CN102778369B - 多级大气颗粒物切割器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级大气颗粒物切割器，包括依次密封串接的一初级喷嘴、一初级冲击室、一次级喷嘴、一次级冲击室和一出气管；所述初级喷嘴紧密插入所述初级冲击室的进气口，所述初级冲击室的底部设有至少一个向上延伸的通气管，该通气管的进气口与初级冲击室的出气口连通；所述初级冲击室的出气口与次级喷嘴的进气口连接；所述次级喷嘴的出气口与次级冲击室的进气口连接，该次级喷嘴的出气口处设有一滤膜；所述次级冲击室的上方设有与次级冲击室出气口连通的通气口；所述次级冲击室的出气口与出气管连接。本发明的结构简单，制作工艺要求较低，无特殊的加工和装置要求，易于推广应用，维护方便，有很好的经济效益和社会效益。

Description

多级大气颗粒物切割器

技术领域

本发明涉及一种环境监测仪器，尤其涉及一种用于大气自动监测仪或采样器的多级大气颗粒物切割器。

背景技术

随着社会经济的快速发展和机动车保有量的迅猛增加，我国环境空气污染的特征发生了显著变化，区域性大气污染问题日趋严重，发达地区大气PM2.5污染日趋严重，已经成未来污染发展的趋势，不但造成能见度降低，也导致居民循环系统和呼吸系统发病率和死亡率上升，对人体健康产生危害。为改善环境空气质量、保护人体健康和生态环境，适应新时期空气质量管理的需要，环保部修订了《环境空气质量标准》（GB3095-2012），将PM2.5列入环境空气污染物基本监测项目。

国外的安德森公司、BGI公司和URG公司等，自上世纪90年代开始研制并投入生产PM2.5采样器，但是，这些PM2.5采样器的不足是机体体积大、结构复杂、工艺要求高、价格昂贵、操作和运输不便、易维护难度大、难以推广。而目前，国内生产使用的采样器大都是测量大气总悬浮颗粒物（TSP）或PM10的采样器，而PM2.5采样器并没有广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种结构简单，制作工艺要求低的多级大气颗粒物切割器。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多级大气颗粒物切割器，包括依次密封串接的一初级喷嘴、一初级冲击室、一次级喷嘴、一次级冲击室和一出气管；所述初级喷嘴紧密插入所述初级冲击室的进气口，所述初级冲击室的底部设有至少一个向上延伸的通气管，该通气管的进气口与初级冲击室的出气口连通；所述初级冲击室的出气口与次级喷嘴的进气口连接；所述次级喷嘴的出气口与次级冲击室的进气口连接，该次级喷嘴的出气口处设有一滤膜；所述次级冲击室的上方设有与次级冲击室出气口连通的通气口；所述次级冲击室的出气口与出气管连接。

进一步说，所述次级冲击室包括一桶底向四周延伸的桶体和一环状盖板，所述环状盖板盖设在桶体的开口，所述桶底的延伸部设有至少一个气孔。

进一步说，所述初级冲击室包括依次通过螺纹连接的初级冲击室上部、初级冲击室下部和出气接口。

具体地说，所述初级喷嘴的出气口与初级冲击室底部的距离为15毫米；所述次级喷嘴的出气口与次级冲击室底部的距离为13.2毫米。

进一步说，所述初级冲击室的底部设有一通过接头与外部干燥瓶连接的干燥孔。

进一步说，所述初级冲击室的上部与一底部呈倒圆锥形的圆柱筒的底部铆接，所述圆柱筒的顶部盖设有一顶盖。

进一步说，所述顶盖包括通过螺钉从上向下顺序固定连接的上外罩、圆柱形防虫网和下外罩。

具体地说，所述初级喷嘴的表面粗糙度为1.6微米。

具体地说，所述滤膜为涂覆有硅油的玻璃纤维滤膜。

具体地说，所述桶体与环状盖板通过O型密封圈紧密连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的结构简单，制作工艺要求较低，所用材料为铝合金，无特殊的加工和装置要求，易于推广应用，维护方便，有很好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图；

图2为本发明优选实施例的初级喷嘴剖面示意图；

图3为本发明优选实施例的初级冲击室下部剖面示意图；

图4为本发明优选实施例的初级冲击室下部横截面示意图；

图5为本发明优选实施例的次级喷嘴剖面示意图；

图6为本发明优选实施例的环状盖板剖面示意图；

图7为本发明优选实施例的环状盖板横截面示意图；

图8为本发明优选实施例的桶体剖面示意图；

图9为本发明优选实施例的桶体横截面示意图；

图10为本发明优选实施例的初级分离的切割曲线；

图11为本发明优选实施例的切割曲线。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。

实施例

如图1至图9所示。图1为本发明优选实施例的结构示意图，本实施例为一种用于小流量（16.67L/min）的PM10和PM2.5的多级大气颗粒物切割器，使用铝合金材料制造，包括用于分离大于10微米颗粒物的初级分离装置和用于分离10～2.5微米颗粒物的次级分离装置。本实施例多级大气颗粒物切割器的顶盖由用十字槽盘头螺钉1、小垫圈、弹簧垫圈及螺母顺序固定的上罩盖2、圆柱形防虫网5和下罩盖3组成，并盖设于初级分离装置的上部，具有防雨、防虫、防止大颗粒物的作用。初级分离装置的上部是一底部呈倒圆锥形的圆柱筒6，其倒圆锥形底部与初级冲击室上部8铆接，并且两者间设有一内径为67毫米，线径为2.65毫米的O型密封圈。初级冲击室上部8设有一M64×8外螺纹的连接口与初级冲击室下部9螺纹连接。

图2为本实施例的初级喷嘴7，呈圆柱形，其高度为47±0.05毫米，初级喷嘴7的进气口21内径为18.5毫米，外径为20+0.015毫米，初级喷嘴7的出气口22内径是12.8±0.015毫米，外径是16毫米，初级喷嘴7的表面粗糙度是1.6微米。初级喷嘴7紧密插入初级冲击室上部8的进气口内，并使初级喷嘴7的出气口22与冲击室底部9的距离是15毫米。

图3为本实施例的初级冲击室下部9，呈圆柱形，其高度为133毫米，外径为70毫米，内径为62毫米，初级冲击室下部的出气口处设有一高为20毫米，M64×8的内螺纹，初级冲击室下部9还设有一用于连接初级冲击室上部8的高为10毫米，M64×8的内螺纹。该初级冲击室下部9设有向上凸起并均匀分布的三个通气管10，其底部侧面还设有一个带有G1/2内螺纹的干燥孔23，干燥孔通23过一与之配合的接头11与转接头12连接，转接头12再与带有R1/4内螺纹接口的除湿瓶13连接，除湿瓶13内填充硅胶起到干燥作用。初级冲击室下部9的出气口与出气接口14设有M64×8的外螺纹且外径为70毫米的一端螺纹连接，该出气接口14的高度为75毫米，其另一端的内径为32毫米，并内嵌有O型圈，用于连接次级分离装置，也可以连接外径为32毫米的采样管，直接做PM10切割器。

次级分离装置由次级喷嘴16、次级冲击室和出气管19组成。次级喷嘴16的高度为100毫米，其进气口25的外径为32毫米，可与出气接口14连接，其出气口26内径为3.9±0.01毫米。次级喷嘴的下端24设有规格为M68的内螺纹，用于与出气管19设有外螺纹的一端螺纹连接，并且两者间设有一60毫米的O型密封圈。

次级冲击室包括一桶底20向四周延伸的桶体18和环状盖板17，桶体18的内径为38毫米，高度为15.7毫米；桶底20的直径为63.5毫米，厚度为3.8毫米，在桶底20的延伸部设有均匀分布的三个气孔30，桶底20嵌插于次级喷嘴16与出气管19的接口处，使次级喷嘴16的出气口26与桶底20之间的距离为13.2毫米；环状盖板17的高度为11.5毫米，外径为46毫米，内径为27.5毫米，并通过内径为37.5毫米的O型密封圈将环状盖板17固定于筒体18的开口处。在环状盖板17的下方设有一涂覆有硅油的玻璃纤维滤膜31。

在切割器的工作点流量（16.67L/min）下，采用单分散相荧光素铵球形粒子（C₂₀H₁₅O₅N）对初级分离装置的粒子捕集效率进行检测，在5～17微米范围内产生7种不同粒径的单分散相球形粒子，下表为利用本实施例的产品测试所得的捕集效率数据：（参考图10）

空气动力学粒径da（微米）	5	7	9	10	12	14	17
								平均捕集效率（%）	91.9	85.1	58.1	49.8	38.6	23.3	9.3

捕集效率的回归方程是：

$\mathrm{\η}=111.8+0.586d_a-{1.017d}_a^2+{0.037d}_a^3$

回归结果：d_a50=10.3μm， $\frac{d_{a16}}{d_{a50}}=1.5,$ $\frac{d_{a50}}{d_{a84}}=1.6$

在切割器的工作点流量（16.67L/min）下，采用单分散相荧光素铵球形粒子（C₂₀H₁₅O₅N）对多级大气颗粒物切割器的粒子捕集效率进行检测，在1.7～3.0微米范围内产生6种不同粒径的单分散相球形粒子，下表为测试所得的捕集效率数据：（参考图11）

空气动力学粒径da（微米）	1.7	2.0	2.3	2.5	2.7	3.0
							平均捕集效率（%）	87.6	71.8	61.2	47.3	32.5	21.2

捕集效率的回归方程是：

$\mathrm{\η}=-56.65+250.8d_a-127.8d_a^2+17.58d_a^3$

回归结果：d_a50＝2.4μm， $\frac{d_{a16}}{d_{a50}}=\frac{d_{a50}}{d_{a84}}=1.3$

以上是对本发明多级大气颗粒物切割器进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多级大气颗粒物切割器，其特征在于：包括依次密封串接的一初级喷嘴(7)、一初级冲击室、一次级喷嘴(16)、一次级冲击室和一出气管(19)；所述初级喷嘴(7)紧密插入所述初级冲击室的进气口，所述初级冲击室的底部(9)设有至少一个向上延伸的通气管(10)，该通气管(10)的进气口与初级冲击室的出气口连通；所述初级冲击室的出气口与次级喷嘴(16)的进气口(25)连接；所述次级喷嘴(16)的出气口(26)与次级冲击室的进气口连接，该次级喷嘴(16)的出气口(26)处设有一滤膜(31)；所述次级冲击室的上方设有与次级冲击室出气口连通的通气口；所述次级冲击室的出气口与出气管(19)连接；

所述次级冲击室包括一桶底(20)向四周延伸的桶体(18)和一环状盖板(17)，所述环状盖板(17)盖设在桶体(18)的开口，所述桶底(20)的延伸部设有至少一个气孔(30)；

所述气孔(30)与出气管(19)连通；所述滤膜(31)设在环状盖板(17)的下方并覆盖着环状盖板(17)的内孔下方以及出气口(26)的下方。

2.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述初级冲击室包括依次通过螺纹连接的初级冲击室上部(8)、初级冲击室下部和出气接口(14)。

3.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述初级喷嘴(7)的出气口(22)与初级冲击室底部(9)的距离为15毫米；所述次级喷嘴(16)的出气口(26)与次级冲击室底部的距离为13.2毫米。

4.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述初级冲击室的底部(9)设有一通过接头(11)与外部干燥瓶连接的干燥孔(23)。

5.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述初级冲击室的上部与一底部呈倒圆锥形的圆柱筒(6)的底部铆接，所述圆柱筒(6)的顶部盖设有一顶盖。

6.根据权利要求5所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述顶盖包括通过螺钉从上向下顺序固定连接的上外罩(2)、圆柱形防虫网(5)和下外罩(3)。

7.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述初级喷嘴的表面粗糙度为1.6微米。

8.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述滤膜(31)为涂覆有硅油的玻璃纤维滤膜。

9.根据权利要求1所述多级大气颗粒物切割器，其特征在于：所述桶体(18)与环状盖板(17)通过O型密封圈紧密连接。