CN209727556U - 一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置 - Google Patents
一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，包括：收集气室、分离气室、气室底板、气室隔板、调整垫片、喷嘴、收集嘴、收集管、挡板，用以收集小径粒子的收集气室整体为两端开口的环形结构，其上端面通过气室隔板与分离气室下端固连，其下端面通过调整垫片与气室底板固连，用以连接外部大气采集管路的喷嘴穿设在分离气室的上端中部并通过螺栓与分离气室固连，用以分离粒子的收集嘴穿设在气室隔板中部与喷嘴相对应的位置。本实用新型可满足不同粒径范围放射性气溶胶分级取样测量的需要，具有分离效率高、粒子管壁损失小的优点，可作为大气环境PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM10等不同粒径范围气溶胶分级测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及核与辐射监测技术，具体是一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置。
背景技术
在核工业生产和核废物处理过程中，存在一定的钚、浓缩铀等人工放射性物质，这些核素微粒很可能弥散在空气中形成放射性气溶胶。若工作人员吸入诸类放射性气溶胶，将会对其产生严重的内照射损伤。因此，需要对这些工作场所的人工气溶胶浓度进行监测，以保证工作人员的安全，为在发生事故时及时采用应急措施提供技术支持。
在人工放射性气溶胶监测中，氡气及其子体气溶胶的干扰是气溶胶监测仪监测灵敏度的最大障碍。尤其是一些地下工程高氡环境中，由于天然放射性气溶胶（氡子体）浓度高，对监测仪器灵敏度和准确度的影响大，因此多采用α能量甄别法、α/β比值法、假符合法等。由于工程内部天然放射性本底的不断变化，上述采用消除天然本底影响从而提高放射性气溶胶连续监测仪监测灵敏度的作用有限。
解决氡气及其子体干扰还有一些技术手段。目前，根据天然放射性气溶胶和人工放射性气溶胶粒度特性的不同（天然气溶胶粒径一般小于0.5μm，而人工气溶胶的粒径通常大于1μm），采用粒径分离技术方法，消除天然本底对人工放射性气溶胶监测的干扰，是一种较为合理的解决方案。这种粒径分离技术使用采样器采集气溶胶样品，不经实验室分析测量，采用物理粒径切割，可有效降低天然放射性气溶胶对人工放射性气溶胶监测的干扰，从而实现直接在线测量分析。中国辐射防护研究院公布的《放射性气溶胶粒度分离采样装置》（专利号：200510056786），该专利一定程度上解决了氡子体对人工放射性气溶胶监测的干扰，但该发明还存在以下问题：（1）分离管嘴和收集管嘴的分离效率、不同粒径范围的放射性气溶胶的分离效率均不够理想；（2）收集管壁结构存在较大的粒子管壁损失；（3）无法实现分离管嘴、收集管嘴尺寸调整。这些问题在一定程度上影响到测量结果的准确性。因此，重新设计一种具有高效分离效率的分离采样装置是必要的。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，通过模拟计算及合理的结构设计，使得新研发的分离采样装置具有分离效率高、粒子管壁损失小的优点，可以有效克服上述背景技术中的不足。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，包括：收集气室、分离气室、气室底板、气室隔板、调整垫片、喷嘴、收集嘴、收集管、挡板，用以收集小径粒子的收集气室整体为两端开口的环形结构，其上端面通过气室隔板与分离气室下端固连，其下端面通过调整垫片与气室底板固连，用以连接外部大气采集管路的喷嘴穿设在分离气室的上端中部并通过螺栓与分离气室固连，用以分离粒子的收集嘴穿设在气室隔板中部与喷嘴相对应的位置，收集嘴下端与用以收集大径粒子的收集管连通并通过收集管压紧固定在气室隔板上，所述的收集管上端与气室隔板相接触，下端穿过气室底板并通过挡板固定在气室底板上，所述的挡板套设在收集管下端并通过紧固螺栓与气室底板固连，挡板紧固时将收集管压紧在气室隔板的下端面，所述的气室隔板其中部设有与收集嘴相配合的通孔A，气室隔板的端面还设有均布的用以连通分离气室和收集气室的通孔B，所述的气室底板设上有粒子流出口，粒子流出口与外部用以收集小径粒子的装置连通，所述的收集管下端与外部用以收集大径粒子的装置相连通；
所述的喷嘴由锥形入口、法兰和连接管构成，连接管的一端与外部大气采集管路连通，另一端与锥形入口固为一体，连接管上设有用以连接分离气室的法兰；所述的锥形入口其整体为圆锥台结构，其轴向设有与连接管连通的锥孔，锥孔底径与连接管的内径一致，锥孔的末端设有同轴的用以连通分离气室的直通孔A；
所述的分离气室整体为上端封闭的环形结构，其封闭的上端面中部设有与喷嘴的连接管相配合的通孔，通孔的孔口同轴设置有与喷嘴的法兰相配合的沉孔，分离气室的外圆柱面的下端还设有用以连接收集气室的法兰A；
所述的收集气室其环形侧壁的上端面设有与法兰A上连接孔相对应的螺纹孔，收集气室外圆柱面的下端设有用以连接气室底板的法兰B。
所述的气室隔板位于分离气室与收集气室之间，其整体为圆盘形结构，气室隔板的端面设有与法兰A上的连接孔相对应的安装孔，气室隔板的中部设有凸起的圆形台阶，圆形台阶的外径与分离气室的环形内径间隙配合，所述的通孔A、通孔B均设置在台阶上。
所述的气室底板整体也为圆盘形结构，其中部设有用于收集管通过的通孔C，通孔C的一侧设有粒子流出口，气室底板下端面位于通孔C的外部设置有均布的用以安装挡板的螺纹孔。
所述的收集嘴整体为内部设有锥孔的圆柱体结构，其外圆柱面的下端同轴设置有圆形台阶槽A，其上端面同轴设置有与通孔A相配合的圆形台阶，圆形台阶上端同轴设置有圆锥台，圆锥台的顶部外径为直通孔A内径的1.3倍～1.5倍，圆锥台内部上端同轴设置有直通孔B，直通孔B与收集嘴内部的锥孔相连通，直通孔B的内径为直通孔A的内径0.6倍。
所述的收集管整体为圆直管，其内壁的上端设有圆形台阶槽C，台阶槽C的内径与台阶槽A的外径相一致，收集管外壁的下端设有与挡板相配合的圆形台阶槽D。
所述挡板整体为环形板状结构，其环形内壁的上端设置有圆形台阶槽E，台阶槽E的内径与台阶槽D的外径相一致。
所述的喷嘴与收集嘴之间的间距为直通孔A内径的1倍～1.8倍。
本实用新型的基本原理：气溶胶粒子随气流通过喷嘴进行加速，然后在收集嘴处分为两股：大粒径的人工气溶胶惯性大，随中心分气流运动，进入收集嘴内部；小粒径天然气溶胶气溶胶惯性小，被四周主气流带走，流向收集嘴外部。
本实用新型的设计原理：根据向心式分离器的设计原理，设计出主体结构；基于惯性分离器设计理论，对向心式分离器的切割直径d ae进行合理估算，从而得到具体的结构形式；然后基于CFD流体动力学软件，对本粒度分离采样装置进行流场模拟，根据模拟结果进行改进，进一步降低管壁粒子损失；最后利用单分散气溶胶发生器（0.1μm-10μm），对新研制的粒度分离器的粒径分离效率进行实验测试，得到具体的可应用于在线测量的分离效率。
本实用新型的有益效果是：本发明为组合式结构，可根据需要选配不同尺寸的部件，因此，适合于工业化生产，同时，喷嘴、收集嘴的轴向位置可调，通过设置合理的间距，可有效降低粒子的管壁损失，满足不同粒径范围放射性气溶胶分级取样测量的需要；本装置的结构形式根据最新的理论进行设计，其分离效率大幅提升，经试验检测，对粒径为1µm的粒子分离效率高达95%以上，更好的满足了人工气溶胶的分离要求，可作为大气环境PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM10等不同粒径范围气溶胶分级测量，满足大气环境可吸入粉尘颗粒的取样监测需求；可实现下端监测设备人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶浓度的同时在线监测。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为喷嘴的示意图。
图3分离气室的示意图。
图4为收集气室的示意图。
图5为气室隔板的示意图。
图6为气室底板的示意图。
图7为收集嘴的示意图。
图8为收集管的示意图。
图中，1、喷嘴，2、分离气室，3、气室隔板，4、收集气室，5、收集嘴，6、气室底板，7、收集管，8、调整垫片，9、挡板，101、连接管，102、锥形入口，103、法兰，104、直通孔A，201、法兰A，301，通孔A，302、通孔B，401、法兰B，501、圆形台阶槽A，502、直通孔B，601、通孔C，602、粒子流出口，701、圆形台阶槽C，702、圆形台阶槽D。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。
如说明书附图所示，一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，包括：喷嘴1、分离气室2、气室隔板3、收集气室4、收集嘴5、气室底板6、收集管7、调整垫片8、挡板9，用以收集小径粒子的收集气室4整体为两端开口的环形结构，其上端面通过气室隔板3与分离气室2下端固连，其下端面通过调整垫片8与气室底板6固连，用以连接外部大气采集管路的喷嘴1穿设在分离气室2的上端中部并通过螺栓与分离气室2固连，用以分离粒子的收集嘴5穿设在气室隔板3中部与喷嘴1相对应的位置，收集嘴5下端与用以收集大径粒子的收集管7连通并通过收集管7压紧固定在气室隔板3上，所述的收集管7上端与气室隔板3相接触，下端穿过气室底板并通过挡板9固定在气室底板6上，所述的挡板9套设在收集管7下端并通过紧固螺栓与气室底板6固连，挡板9紧固时将收集管7压紧在气室隔板3的下端面，所述的气室隔板3其中部设有与收集嘴5相配合的通孔A301，气室隔板3的端面还设有均布的用以连通分离气室2和收集气室4的通孔B302，所述的气室底板6设上有粒子流出口602，粒子流出口602与外部用以收集小径粒子的装置连通，所述的收集管7下端与外部用以收集大径粒子的装置相连通；
所述的喷嘴1由锥形入口102、法兰103和连接管101构成，连接管101的一端与外部大气采集管路连通，另一端与锥形入口102固为一体，连接管101上设有用以连接分离气室的法兰103；所述的锥形入口102其整体为圆锥台结构，其轴向设有与连接管101连通的锥孔，锥孔底径与连接管101的内径一致，锥孔的末端设有同轴的用以连通分离气室2的直通孔A104；
所述的分离气室2整体为上端封闭的环形结构，其封闭的上端面中部设有与喷嘴1的连接管101相配合的通孔，通孔的孔口同轴设置有与喷嘴1的法兰103相配合的沉孔，分离气室2的外圆柱面的下端还设有用以连接收集气室4的法兰A201；
所述的收集气室4其环形侧壁的上端面设有与法兰A201上连接孔相对应的螺纹孔，收集气室4外圆柱面的下端设有用以连接气室底板6的法兰B401。
所述的气室隔板3位于分离气室2与收集气室4之间，其整体为圆盘形结构，气室隔板3的端面设有与法兰A201上的连接孔相对应的安装孔，气室隔板3的中部设有凸起的圆形台阶，圆形台阶的外径与分离气室2的环形内径间隙配合，所述的通孔A301、通孔B302均设置在台阶上。
所述的气室底板6整体也为圆盘形结构，其中部设有用于收集管7通过的通孔C601，通孔C601的一侧设有粒子流出口602，气室底板6下端面位于通孔C601的外部设置有均布的用以安装挡板9的螺纹孔。
所述的收集嘴5整体为内部设有锥孔的圆柱体结构，其外圆柱面的下端同轴设置有圆形台阶槽A501，其上端面同轴设置有与通孔A301相配合的圆形台阶，圆形台阶上端同轴设置有圆锥台，圆锥台的顶部外径为直通孔A104内径的1.3倍～1.5倍，圆锥台内部上端同轴设置有直通孔B502，直通孔B502与收集嘴5内部的锥孔相连通，直通孔B502的内径为直通孔A104内径的0.6倍。
所述的收集管7整体为圆直管，其内壁的上端设有圆形台阶槽C701，台阶槽C701的内径与台阶槽A501的外径相一致，收集管7外壁的下端设有与挡板9相配合的圆形台阶槽D702。
所述挡板9整体为环形板状结构，其环形内壁的上端设置有圆形台阶槽E，台阶槽E的内径与台阶槽D702的外径相一致。
所述的喷嘴1与收集嘴5之间的间距为直通孔A104内径的1倍～1.8倍。
根据以上技术方案，结合分离器切割直径估算公式，当采样流量为60L/min，切割直径为0.5-1 μm粒子时，所对应的喷嘴直通孔A104的直径为2-2.8 mm。
理想情况下，该喷嘴直通孔A104的直径能够把大于1 μm的粒子全部收集，而小于1μm粒子则全部不收集。
按照本技术方案所设计的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，利用单分散气溶胶发生器对粒径分离器分离效率开展了实验测试，测试结果如表一所示。
表一：
| 气溶胶粒径 | 0.1μm | 0.3μm | 0.5μm | 1μm | 5μm | 8μm | 10μm |
| 粒径分离效率 | 82.5% | 88.4% | 90.7% | 95.3 | 96.1 | 99.4% | 99.8% |
测试结果表明，设计的粒径分离装置对粒径为1µm粒子的分离效率为95.3%，分离效果满足设计要求；对粒径为10 µm粒子的分离效率接近100%。
本实用新型所设计的粒径分离装置可通过调整垫片、螺栓等方式，实现分离管嘴、收集管嘴尺寸及间距调整，满足不同粒径范围放射性气溶胶分级取样测量的需要。
本实用新型所设计的粒径分离装置可作为大气环境PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM10等不同粒径范围气溶胶分级测量，满足大气环境可吸入粉尘颗粒的取样监测需求。
通过本装置的有效分离，可实现下端监测设备人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶浓度的同时在线监测。
本实用新型未详述部分为现有技术。
Claims (7)
1.一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，包括收集气室、分离气室、气室底板、气室隔板、调整垫片、喷嘴、收集嘴、收集管、挡板，其特征是：用以收集小径粒子的收集气室整体为两端开口的环形结构，其上端面通过气室隔板与分离气室下端固连，其下端面通过调整垫片与气室底板固连，用以连接外部大气采集管路的喷嘴穿设在分离气室的上端中部并通过螺栓与分离气室固连，用以分离粒子的收集嘴穿设在气室隔板中部与喷嘴相对应的位置，收集嘴下端与用以收集大径粒子的收集管连通并通过收集管压紧固定在气室隔板上，所述的收集管上端与气室隔板相接触，下端穿过气室底板并通过挡板固定在气室底板上，所述的挡板套设在收集管下端并通过紧固螺栓与气室底板固连，挡板紧固时将收集管压紧在气室隔板的下端面，所述的气室隔板其中部设有与收集嘴相配合的通孔A，气室隔板的端面还设有均布的用以连通分离气室和收集气室的通孔B，所述的气室底板设上有粒子流出口，粒子流出口与外部用以收集小径粒子的装置连通，所述的收集管下端与外部用以收集大径粒子的装置相连通；
所述的喷嘴由锥形入口、法兰和连接管构成，连接管的一端与外部大气采集管路连通，另一端与锥形入口固为一体，连接管上设有用以连接分离气室的法兰；所述的锥形入口其整体为圆锥台结构，其轴向设有与连接管连通的锥孔，锥孔底径与连接管的内径一致，锥孔的末端的设有同轴的用以连通分离气室的直通孔A；
所述的分离气室整体为上端封闭的环形结构，其封闭的上端面中部设有与喷嘴的连接管相配合的通孔，通孔的孔口同轴设置有与喷嘴的法兰相配合的沉孔，分离气室的外圆柱面的下端还设有用以连接收集气室的法兰A；
所述的收集气室其环形侧壁的上端面设有与法兰A上连接孔相对应的螺纹孔，收集气室外圆柱面的下端设有用以连接气室底板的法兰B。
2.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述的气室隔板位于分离气室与收集气室之间，其整体为圆盘形结构，气室隔板的端面设有与法兰A上的连接孔相对应的安装孔，气室隔板的中部设有凸起的圆形台阶，圆形台阶的外径与分离气室的环形内径间隙配合，所述的通孔A、通孔B均设置在台阶上。
3.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述的气室底板整体也为圆盘形结构，其中部设有用于收集管通过的通孔C，通孔C的一侧设有粒子流出口，气室底板下端面位于通孔C的外部设置有均布的用以安装挡板的螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述的收集嘴整体为内部设有锥孔的圆柱体结构，其外圆柱面的下端同轴设置有圆形台阶槽A，其上端面同轴设置有与通孔A相配合的圆形台阶，圆形台阶上端同轴设置有圆锥台，圆锥台的顶部外径为直通孔A内径的1.3倍～1.5倍，圆锥台内部上端同轴设置有直通孔B，直通孔B与收集嘴内部的锥孔相连通，直通孔B的内径为直通孔A内径的0.6倍。
5.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述的收集管整体为圆直管，其内壁的上端设有圆形台阶槽C，台阶槽C的内径与台阶槽A的外径相一致，收集管外壁的下端设有与挡板相配合的圆形台阶槽D。
6.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述挡板整体为环形板状结构，其环形内壁的上端设置有圆形台阶槽E，台阶槽E的内径与台阶槽D的外径相一致。
7.根据权利要求1所述的一种人工放射性气溶胶与天然放射性气溶胶高效粒径分离采样装置，其特征是：所述的喷嘴与收集嘴之间的间距为直通孔A内径的1倍～1.8倍。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |