Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю

Реферат: Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю містить вхідну трубку та фільтр. Вхідна трубка має круглий переріз та 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. UA 93772 U (12) UA 93772 U UA 93772 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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. Відомі ізокінетичні пробовідбирачі аерозолю, що містять вхідну трубку, фільтр, повітровід, сполучені з ним насос з електропривідом і вітрове колесо (авторське свідоцтво СРСР № 1154582, кл. G 01 N 1/22, 1985; патент США № 3707869, кл. G 01 N 1/22, 1973; Огородников Б.И., Скитович В.И., Хабаров В.И., Шарапов А.Г. Характеристики автономного изокинетического пробоотборника аэрозолей в широком диапазоне скоростей ветра.//Оптика атмосферы и океана. 1998, т.11, №1, с.75-78). У цих ізокінетичних пробовідбирачах під впливом розрідження, створюваного насосом, частина потоку аерозолю засмоктується у вхідну трубку, проходить через фільтр, де відбувається відділення аерозолю, повітровід і через порожнисті лопаті вітрового колеса викидається в атмосферу. Пробовідбирач орієнтується в горизонтальній площині назустріч вітру на вертикальній стійці за рахунок ефекту самоорієнтації вітрового колеса, а також, за допомогою флюгера. Підтримка умови ізокінетичності здійснюється спеціальною системою автоматичного регулювання за сигналами датчиків тиску газу у вхідній трубці і у зовнішньому потоці. Як спонукач витрати газу використовують насос з електроприводом. Ці пробовідбирачі є стаціонарно встановленими пристроями, що не дозволяє їх переміщувати для здійснення відбору проб в довільних просторових координатах. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є ізокінетичний пробовідбирач аерозолю, який містить вхідну трубку і фільтр (авторське свідоцтво СРСР № 257133, кл. G 01 N 1/24, 1968, Бюл. №14 (72)). Цей ізокінетичний пробовідбирач аерозолю має габарити, вагу і енергоспоживання, які не дозволяють мобільно переміщувати його у просторі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення ізокінетичного пробовідбирача шляхом оснащення його вхідною трубкою у вигляді 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, що розширить його функціональні можливості і дозволить здійснювати відбір проб у довільних просторових координатах. Поставлена задача вирішується тим, що в ізокінетичному пробовідбирачі, який містить вхідну трубку та фільтр, згідно з корисною моделлю, вхідна трубка має круглий переріз та 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. Такий ізокінетичний пробовідбирач дозволяє досягнути прийнятних габаритно-вагових характеристик для встановлення його (наприклад) на безпілотному літаку, який переміщує пробовідбирач у просторі з апертурою в напрямку польоту не використовуючи при цьому джерел енергоспоживання. Розглянемо більш докладно принцип роботи ізокінетичного пробовідбирача. Його принципова конструкція показана на фіг.1. Ізокінетичний пробовідбирач встановлюють на рухомому об'єкті паралельно його поздовжній вісі так, що вхідний фланець 4 з апертурою Dвх направлений в напрямку руху. Під час руху ізокінетичного пробовідбирача зустрічний повітряний потік розділяється на дві частини. Одна з них направлена всередину ізокінетичного пробовідбирача через отвір у вхідному фланці 4. Для незначних висот руху вважаємо статистичний тиск атмосферним Р а . Тоді, з урахуванням рівняння Бернуллі, динамічний тиск (повітряний напір), що виникає всередині ізокінетичного пробовідбирача, складе: PД  Р   ( V2  Caepo) 2 , (1) 1,225 кг  V2 2 - швидкісний напір при заданій швидкості ( V) руху м , де  - щільність повітря ізокінетичного пробовідбирача, Caepo . коефіцієнт, що визначається аеродинамічним опором 55 3 ізокінетичного пробовідбирача. Зсередини ізокінетичного пробовідбирача, за рахунок PД , повітря проходить через фільтрувальну тканину 3, внутрішній сітчастий корпус 2, і виходить назовні ізокінетичного пробовідбирача через ежектор 1. 1 UA 93772 U Друга частина повітряного потоку, що обтікає зовнішню поверхню пробовідбирача, призводить до зменшення статичного тиску до величини РЕ  Р    5 ізокінетичного V2 2 . (2) За рахунок ежекції ( РЕ ) повітря зсередини ізокінетичного пробовідбирача також буде проходити через фільтрувальну тканину 3 назовні. 3 Обидва цих механізми і визначають продуктивність Q (м /год.) ізокінетичного пробовідбирача для заданої швидкості руху V . Тут слід відмітити, якщо в (2) розрахувати P  PE , що визначає ежекційну ефективність досить легко, то в (1) проблема полягає в розрахунку Caepo . Наприклад, відомо, що для тонкої круглої пластини невеликого діаметра 10 15 Caepo  11 . Для більш складних конструкцій (як в нашому випадку) цей коефіцієнт визначають , експериментально. Була проведена експериментальна перевірка винаходу, результати якої дозволяють оцінити його ефективність та прийнятність. Габаритні розміри ізокінетичного пробовідбирача наступні: Загальна довжина L=300 мм. Ефективна довжина (без урахування фланців та клеєних з'єднань) L еф  250 мм. Діаметр ежектора De  53 мм. 2 Ефективна площина ежектора (без урахування площини пайок) Se  370 см . 2 Діаметр вхідного отвору ізокінетичного пробовідбирача - Dвх  37 мм ( Sвх  10,7 см ), при 20 25 цьому еффективна площина фільтрувальної тканини склала Sф  160 см . Вага ізокінетичного пробовідбирача - 310г. Як фільтрувальна тканина використана тканина Петрянова типу ФІШ-15-1,5, що звичайно застосовується в подібних випадках. Експериментально встановлена ефективність (продуктивність) даного ізокінетичного 3 пробовідбирача Q (м /год.) в залежності від швидкості повітряного потоку V показана на фіг. 2. На цьому кресленні (на графіку цифра 1) позначені обсяги для даних швидкостей через 2 поперечний переріз площиною Sвх  10,7 см , а залежність, що проходить через ромбики (на графику цифра 2) - калібрувальна характеристика ізокінетичного пробовідбирача. Наприклад, на швидкості 70 км/год. за одну годину через фільтрувальну тканину даного ізокінетичного 3 пробовідбирача буде профільтровано 32 м повітря. Ізокінетичний пробовідбирач, встановлений на безпілотному літаку показаний на фіг. 3. Проби, що одержують, зазвичай досліджуються методом гамма-спектроскопії (чутливість 0,5 3 Бк/пробу). При активностях 1Бк/м і більше (що характерно для аварійних ситуацій) досить 3 профільтрувати близько 1 м повітря, що для запропонованого нами пробовідбирача можна здійснити за "2 хвилини польоту безпілотного літака. Саме з цієї причини запропонована корисна модель найбільш прийнятна у випадках аварійних ситуацій для дистанційного контролю об'ємної активності радіоактивного аерозолю. 2 30 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Ізокінетичний пробовідбирач аерозолю, що містить вхідну трубку та фільтр, який відрізняється тим, що вхідна трубка має круглий переріз та 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. 2 UA 93772 U 3 UA 93772 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4