SU840703A2 - Струйный пылемер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технической физике и может быть использовано , в полиграфической и химической отрасл х промышленности дл  автоматизации процессов пылеочистки при исследовании и контроле работы пылеулавливающих установок и выт жных вентил ционных систем.

По основному авт.св. № 6613Q4 известен струйный пылемер дл  измерени  запыленности потоков воздуха , содержащий электроструйный первичный преобразователь, выполненный в В1ще двух струйных трубок электродов, снабженных соп-лами, одно из которых-приемное, а второе сопло питани , расположенных напротив друг друга, источник высокого напр жени  посто нного тока, соединенный с электродамиэлектроструйного первичного преобразовател , источник пневмопитани , рабочий и компенсационный проточные дроссельные делители давлени , включенные по мостовой схеме и показывающий прибор 1.

Недостатком устройства  вл етс  ограниченна  чувствительности, и точность измерени  при малых концентраци х пыли в .потоках воздуха

вследствие зависимости показаний устройства от колебаний величины разрежени  (более 3,8 кПа) в воздуховодах пылеулавливающих аппаратов.

Снижение чувствительности и точности известного устройства определ етс  также зависимостью динамического давлени  поперечных струй сжатого воздуха, истекающих из

o сопла питани , от геометрических размеров и конструктивного исполнени  первичного преобразовател  (рассто ни  h между питающим и приемным соплом, диаметров их каналов).

5 Проведены эксперименты при различных испытани х геометрических размеров первичного преобразовател  известного устройства и условий измерени  дл  оценки их вли ни 

0 на статические расходные характеристики . В результате обработки полученных экспериментальных данных статистическими методами с проверками на адекватность и воспроизводимость

5 эксперимента и значимость коэффициентов найдено, что наиболее существенным варьируемым парамегром  вл етс  величина межсоплового рассто ни  Н, с изменением которой снижаетс 

0 чувствительность известного прибора.

Последнее определ ет ограниченность диапазона измерений. Дл  проведени  измерений при колебани х величины разрежени  в воздуховодах необходима периодическа  перестройка режимов пневмопитани , изменение геометрических размеров первичного преобразовател  (сопл, величины h) в процессе измерений, параметров дросселей мосЬовой пневмосхемы с учетом переменности скорости потока воздуха. Все это предопредел ет снижение чувствительности и точности известного устройства по диапазону измерений.

В св зи с этим дл  обеспечени  требуемых точностных показателей и чувствительности прибора во всем интервале измерений возникает необходимость ручной регулировки межсоплового рассто ни , интуитивного подбора размеров сопл и их геометрии , давлени  питани  что вызывает трудности при эксплуатации, и нелинейность статических характеристик. Дл  проведени  замеров за пределами интервала линейности характеристики известного прибора требуетс  изготовление другого устройства с новым межсоплоБЫм рассто нием и размерами сопл, а также его индивидуальна  тарировка. Помимо этого, к недостаткам известной конструкции устройства следует отнести зависимость разбаланса мостовой схемы от колебаний величины разрежени .

Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности измерени  Малых концентраций пыли.

Поставленна  цель достигаетс  те что устройство снабжено п тимембранньм элементом сравнени  и после ,д6вательно соединенными устройствами дл  измерени  величины разрежени  и пневматическим блоком делени , один вход которого через п тимембранный элемент сравнени  св зан с проточными дроссельными целител ми мостовой схемы, второй .зход - с выходом устройства дл  измерени  величины разрежени , а выход блока делени  включен на вход регистрирующего прибора.

Кроме- того, приемное сопло в виде эллипсоида вращени  с продольной щелью, больша  ось которого расположена параллельно оси пылемера, причем выполнено в виде выт нутого по направлению отклонени  поперечны струй эллипсоида вращени  с продольной щелью, отношение длины к ширине щели находитс  в пределах от трех д четырех, а ширина щели равна диаметру канала осевого отверсти  сопла питани , при этом сопло питани  выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевогоотверсти  сопла питани  в 8 раз меньше рассто ни  между приемным соплом и соплом питани . Это рассто ние дл  любых геометрических размеров дроссельных элементов мостовой схемы и переменной величине давлени  пневмопитани  выбрано при отношении динамического давлени  запыленного потока к динамическому давлению этого потока, при котором происходит слив .поперечных струй воздуха, вытекающих из сопла питани , с плоскости приемного сопла питани  равном 0,3.

На фиг.1 показана принципиальна  схема струйного прибора; на фиг.2 -.основна  эмпирическа  характеристика электроструйного первичного преобразовател  при различных комбинаци х его геометрических размеров J на фиг.З - экспериментальные кривые изменени  выходного сигнала в зависимости от межсоплового рассто ни  h при различных сочетани х ширины 6 щели приемного сопла и диаМетра d канала осевого отверсти  сопла питани , на фиг.4 - экспериментальные кривые изменени  выходного сигнала прибора в зависимости от отношени  длины 6 щели приемног сопла к ее ширине - . 6 при различных геометрических размерах первичного преобразовател .

Прибор состоит из электроструйного первичного преобразовател , выполненного в виде струйных трубок электродов 1 и 2 помещенных в корп 3 прибора, по которому протекает воздушный поток, скорость которого составл ет Uj, . Корпус 3 через пробозаборную трубку4 св зан с воздуховодом 5 аппарата пылеочистки в котором движетс  анализируемый поток пылевоздушной смеси со скорость и . Трубки 1 и 2, снабженные соответственно соплами 6 и 7, размещенными напротив друг друга, соединены с источником высокого напр жени  (5-6 кв) посто нного тока через переменные резисторы В и 9.

Сопло 6 питани  дл  обеспечени  аэродинамичности конструкции, исключени  нежелательных эффектов срыва вихрей с этого сопла при его обтекании набегающим потоком воздуха и попадании вихрей в зону действи  потока электрического ветра (зону электризации) выполнено в виде шарового сектора с центральным углом, ;равным или меньшим , заподлицо с внутренней стенкой корпуса прибора. Сопло б снабжено осевым отверстием. Приемное сопло 7 дл  исключени  налипани  твердых частиц на него, характерного дл  малых скоростей и сферических поверхностей, выполнено в виде выт нутого эллипсоида -Bpaitfeни , расположенного в длид1у по направлению отклонени  поперечных струй и снабженного продольной щелью. Ширина и длина щеЛи соответственно равны одному и трем-четырем диаметра

канала осевого отверсти  сопла питани . Геометрический центр приемного сопла находитс  на оси сопла питани . Такое использование сопл первичного преобразовател  снижает cyineqTBeHHO вносимые ими искажени  в поток воздуха.

Сопло 7 через посто нный дроссель 10 типа П2Д.4 системы УСЭППА подсоединено к источнику пневмопитани  с величиной давлени  Сравнительна  ветвь моста, выполненна  в виде проточного дроссельного компенсационного делител , состо ща  из управл емого по статичес-т кому давлению сопла 11, струйной трубки 12, посто нного дроссел  13 типа П2Д.4 и импульсной трубки пневматически св зана с одним из входов п тимембранного элемента 14 сравнени , другой вход которого соединен с междроссельной камерой проточного рабочего делител  давлени , включающего сопло 7, струйную трубку 2 и посто нный др9ссель 10. Рабочий и компенсационный делители включены по схеме пневматического моста, давление питани  которого котролируетс  образцовым манометром 15 и регулируетс  задатчиком давлени  типа П23Д.4. К соплу 6 питани  подводитс  сжатый воздух с давлением Рр от источника пневмопитани

Выход элемента 14 сравнени ,Фиксрующего разбаланс Р мостовой схемы, подключен к одному из входов пневматического блока 17 делени  выходного сигнала типа ПФ-1,18, второй вход которого св зан через устройство 18 дл  измерени  величины разрежени  Р (т гонапоромер типа ТНЖ или дифманометр) с сигнальной трубкой 19, расположенной в корпусе 3 прибора. Вход блока 17 делени  соединен с показывающим прибором 20 типа ПВ.2.2 системы Старт, шкала которого отградуирована в единицахконцентрации пыли (П).

Питание элемента 14 сравнени осуществл етс  давлением , от источника пневмопитани . К последне-му через регул тор 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 регул тором 21 расхода сжатого воздуха, в корпус 3 вначале поступает поток чистого воздуха с посто нной скоростью Uyjy .

Под действием воздушного потока попЬречные струи, истекающие из сопла

6,отклон ютс  от первоначального направлени , привод  к снижению пневмосопротивлени  на выходе сопла

7,а следовательно, и к уменьшению

давлени  в междроссельной камере Ьопло 7, дроссель 10) проточного рабочего делител  пневмомоста. В результате на выходе мостовой схемы устанавливаетс  некотора  минимальна} величина разбалансаДР. Давление сжатого воздуха, подводимого к приемному соплу 7, меньше давлени , подводимого к соплу 6, но достаточно дл  обеспечени  протока сжатого воздуха через сопло 7 при нулевой скорости

o измер емого потока.

Затем эжектором 22 через трубку 4 и корпус 3 прибора просасываетс  запыленный воздух с посто нной скоростью течени  (i . При этом происходит дополнительное отклонение турбулентно-поперечных.струй воздуха, вытекающих из сопла б. Величина отклонени  этих струй измен етс  в зависимости от изменени  плотности

запыленного газа, определ емой весовым содержанием концентрации пыли в измер емом потоке.

При приложении к струйным трубкам -1 и 2 потенциалов высокого напр жени  высокого тока в пространстве между приемными 7 и питающими б соплами создаютс  направленные струи электрического ветра в виде унипол рного турбулентного потока зар женных пылевых частиц воздушной смеси, воздействующих на свободную ламинарную струю, истекающую из сопла 7. Благодар  турбулизации измер емого потока стру ми электрического ветра

в межэлектродном пространстве первичного преобразовател  формируютс  локальные электрические пол  высокой напр женности. Последние в совокупности с весовой концентрацией пылевых частиц потока  вл ютс  электропневмозаслонками дл  сопла 7, преп тству  свободному истечению воздуха через Это сопло и увеличива  сопротивление на выходе сопла 7. В результате в зависимости от величины

запыленности потока воздуха увеличиваетс  давление Р в рабочем дроссельном делителе, поступающее далее в одну из камер мембранного элемента 14. Давление Р, , формируемое в междросг

сельной камере (сопло 11, дроссель 13) сравнительной ветви пневмомоста, вычитаетс  на элементе 14 сравнени  из давлени  Р, создаваемого в рабочем делителе.

Изменение давлени  Р, приводит к соответствующему увеличению разбаланса iP (л -Pj) мостовой схемы, фиксируемого элементом 14 сравнени , выходной сигнал с которого подаетс 

на блок 17 делени , где делитс  на величину разрежени  Рр . Разрежение непрерывно контролируетс  дифманометром (т гонапоромером типа ТНЖ 18, сигнал с которого подводитс  к блоку 17 делени . Выходной сигнал, пропорциональный измер емой величине концентрации пыл в воздушном потоке, с блока 17 поступает на показывающий прибор 20, непрерывно регистрирующий текущие значени  запыленности воздуха. Как показывают эксперименты, выходной с нал данной конструкции струйного при бора практически не зависит от вели чины разрежени  в воздуховодах пьше . очистных аппаратов и пропорционален измер емому параметру. В результате обработки по методи наименьших квадратов эксперименталь ных данных по исследованию динамиче кого давлени  Рд , развиваемого в плоскости приемного сопла 7 воздействием локальных электрических полей зар женных пылевых частиц и в совой концентрацией последних/ в функции динамического давлени  1Ч,д запыленного потока построена основна  эмпирическа  характеристика электроструйного первичного преобра зовател  (фиг.2). Эта характеристика получена при различных комбинаци х геометрически размеров первичного преобразовател  Параметра h и переменной величине РО), подводимого к соплу 6. Указанные параметры определ ют значени  %пкр. аг.где Р,,„,ф- ди намическое давление запыленного потока , при котором происходит сдув п перечных струй сжатого воздуха с плоскости сопла 7 (полное смещение этих струй при критической величине давлени  Pjin.) РД-Е-мак;- динамическо давление, развиваемое в плоскости приемного сопла отклон емыми стру ми сжатого воздуха, истекгиощими из сопла 6, воздействием направленных Локальных электрических полей зар женных пылевых частиц и их весовой концентрацией при нулевой скорости потока воздуха. Эти давлени  определ ют границы участков линейности основной характеристики, показател  точности и чувствительности прибора Установлено, что центр линейности основной характеристики не зависит изменений Р, ,h, d, пределов и условий измерени  и имеет посто нные координатыi f.vjf. Д.Емакс Выбранные экспериментальным путем конструкции первичного преобразовател  и размеры щелевого сопла 7 обе печивают работу прибора в режиме ма симальной чувствительности (в точке в). С .использованием.концепций теории взаимодействи  свободных турбул тных струй и данных эксперимента найдено полуэмпирическое условие вы бора межсоплового рассто ни , при отором обеспечиваетс  максимальна  увствительность струйного прибора, записываемое в виде: ..,AЬtd)f При Pojp, /Рап.кр. находим , где d - диаметр канала осевого отверсти  -сопла питани . В процессе экспериментов установлено , что между чувствительностью струйного устройства, геометрическими размерами щели приемного сопла и рассто нием между соплом питани  и при- емным соплом существует экстремальна  зависимость (фиг.3,4). Сравнение зависимостей , показывает, что чувствительность максимальна при ширине щели приемного сопла,равной диаметру канала осевого отверсти  сопла питани , длине щели, наход щейс  в пределах трех-четырех диаметров канала осевого отверсти  сопла 6, рассто ние между соплами 6 и 7, равном 8 диаметрам канала отверсти  сопла питани  и Prjjn /Р5)П.ЧР 3. При этом РОJ/ 3,8 кПа и на выходе прибора по вл етс  максимальный сигнгш, что обуславливает повьииение точности замеров запыленности. Давление Р дл  всех кривых, показанных на фиг.З и 4,одинаково и равно 17 кПа. Характер этих зависимостей сохран етс  и при переменной величине давлени  пневмопйтани  РО ( РО const);. Выполнение приемного сопла 7 эллипсообразной формы Ь продольной щелью позвол ет, помимо исключени  эффектов налипани , уменьшить зону нечувствительности прибора (рабоча  точка смещаетс  к центру линейного участка статической характеристики) при небольших концентраци х пыли и высокодисперсности ее фракций в воздушном потоке. В этом случае пнев-: мосопроТивление на выходе щелевого сопла с указанными геометрическими размерами значительно измен етс  уже при небольших изменени х весовой концентрации и плотности пыле- , вых частиц. Последнее обсто тельство в совокупности с непрерывной коррекцией колебаний величины разрежени  в воздуховодах существенно повышает чувствительность, точность прибора и расшир ет диапазон измерений в сторону малых запнленностей воздушной среды, i При использовании устройства обеспечиваетс ; улучшение работы аппаратов пылеочистки и пылеулавливани  в производственных цехах, улучшение промышленной санитарии и санитарно-гигиенических условий труда рабочих. Ожидаемый экономический эффект от внедрени  предложенного

устройства составл ет примерно 1011 тыс.руб. в год. Устройство нетрудоемко Визготовлении, в нем используютс  стандартные элементы пневмоавтоматики . При его применении не требуетс  энергоемких и дорогосто щих источников пневмопитани  со стабильными характеристиками, а также дополнительной арматуры креплени  первичного преобразовател . Это позвол ет существенно снизить стоимость аппаратуры, ее сложность и массогабаритные показатели.

Claims (2)

1. Струйный пылемер по авт. св. №661304, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерени  небольших концентраций пыли, он снабжен п тимембранным элементом сравнени  и последовательно соединенными устройством дл  измерени  величины разрежени  и пневматическим блоком делени , один вход которого через п тимембранный элемент сравнени 

. Центр линейного участка

св зан с проточными дроссельными делител ми мостовой схемы, второй I вход - с выходом устройства дл  измерени  величины разрежени , а выход блока делени  включен на эход с регистрирующего прибора.

2. Пылемер поп.1, отличающийс  тем, что приемное сопло выполнено в виде эллипсоида вращени  с продольной щелью, больша  ось которого расположена параллельно оси пыл.емера, причем отношение длины к ширине цели находитс  в пределах от трех до четырех а ширина щели равна диаметру канала осевого отверсти  сопла питани , при 5 этом сопло питани  выполнено в виде шарового сектора, а диаметр канала осевого отверсти  сопла питани  в 8 раз меньше рассто ни  между приемным соплом и соплом питани .

20

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 661304, кл. G 01 N 15/00, 1977 (прототип) ...

Фиг.1 f, fai . Ч- Л7Г