CN105865989B - 用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大型喷雾场激光粒度仪测试的光路切换装置及使用方法，包括基座立柱、转动中轴、遮光套筒、光路对中器、紧定螺栓和遮光套筒立柱；其中基座立柱与转动中轴两端配合安装，使转动中轴可在两端基座的支撑下自由转动；光路对中器通过配合孔与转动中轴配合安装，使光路对中器在转动中轴上自由转动；转动配合部位均安装有紧定螺栓，可在转动部件到适当位置时进行旋紧固定；遮光套筒通过立柱固定在转动中轴上，随着转动中轴一同转动；本装置与分体式喷雾激光粒度仪配合使用，可方便地实现背景测试与样品测试的快速切换，更重要的是可针对大型喷雾场进行局部喷淋区域的采样测量，有效解决大型喷雾场液滴颗粒度测量浓度过高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及喷雾头雾化性能评价领域，属于对大流量、大覆盖喷雾场液滴颗粒度测量相关技术设备，与喷雾激光粒度仪配合使用，具体涉及一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置及使用方法。
背景技术
喷雾液滴的直径大小，即液滴粒度，表征喷雾头雾化工质的能力，是用于评价喷雾头雾化效果的关键性指标之一。在喷雾头的设计研发及技术验证过程中，需要通过试验测试的方法对喷雾形成的雾化液滴颗粒度进行实地测量，以验证喷雾头的技术特性。使用激光粒度仪进行粒度分布测量是目前常用的测量方法。激光粒度仪根据光的散射原理工作，平行光束穿过大小不同的颗粒，光束经过大颗粒的散射角较小，经过小颗粒的散射角较大，散射后的光束经过透镜折射到光电探测器上，不同大小颗粒的散射光投射到光电探测器的不同位置处，进而即可得到不同尺寸颗粒散射图数值，再由此确定待测区域内颗粒粒径范围及分布情况。对于日常用到小流量压力喷嘴，喷雾激光粒度仪具有较好的适用性。
在实际试验生产实践中发现，针对大流量、大覆盖的以核电厂安全壳喷雾头及稳压器喷雾头为代表的大型喷淋场喷雾头，喷淋覆盖范围直径可达五米及以上，而且液滴浓度较高，使激光粒度仪的使用具有一定的局限性。首先，喷雾激光粒度仪在测试之前需要调整测试背景至适当的值才能进行样品测量，对于大流量喷雾头测试，自系统开启至形成稳定的喷淋场需要一定的时间，为测试带来很多不便，每调节一次工况均需要将整个系统关闭，重新调节测试背景无误后，再将系统启动调节喷雾头流量至需要测试的工况。使每个工况的调节及测试时间长，效率低。同时由于背景测试与样品测试之间间隔时间较长，无法保证测量时的背景稳定不变，即可能会引入测量误差。另一方面大流量喷雾头的流量密度比较高，液滴非常密集，使激光衰减程度过高，激光接收端接收到的光信号较微弱，导致测量不准确。所以激光粒度仪不适合直接用于大型喷雾场的液滴粒度测试，要使激光粒度仪能够适用于大型喷雾场的粒度测量需要添加适当的附加装置，使仪器工作在合适的测试条件下。
目前尚未有以激光粒度仪为测试主体的测试系统能够满足高流量、大覆盖面的大型喷雾场的测试需求。
例如，中国专利104865171A公开了一种喷头雾化三维液滴粒径谱动态测试系统及其使用方法。系统通过在框式试验台架的两侧壁各安装一个引导移动装置，以及电动螺旋升降机和行程开关，在侧壁外侧设计一刻度尺，电动螺旋升降机丝杆部分配置一个两端安装圆柱型导轨的横梁，并设计激光束挡板机构和回水循环收集系统。该发明确保激光粒度仪能测量喷头喷施液滴的完整动态雾化过程，保证激光粒度仪对液滴粒径测试结果的可靠性。但是大型喷雾场激光粒度测试中需要解决液滴浓度过高及背景测量与样品测量快速切换的问题，该项发明并未涉及这些问题，因此该测试系统不适用大型喷雾场的激光粒度测量。
又如，中国专利201410034846.7涉及一种喷嘴气雾特性的测试装置，包括测试装置箱体，喷嘴，测试平台系统，气路和水路系统，以及激光成像系统。本装置用来测试不同喷嘴在不同气压水压下，不同喷射高度下的液滴粒径，液滴速度，不同位置处的水流密度，液滴粒径分布等气雾特性。但是该发明测试区域采用封闭式结构，不能进行大型喷雾场的喷雾特性测试，也无法解决液滴浓度过高及背景测量与样品测量快速切换的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，解决实际问题，提供了一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置及使用方法，本发明解决了大型喷雾场液滴浓度过高及背景测量与样品测量快速切换的问题，实现了大型喷雾场液滴粒度的快速连续可靠测量；装置结构简单可靠，易于调节，切实有效，有效增强了激光粒度仪在大型喷雾场粒度测量中的适用性、易用性和准确性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，包括转动中轴3，转动中轴3两端转动设置在基座立柱1上，且两端还分别转动设置有光路对中器5和对位的光路对中器11，光路对中器5和对位的光路对中器11上端开有通光孔13；转动中轴3上通过遮光套筒立柱8固定设置有随转动中轴3一同转动的一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7，所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7间互成预设角度；还包括激光粒度仪发射极12和激光粒度仪接收极6。
所述分离式遮光套筒7中间间隔位置处管外径设计了末端锥度14，靠近边缘部分壁厚逐渐增厚使端面倾斜，内径保持不变。
所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7内表面均涂以黑色吸光涂层，减少不必要的光线反射。
所述基座立柱1采用两层套管结构，高度可调，通过基座紧定螺栓2进行固定；具体高度根据实际测试需要进行选取，两端基座立柱高度需调节一致；基座立柱1下端采用三脚支架结构保证稳定，上端留有配合孔与转动中轴3配合。
所述转动中轴3两端加工有凹槽，用于与基座立柱1及光路对中器5的配合安装；转动中轴3与基座立柱1间采用转动中轴紧定螺栓10紧固，转动中轴3与光路对中器5间采用光路对中器紧定螺栓9紧固。
所述遮光套筒立柱8上端为可调套环，用于固定一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7，遮光套筒立柱8下端与转动中轴3相连。
所述基座立柱1、转动中轴3、光路对中器5及遮光套筒立柱8均由不锈钢材制成。
所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7间互成120°。
上述所述的用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：背景测试
先调节基座立柱1高度及位置，使光路对中器5和对位的光路对中器11的通光孔13与一体式遮光套筒4同轴，然后旋紧基座紧定螺栓2和光路对中器紧定螺栓9，固定光路对中器5和对位的光路对中器11与转动中轴3的相对位置；然后，激光粒度仪发射极12发射激光，使激光通过对位的光路对中器11的通光孔13进入一体式遮光套筒4然后从光路对中器5的通光孔13射出，并通过激光粒度仪接收极6接收激光，此时激光束处于一体式遮光套筒4的保护之中，不受外界环境变化的干扰，则在此条件下开启背景测试，将光路对中器5和对位的光路对中器11旋转至远离一体式遮光套筒4通光区域，开启喷淋系统至稳定工况，在一体式遮光套筒4中进行背景测试，得到稳定的本底背景；
步骤2：样本测试
步骤2.1：样本局部测量模式
待背景测试结果稳定之后，使光路对中器5和对位的光路对中器11的通光孔13与分离式遮光套筒7同轴，然后旋紧光路对中器紧定螺栓9，固定光路对中器5和对位的光路对中器11与转动中轴3的相对位置；然后，激光粒度仪发射极12发射激光，使激光通过对位的光路对中器11的通光孔13进入分离式遮光套筒7然后从光路对中器5的通光孔13射出，并通过激光粒度仪接收极6接收激光，两段套筒中间间隔部分会有液滴落下，即为样品测试区域，进入样本局部测量模式；测试区域的大小靠调节两个分离式套筒的间隔距离实现；
步骤2.2：样本全程测量模式
将激光粒度仪发射极12和激光粒度仪接收极6的光路完全暴露在喷雾场中，没有遮盖，测试区域即为激光束穿过的所有液滴，此时为样本全程测量模式；
测量过程中，需保证基座立柱1的位置固定不变。当测试完成或需调节其他工况时将装置位置再次调至背景测试位置；三个工作位置通过旋转转动中轴3实现。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.装置结构简单，易于操作和使用，测量结果可靠。
2.基座立柱采用双层套筒结构，高度可调，适应不同高度截面的测量需求。
3.使用光路对中器可以方便地保证激光与遮光套筒高度同轴，避免不同轴带来的桶内壁面光反射，保证测量不引入新的误差。
4.一体式遮光套筒位置与无套筒位置的转动切换可以实现背景测试与全程测量的快速切换，提高了测量效率。
5.一体式遮光套筒位置与分离式套筒位置的转动切换可以实现背景测量与局部测量的快速切换，实现了大型喷雾场的局部粒度测量，解决了大型喷雾场浓度过高的问题。
6.分离式遮光套筒的设计考虑到了大流量喷淋条件下的液滴飞溅问题及管段末端端面液滴汇聚形成液膜的问题，保证了装置的适用性。
7.套筒内壁采用黑色吸光涂层，不造成内壁面眩光，不引入新的测量误差。
总之，本装置可以有效地用于大型喷雾场的激光粒度测量。可在大流量、高覆盖条件下使用，可实现背景测试与样品测试的快速切换及喷雾场局部粒度分布测量，结构可靠，易于使用，设计合理，适合用于大型喷雾场的激光粒度测量。
附图说明
图1为本发明组装完成后的整体结构示意图。
图2为本发明中的组成部分“光路对中器”结构示意图。
图3为本发明中的组成部分“分离式遮光套筒”结构示意图。
图4为本发明处于局部测量位置时的示意图。
图5为本发明处于全程测量位置时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，包括转动中轴3，转动中轴3两端转动设置在基座立柱1上，且两端还分别转动设置有光路对中器5和对位的光路对中器11，光路对中器5和对位的光路对中器11上端开有通光孔13；转动中轴3上通过遮光套筒立柱8固定设置有随转动中轴3一同转动的一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7，所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7间互成预设角度；还包括激光粒度仪发射极12和激光粒度仪接收极6。
如图2所示，给出了光路对中器的具体结构，下部通过配合孔及光路对中器紧定螺栓9与转动中轴3配合安装并实现旋转固定到周向任意位置。上部留有直径0.5cm的通光孔13，在调节光路对中时，需调节激光依次穿过两端的通光孔。
如图3所示，作为本发明的优选实施方式，所述分离式遮光套筒7中间间隔位置处管外径设计了末端锥度14，靠近边缘部分壁厚逐渐增厚使端面倾斜，内径保持不变。这样在水平安装位置处，液滴滴落在套筒外壁上就不会飞溅到中间的测试区域，避免了对测量结果的干扰。
作为本发明的优选实施方式，所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7内表面均涂以黑色吸光涂层，减少不必要的光线反射。
作为本发明的优选实施方式，所述基座立柱1采用两层套管结构，高度可调，通过基座紧定螺栓2进行固定；具体高度根据实际测试需要进行选取，两端基座立柱高度需调节一致；基座立柱1下端采用三脚支架结构保证稳定，上端留有配合孔与转动中轴3配合。
作为本发明的优选实施方式，所述转动中轴3两端加工有凹槽，用于与基座立柱1及光路对中器5的配合安装；转动中轴3与基座立柱1间采用转动中轴紧定螺栓10紧固，转动中轴3与光路对中器5间采用光路对中器紧定螺栓9。
作为本发明的优选实施方式，所述遮光套筒立柱8上端为可调套环，用于固定一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7，遮光套筒立柱8下端与转动中轴3相连。
作为本发明的优选实施方式，所述基座立柱1、转动中轴3、光路对中器5及遮光套筒立柱8均由不锈钢材制成。所述转动中轴3宜选用刚性良好的不锈钢管制作，保证较长长度条件下不发生弯曲，长度以实际喷雾场覆盖直径为参考。
所述一体式遮光套筒4和分离式遮光套筒7间互成120°。使得装置各工作位置之间的套筒间隔距离最远，避免套筒侵入喷雾场造成的液滴飞溅对测量造成影响。
上述所述的用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：背景测试
如图1所示，先调节基座立柱1高度及位置，使光路对中器5和对位的光路对中器11的通光孔13与一体式遮光套筒4同轴，然后旋紧基座紧定螺栓2和光路对中器紧定螺栓9，固定光路对中器5和对位的光路对中器11与转动中轴3的相对位置；然后，激光粒度仪发射极12发射激光，使激光通过对位的光路对中器11的通光孔13进入一体式遮光套筒4然后从光路对中器5的通光孔13射出，并通过激光粒度仪接收极6接收激光，此时激光束处于一体式遮光套筒4的保护之中，不受外界环境变化的干扰，则在此条件下开启背景测试，将光路对中器5和对位的光路对中器11旋转至远离一体式遮光套筒4通光区域，开启喷淋系统至稳定工况，在一体式遮光套筒4中进行背景测试，得到稳定的本底背景；
步骤2：样本测试
步骤2.1：样本局部测量模式
如图4所示，待背景测试结果稳定之后，使光路对中器5和对位的光路对中器11的通光孔13与分离式遮光套筒7同轴，然后旋紧光路对中器紧定螺栓9，固定光路对中器5和对位的光路对中器11与转动中轴3的相对位置；然后，激光粒度仪发射极12发射激光，使激光通过对位的光路对中器11的通光孔13进入分离式遮光套筒7然后从光路对中器5的通光孔13射出，并通过激光粒度仪接收极6接收激光，两段套筒中间间隔部分会有液滴落下，即为样品测试区域，进入样本局部测量模式；测试区域的大小靠调节两个分离式套筒的间隔距离实现；
步骤2.2：样本全程测量模式
如图5所示，将激光粒度仪发射极12和激光粒度仪接收极6的光路完全暴露在喷雾场中，没有遮盖，测试区域即为激光束穿过的所有液滴，此时为样本全程测量模式；
测量过程中，需保证基座立柱1的位置固定不变。当测试完成或需调节其他工况时将装置位置再次调至背景测试位置；三个工作位置通过旋转转动中轴3实现。
待背景测试结果稳定之后，即可进行局部测试或全程测试。进行局部喷淋测试时需将装置转动至图4所示的位置；针对需要进行全程测试的情况，需将装置转动至图5所示的位置。
经过在某大型喷雾场喷淋特性测试试验回路中使用，发现其工作可靠，方法可行，能够较好地实现预期功能。整个装置操作简便，能够显著提高测试效率。因此本发明非常适合大型喷雾场的激光粒度测量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：包括转动中轴(3)，转动中轴(3)两端转动设置在基座立柱(1)上，且两端还分别转动设置有光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)，光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)上端开有通光孔(13)；转动中轴(3)上通过遮光套筒立柱(8)固定设置有随转动中轴(3)一同转动的一体式遮光套筒(4)和分离式遮光套筒(7)，所述一体式遮光套筒(4)和分离式遮光套筒(7)间互成预设角度；还包括激光粒度仪发射极(12)和激光粒度仪接收极(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述分离式遮光套筒(7)中间间隔位置处管外径设计了末端锥度(14)，靠近边缘部分壁厚逐渐增厚，使端面倾斜，内径保持不变。
3.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述一体式遮光套筒(4)和分离式遮光套筒(7)内表面均涂以黑色吸光涂层，减少不必要的光线反射。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述基座立柱(1)采用两层套管结构，高度可调，通过基座紧定螺栓(2)进行固定；基座立柱(1)下端采用三脚支架结构保证稳定，上端留有配合孔与转动中轴(3)配合。
5.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述转动中轴(3)两端加工有凹槽，用于与基座立柱(1)及光路对中器(5)的配合安装；转动中轴(3)与基座立柱(1)间采用转动中轴紧定螺栓(10)紧固，转动中轴(3)与光路对中器(5)间采用光路对中器紧定螺栓(9)紧固。
6.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述遮光套筒立柱(8)上端为可调套环，用于固定一体式遮光套筒(4)和分离式遮光套筒(7)，遮光套筒立柱(8)下端与转动中轴(3)相连。
7.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述基座立柱(1)、转动中轴(3)、光路对中器(5)及遮光套筒立柱(8)均由不锈钢材制成。
8.根据权利要求1所述的一种用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置，其特征在于：所述一体式遮光套筒(4)和分离式遮光套筒(7)间互成120°。
9.权利要求1至8任一项所述的用于大型喷雾场激光粒度仪的光路切换装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：背景测试
先调节基座立柱(1)高度及位置，使光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)的通光孔(13)与一体式遮光套筒(4)同轴，然后旋紧基座紧定螺栓(2)和光路对中器紧定螺栓(9)，固定光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)与转动中轴(3)的相对位置；然后，激光粒度仪发射极(12)发射激光，使激光通过对位的光路对中器(11)的通光孔(13)进入一体式遮光套筒(4)然后从光路对中器(5)的通光孔(13)射出，并通过激光粒度仪接收极(6)接收激光，此时激光束处于一体式遮光套筒(4)的保护之中，不受外界环境变化的干扰，则在此条件下开启背景测试，将光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)旋转至远离一体式遮光套筒(4)通光区域，开启喷淋系统至稳定工况，在一体式遮光套筒(4)中进行背景测试，得到稳定的本底背景；
步骤2：样本测试
步骤2.1：样本局部测量模式
待背景测试结果稳定之后，使光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)的通光孔(13)与分离式遮光套筒(7)同轴，然后旋紧光路对中器紧定螺栓(9)，固定光路对中器(5)和对位的光路对中器(11)与转动中轴(3)的相对位置；然后，激光粒度仪发射极(12)发射激光，使激光通过对位的光路对中器(11)的通光孔(13)进入分离式遮光套筒(7)然后从光路对中器(5)的通光孔(13)射出，并通过激光粒度仪接收极(6)接收激光，两段套筒中间间隔部分会有液滴落下，即为样品测试区域，进入样本局部测量模式；测试区域的大小靠调节两个分离式套筒的间隔距离实现；
步骤2.2：样本全程测量模式
将激光粒度仪发射极(12)和激光粒度仪接收极(6)的光路完全暴露在喷雾场中，没有遮盖，测试区域即为激光束穿过的所有液滴，此时为样本全程测量模式；
测量过程中，需保证基座立柱(1)的位置固定不变，当测试完成或需调节其他工况时将装置位置再次调至背景测试位置；三个工作位置通过旋转转动中轴(3)实现。
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