Струйный пылемер

 

Союз Советскид

Социалистических

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (ta) 840703 (61) Дополнительное к авт. саид-ву Ie 661304 (22) Заявлено 11.11.79 (21) 2838998/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 230681. Бюллетень ИЯ 23

Дата опубликования описания 230681 (я)м. к„з

G 01 И 1>/00

Государственный коммтет

СССР но делам нзобретеннй н открытий (53) УДК 539.217.1 (088. 8) (72) Автор (54) СТРУЙНЫЙ ПЫЛЕМЕР

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 вытяжных 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 аппаратов.

Снижение чувствительности и точности известного устройства определяется также зависимостью динамического давления поперечных струй сжатого воздуха, истекающих из сопла питания, от геометрических размеров и конструктивного исполнения первичного преобразователя (расстояния h 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

20 на статические расходные характеристики. В результате обработки полученных экспериментальных данных статистическими методами с проверками на адекватность н воспроиэводимость эксперимента и значимость коэффициентов найдено, что наиболее существенным варьируемым параметром является величина межсоплового расстояния

h, с изменением которой снижается

30 чувствительность известного прибора.

840703

Последнее определяет ограниченность диапазона измерений. Для проведения измерений при колебаниях величины разрежения в воздуховодах необходима периодическая перестройка режимов пневмопитания, изменение геометрических размеров первичного преобразователя (сопл, величины h) в процессе измерений, параметров дросселей мостовой пневмосхемы с учетом переменности скорости потока

I воздуха. Все это предопределяет снижение чувствительности и точности известного устройства по диапазону измерений.

В связи с этим для обеспечения требуемых точностных показателей и чувствительности прибора во всем интервале измерений возникает необходимость ручной регулировки межсоплового расстояния, интуитивного подбора размеров сопл и их геометрии, давления питания, "что вызывает трудности при эксплуатации, и нелинейность статических характеристик.

Для проведения замеров за пределами интервала линейности характеристики известного прибора требуется изготовление другого устройства с новым межсопловым расстоянием и размерами сопл, а также его индивидуальная тарировка. Помимо этого, к недостаткам известной конструкции устройства следует отнести зависимость разбаланса мостовой схемы от колебаний величины разрежения.

Цель изобретения — повышение чувствительности 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 блоком деления, один вход которого через пятимембранный элемент сравнения связан с проточными дроссельными целителями мостовой схемы, второй .зход — с выходом устройства для измерения величины разрежения, а выход блока деления включен на вход регистрирующего прибора.

Кроме. того, приемное сопла в виде эллипсоида вращения с продольной щелью, большая ось которого расположена параллельно оси пылемера, причем выполнено в виде вытянутого по направлению отклонения поперечных струй эллипсоида вращения с продольной щелью, отношение длины к ширине щели находится в пределах от трех до четырех, а ширина щели равна диаметру канала осевого отверстия сопла питания, при этом сопла питания выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевого отверстия сопла питания в 8 раз меньше расстояния между приемным соплом и соплом питания. Это расстояние для люФ бых. 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 вЂ,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 h при различных сочетаниях ширины 6 щели приемного сопла и диаметра d 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 -, б 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 Uä . Корпус 3 через пробозаборную трубку 4 связан с воздуховодом 5 аппарата пылеочистки, в котором движется анализируемый поток пылевоздушной смеси со скоростью

U . 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 резисторы 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 90о, 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 диаметрам

840703

5S

60 канала 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 П2Д.4 системы УСЭППА подсоединено к источнику пневмопита; ния с величиной давления Р„„

Сравнительная 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 П2Д.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. Ра-. бочий и компенсационный делители включены по схеме пневматического моста, давление питания которого контролируется образцовым манометром

15 и регулируется задатчиком давления типа П23Д.4. К соплу б питания подводится сжатый воздух с давлением P oz источника пневмопитания.

Выход элемента 14 сравнения,фиксирующего разбаланс P мостовой схемы, подключен к одному из входов пневматического блока 17 деления выходного сигнала типа ПФ-1,18, второй вход которого связан через устройство 18 для измерения величины разрежения P (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 последне-. му 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 U„><

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

3S

50, давления в междроссельной камере

"..опло 7, дроссель 10) проточного рабочего делителя пневмомоста. В результате на выходе мостовой схемы устанавливается некоторая минимальная величина разбалансаЛР. Давление сжатого воздуха, подводимого к приемному соплу 7, меньше давления, подводимого к соплу б, но достаточно для обеспечения протока сжатого воздуха через сопло 7 при нулевой скорости измеряемого потока.

Затем эжектором 22 через трубку

4 и корпус 3 прибора просасывается запыленный воздух с постоянной скоростью течения Upq . 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 потоке °

При 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. B 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 (Z Р=Р1 -Р ) мостовой схемы, фиксируемого элементом 14 сравнения, выходной сигнал с которого подается на блок 17 деления, где делится на величину разрежения PP . Разрежение непрерывно контролируется дифманометром (тягонапоромером типа ТНЩ 18, сигнал с которого подводится к блоку

17 деления.

840703

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 динамичес кого давления РдE развиваемого в плоскости приемного сопла 7 воз- 15 действием локальных электрических полей заряженных пылевых частиц и весовой концентрацией последних, в функции динамического давления В,а запыленного потока построена основ- щ ная эмпирическая характеристика электроструйного первичного преобразователя (фиг.2).

Эта характеристика получена при различных комбинациях геометрических азмеров первичного преобразователя араметра h и переменной величине

Рр), подводимого к соплу 6. Указанные параметры определяют значения

Чаг и Р = Чаг,где Р „-, динамйческое давление запыленного потока, при котором происходит сдув поперечных струй сжатого воздуха с плоскости сопла 7 (полное смещение этих струй при критической величине давления Р п); Рду щрс — динамическое давление, развиваемое в плоскости приемного сопла отклоняемыми струями сжатого воздуха, истекающими из сопла б, воздействием направленных локальных электрических полей заря- 40 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 от изменений Р,,6, 4, пределов и условий измерения и имеет постоянные координаты;

Выбранные экспериментальным путем конструкции первичного преобразователя и размеры щелевого сопла 7 обеспечивают работу прибора в режиме максимальной чувствительности (в точке 10

В). С использованиеМ концепций теории взаимодействия свободных турбулентных струй и данных эксперимента найдено полуэмпирическое условие выбора межсоплового расстояния, при котором обеспечивается максимальная чувствительность струйного прибора, записываемое в виде:

При Р п /Рэп.ка — — 0,3 находим h=84, где 4 — 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 Р>п /Р п „=0, 3. При этом

Pp ) 3,8 кПа и на вйходе прибора появляется максимальный сигнал, что обуславливает повьнаение точности замеров запыленности.

Давление Рр для всех кривых, показанных на фиг.3 и .4,одинаково и равно 17 кПа. Характер этих зависимостей сохраняется и при переменной величине давления пневмопитания

Рр (Р<> Ф const)

Выполнение приемного сопла 7 эллипсообразной формы с продольной щелью позволяет, помимо исключения эффектов налипания, уменьшить зону нечувствительности прибора (рабочая точка смещается к центру линейного участка статической характеристики) при небольших концентрациях пыли и высокодисперсности ее фракций в воздушном потоке. В этом случае пнев-. мосопротивление на выходе щелевого сопла с указанными геометрическими размерами значительно изменяется уже 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, точность прибора и расширяет диапазон измерений в сторону малых запыленностей воздушной среды. г

При использовании устройства обеспечивается улучшение работы ап- паратов пылеочистки и пылеулавливания в производственных цехах, улучшение промышленной санитарии и санитарно-гигиенических условий труда рабочих. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенного

840703

10 устройства составляет примерно 1011 тыс.руб. в год. Устройство нетрудоемко в изготовлении, в нем используются стандартные элементы пневмоавтоматики. При его применении не требуется энергоемких и дорогостоящих источников пневмопитания со стабильными характеристиками, а также дополнительной арматуры крепления первичного преобразователя. Это позволяет существенно снизить стоимость ! аппаратуры, ее сложность и массогабаритные показатели.

Формула изобретения

1. Струйный пылемер по авт. св.

9 666611830044, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и.точности измерения небольших концентраций пыли, он снабжен пятимембранным элементом срав- 20 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, второй 1 вход — 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 шийся 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 ши I рина 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. Л

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 661304, кл. G 01 и 15/00, 1977 (прототип). о

840703

Тираж 907 Подписное, ВНИИПИ Заказ 4 749/б 2

Ъ

Фь

" Ц

° % цAJ Р д

j Ю

Ф Î ь 49

b е 06

4 ф 03 ь ь

%э

0 1 2ф, 3 4 Х 6 7 8 9 .10 tt ngag стиг. Я

10 Zd ХО 40 ХР ЮЮ (й= ЮФ Р» Р ГР Руд(РУц Р зйЗ РРФ Я,ЯЯI7а) Фив.g

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4