобразователя формируются локальные электрические поля высокой напряженности, Последние в совокупности с весовой концентрацией пылевых частиц потока являются электропневмозаслонками для сопла 7, препятствуя свободному истечению воздуха через это сопло и увеличивая сопротивление на выходе сопла 7. В результате в зависимости от величины запыленности потока воздуха увеличивается давление Р в рабочем дроссельном делителе, поступающее далее в одну из камер мембранного элемента 14. Давление Р , формируемое в междрос-, сельной камере (сопло 11, дроссель 13) сравнительной ветви пневмомоста, вычитается на элементе 14 сравнения из давления Р, создаваемого в рабочеМ делителе. Изменение давления Р, приводит к соответствующему увеличению разбаланса АР (Ь Р=Р 1 -Р) мостовой схемы, фиксируемого элементом 14 сравнения, выходной сигнал с которого подается на блок 17 деления, где делится на величину разрежения Р . Разрежение непрерывно контролируется дифманометром тягонапоромером типа ТНЖ) 18, сигнал с которого подводится к блоку 17 деления.Выходной сигнал, пропорциональный измеряемой величине концентрации пыли в воздушном потоке, с блока 17 поступает на показывающий прибор 20, непрерывно регистрирующий текущие значения запыленности воздуха. Как показывают эксперименты, выходной сигнал данной конструкции струйного прибора практически не зависит от величины разрежения в воздуховодах пыле .,очистных аппаратов и пропорционален измеряемому параметру.В результате обработки по методике наименьших квадратов экспериментальных данных по исследованию динамического давления Рд , развиваемого в плоскости приемного сопла 7 воз действием локальных электрических полей заряженных пылевых частиц и весовой концентрацией последних, в функции динамического давления Ь, запыленного потока построена основ- щ ная эмпирическая характеристика электроструйного первичного преобразователя (фиг.2).Эта характеристика получена при различных комбинациях геометрическихазмеров первичного преобразователяараметра и и переменной величине Ро), подводимого к соплу б. Указанные параметры определяют значения ЬПкр = Чаг и Рдрк,я Чаг, где РЗпк; динамйческое давление запыленного потока, при котором происходит сдув поперечных струй сжатого воздуха с плоскости сопла 7 (полное смещение этих струй при критической величине давления Рп); Рду щркс - динамическое З 5 давление, развиваемое в плоскости приемного сопла отклоняемыми струями сжатого воздуха, истекающими из сопла б, воздействием направленных локальных электрических полей заря О женных пылевых частиц и их весовой, концентрацией при нулевой скорости потока воздуха. Эти давления определяют границы участков линейности основной характеристики, показателя точности и чувствительности прибора. Установлено, что центр линейности В основной характеристики не зависит отизменений Р, ,и, д, пределов и условий измерения и имеет постоянные координаты; Выбранные экспериментальным путемконструкции первичного преобразователя и размеры щелевого сопла 7 обеспечивают работу прибора в режиме максимальной чувствительности (в точке 10В). С использованиеМ концепций теории взаимодействия свободных турбулентных струй и данных экспериментанайдено полуэмпирическое условие выбора межсоплового расстояния, при котором обеспечивается максимальная чувствительность струйного прибора, записываемое в виде:РРс 0 Ъ оаЬ(д 1При Ро,п /Рр р - -О, 3 находим п=8 д, где д - диаметр канала осевого отверстия сопла питания.В процессе экспериментов установлено, что между чувствительностью струйного устройства, геометрическими размерайи щели приемного сопла и расстоянием между соплом питания и приемным соплом существует экстремальная зависимость (фиг.3,4). Сравнение зависимостей, показывает, что чувствительность максимальна при ширине щели приемного сопла, равной диаметру канала осевого отверстия сопла питания, длине щели, находящейся в преде- лах трех-четырех диаметров канала осевого отверстия сопла б, расстояние между соплами б и 7, равном 8 диаметрам канала отверстия сопла питания и Рд /Рп=0,3. При этом Р ) 3,8 кПа и на вйходе прибора появляется максимальный сигнал, что обуславливает повьваение точности замеров запыленности.Давление Рв для всех кривых,показанных на фиг.З и .4,одинаковои равно 17 кПа. Характер этих зависимостей сохраняется и при переменной величине давления пневмопитанияР ( Р,сопбс),Выполнение приемного сопла 7эллипсообразной формы с продольнойщелью позволяет, помимо исключенияэффектов налипания, уменьшить зонунечувствительности прибора (рабочаяточка смещается к центру линейногоучастка статической характеристики)при небольших концентрациях пыли ивысокодисперсности ее фракций в воздушном потоке. В этом случае пнев-.мосопротивление на выходе щелевогосопла с указанными геометрическимиразмерами значительно изменяетсяуже при небольших изменениях весовой концентрации и плотности пыле-,вых частиц. Последнее обстоятельство в совокупности с непрерывной коррекцией колебаний величины разрежения в воздуховодах существенно повышает чувствительность, точностьприбора и расширяет диапазон измерений в сторону малых запыленностейвоздушной среды. гПри использовании устройстваобеспечивается улучшение работы ап-паратов пылеочистки и пылеулавливания в производственных цехах, улучшение промышленной санитарии и санитарно-гигиенических условий труда рабочих. Ожидаемый экономическийэффект от внедрения предложенногоустройства составляет примерно 1011 тыс.руб. в год. Устройство нетрудоемко в изготовлении, в нем используются стандартные элементы пневмоавтоматики. При его применении нетребуется энергоемких и дорогостоящих источников пневмопитания состабильными характеристиками, а также дополнительной арматуры крепленияпервичного преобразователя. Это позволяет существенно снизить стоимостьаппаратуры, ее сложность и массогабаритные показатели. 30 формула изобретения 1. Струйный пылемер по авт. св.15 Р 661304, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и.точности измерения небольших концентраций пыли, он снабжен пятимембранным элементом срав нения и последовательно соединенными устройством для измерения величины разрежения и пневматическим блоком деления, один вход которого через пятимембранный элемент сравнения связан с проточными дроссельными делителями мостовой схемы, второйвход - с выходом устройства для измерения величины разрежения, а выход блока деления включен на вход регистрирующего прибора.2. Пылемер по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что приемное сопло выполнено в виде эллипсоида вращения с продольной щелью, большая ось которого расположена параллельно оси пыпемера, причем отношение длины к ширине щели находится в пределах от трех до четырех а ширина щели равна диаметру канала осевого отверстия сопла питания, при этом сопло питания выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевого отверстия сопла питания в 8 раз меньше расстояния между приемным соплом и соплом питания. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 661304, кл. С 01 й 15/00, 1977прототип),ф,ВНИ Заказ 4749 ираж 907 Подписи Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная,