Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю

Реферат: Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю має круглий переріз і складається з двох коаксіально розташованих циліндрів, при цьому зовнішній циліндр є ежектором, а у внутрішньому циліндрі, який виконаний сітчастим, встановлений фільтр, торці циліндрів з'єднані з фланцями, один з яких має отвір і є соплом, апертура якого орієнтована назустріч повітряному потоку. На фланці з отвором закріплена насадка-конфузор так, що її внутрішній циліндр з'єднаний із фланцем з отвором, а поверхня конфузора в перерізі має конічну форму, при цьому діаметр вхідного отвору конфузора, який орієнтовано назустріч повітряному потоку, більше його вихідного отвору, який більше зовнішнього діаметра пробовідбирача. UA 105283 U (12) UA 105283 U UA 105283 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до пристроїв, що здійснюють відбір проб високодисперсного радіоактивного аерозолю, і може бути використана для дистанційного відбору проб в довільних просторових координатах при аваріях на атомних станціях або підприємствах ядерної енергетики. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є ізокінетичний пробовідбирач аерозолю, який має круглий переріз і складається з двох коаксіально розташованих циліндрів, при цьому зовнішній циліндр є ежектором, а у внутрішньому циліндрі, який виконаний сітчастим, встановлений фільтр, торці циліндрів з'єднані з фланцями, один з яких має отвір і є соплом, апертура якого орієнтована назустріч повітряному потоку (Патент на корисну модель № 93772 Україна, МПК (51) G01N. Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю / Бабак С.В., Чепур М.Л., Канченко В.Я., опубл. 10.10.2014, Бюл. № 19/2014). Цей ізокінетичний пробовідбирач аерозолю має габарити і вагу, які дозволяють мобільно переміщувати його у просторі, але з відносно невисокою продуктивністю за рахунок ежекції. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності ізокінетичного пробовідбирача за рахунок ежекції шляхом оснащення його насадкою конфузором, що розширить його функціональні можливості і дозволить здійснювати відбір проб у довільних просторових координатах за менший період часу. Поставлена задача вирішується тим, що в ізокінетичному пробовідбирач і, який має круглий переріз і складається з двох коаксіально розташованих циліндрів, при цьому зовнішній циліндр є ежектором, а у внутрішньому циліндрі, який виконаний сітчастим, встановлений фільтр, торці циліндрів з'єднані з фланцями, один з яких має отвір і є соплом, апертура якого орієнтована назустріч повітряному потоку, згідно з корисною моделлю, на фланці з отвором закріплена насадка - конфузор так, що її внутрішній циліндр з'єднаний із фланцем з отвором, а поверхня конфузора в перерізі має конічну форму, при цьому діаметр вхідного отвору конфузора, який орієнтовано назустріч повітряному потоку, більше його вихідного отвору, який більше зовнішнього діаметра пробовідбирача. Такий ізокінетичний пробовідбирач дозволяє підвищити його продуктивність за рахунок ежекції при встановленні його на безпілотному літаку, який переміщує пробовідбирач у просторі з апертурою в напрямку польоту, не використовуючи при цьому джерел енергоспоживання. Розглянемо більш докладно принцип роботи пропонованого ізокінетичного пробовідбирача. Схема його насадки - конфузора наведена на фіг. 1. Вона містить сам конфузор 1, внутрішній циліндр 2 і елементи з'єднання 3 конфузора з циліндром (пластини). Співвідношення діаметрів такої конструкції зрозуміло з рисунка: D1>D2>Dц. Пробовідбирач з укріпленою на ньому насадкою - конфузором показано на фіг. 2, де Dф - зовнішній діаметр пробовідбирача. У такій конструкції між виходом конфузора і пробовідбирачем отримуємо зазор D2-Dф, через який під час руху ізокінетичного пробовідбирача зустрічний повітряний потік обтікає його зовнішню поверхню і призводить до зменшення статичного тиску. Для незначних висот руху вважаємо статистичний тиск атмосферним Ра і з урахуванням рівняння Бернуллі отримуємо PE  Pa   V2 2 , (1) де  - щільність повітря 45 кг 3 м ,  V2 2 - швидкісний напір при заданій швидкості (V) руху ізокінетичного пробовідбирача. За рахунок ежекції ( PE ) повітря зсередини ізокінетичного пробовідбирача буде проходити назовні. Покладемо V=20 м/с (повітряна швидкість 72 км/год.), тоді для ізокінетичного пробовідбирача без насадки - конфузора маємо PE  1,225 50 1,225 202  245 Па 2 . (2) Після установки насадки - конфузора швидкість повітряного потоку, що обтікає зовнішню поверхню пробовідбирача, збільшиться, як випливає з рівняння нерозривності струменя повітряного потоку (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975. - 559 с), яке має наступний вигляд V1 V 2  S2 S1 , (3) 1 UA 105283 U де V 1 - швидкість набігаючого потоку на вході в конфузор, V 2 - швидкість набігаючого 1 2 S1  D1 S 4 потоку на виході з конфузора, S1 - площа вхідного перетину конфузора ( ), 2 - площа S2  1 D2 2 4 вихідного перерізу конфузора ( ). З (3) отримуємо вираз для обчислення необхідного діаметра вхідного поперечного перерізу 5 конфузора D1 , залежно від величин зовнішнього діаметра пробовідбирача Dф , і необхідних величин швидкостей потоку на вході конфузора і його виході: D1  Dф V2 V 1  Dф 4 2PE  1 V1 . (4) З (4) випливає, що швидкість на виході конфузора є швидкістю на зовнішній поверхні 10 15 20 25 30 пробовідбирача, необхідній для забезпечення необхідного перепаду тиску PE . Нехай Dф=0,05 м. Після з'єднання пробовідбирача з насадкою - конфузором, яка має D1=0,08 м, при швидкості переміщення пробовідбирача 20 м/с, маємо швидкість повітряного потоку, що обтікає зовнішню поверхню пробовідбирача, V2≈50 м/с. При цьому, згідно з (1) ΔРE≈1500 Па. В цьому випадку (див. (2)) продуктивність ізокінетичного пробовідбирача за рахунок ежекції буде підвищена приблизно в шість разів. Запропонований ізокінетичний пробовідбирач найбільш прийнятний для встановлення на безпілотному літаку радіаційної розвідки. Саме з цієї причини запропонована корисна модель найбільш прийнятна у випадках аварійних ситуацій для дистанційного контролю об'ємної активності радіоактивного аерозолю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю, який має круглий переріз і складається з двох коаксіально розташованих циліндрів, при цьому зовнішній циліндр є ежектором, а у внутрішньому циліндрі, який виконаний сітчастим, встановлений фільтр, торці циліндрів з'єднані з фланцями, один з яких має отвір і є соплом, апертура якого орієнтована назустріч повітряному потоку, який відрізняється тим, що на фланці з отвором закріплена насадка-конфузор так, що її внутрішній циліндр з'єднаний із фланцем з отвором, а поверхня конфузора в перерізі має конічну форму, при цьому діаметр вхідного отвору конфузора, який орієнтовано назустріч повітряному потоку, більше його вихідного отвору, який більше зовнішнього діаметра пробовідбирача. 2 UA 105283 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3