CN106066267A - 超大流量气溶胶采样器 - Google Patents

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王世联
刘蜀疆
陈占营
王晓明
李奇
樊元庆
赵允刚
张新军
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Abstract

本发明属于辐射环境保护领域，提供了一种超大流量气溶胶采样器，包括通过气体管路依次连接的采样舱、流量计系统和离心风机。采样舱包括采样舱主体和安装在采样舱主体底部的方圆变径；采样舱主体为长方体框架结构，其与底面垂直的四个棱边向下具有延伸段，该延伸段作为立体采样舱的支座；采样舱主体的顶部和四周均为进气口，进气口处安装有滤材架；所述滤材架和采样舱主体之间采用密封条进行密封。流量计系统为V锥流量计系统。本发明具有过滤面积大、体积小、结构简单且具有自洁功能的优点。

Description

超大流量气溶胶采样器
技术领域
本发明属于辐射环境保护领域，涉及一种超大流量气溶胶采样器。
背景技术
大气放射性气溶胶监测是环境保护领域的重要监测内容之一。大气气溶胶中放射性核素的浓度很低，为提高监测灵敏度，在日常监测中一般需要采用超大流量气溶胶采样器进行采样。已有的超大流量采样器，其采样流量一般为450～900m3/h。在技术要求更高的采样环境中，需要更大流量的采样器，现有的采样器无法满足要求。
在采样过程中，过滤材料和样品产生的阻力会随着气体流速的增大而增大，致使采样泵的负载明显增加。为了不增加采样泵的负载，超大流量气溶胶采样器的过滤面积必须相应增加，造成采样器采样舱的体积很大。为了减小采样泵震动对流量计的影响，多数采样器安装了孔板或喷嘴流量计，但其阻力较大，气体管路短时需在前端加装整流器，长时间使用后，表面被污染物附着，影响测量精度。
发明内容
基于上述背景，本发明提供了一种过滤面积大、体积小、结构简单且具有自洁功能的超大流量气溶胶采样器，其工作流量可达5000m3/h。
本发明的技术方案是：
超大流量气溶胶采样器，包括通过气体管路依次连接的采样舱、流量计系统和离心风机；所述采样舱包括采样舱主体和安装在采样舱主体底部的方圆变径；其特殊之处在于：所述采样舱主体为长方体框架结构，其与底面垂直的四个棱边向下具有延伸段，该延伸段作为立体采样舱的支座；所述采样舱主体的顶部和四周均为进气口，进气口处安装有滤材架；所述滤材架和采样舱主体之间采用密封条进行密封；所述流量计系统为V锥流量计系统。
上述V锥流量计系统包括流量计管路、V型锥体、差压传感器、模数转换单元、通讯单元和计算机；所述流量计管路上开设有第一取压口，第一取压口与流量计管路相通；沿气流方向，所述流量计管路上设置有前端法兰和后端法兰；V锥流量计系统通过前端法兰与采样舱的气体管路相连，通过后端法兰与离心风机的气体管路相连；所述V型锥体上沿其轴线方向开设有通孔，通孔内安装有L型引压管；所述L型引压管的竖直段插入所述第一取压口，并使V型锥体悬挂在流量计管路中；所述差压传感器通过第一取压管与所述第一取压口相连通；所述模数转换单元与所述差压传感器相联，同时通过通讯单元与计算机相联。
上述V锥流量计系统还包括第二取压口、压力传感器和温度传感器；所述第二取压口开设在流量计管路上与流量计管路相连通，并位于前端法兰和V型锥体之间；所述压力传感器通过第二取压管与第二取压口相连通；所述第二取压管同时与所述差压传感器相连通；所述温度传感器设置在流量计管路的管壁上；所述压力传感器和温度传感器均与模数转换单元相联。
上述V型锥体的轴线与流量计管路的中心线重合，以进一步提供测量精度。
为控制流量计管路的长度在较小范围内，以减小整个采样器的体积，上述V型锥体前端的流量计管路的长度为1～3D，V型锥体后端的流量计管路的长度为0～1D，D为流量计管路的内径。
为防止雨水淋入采样舱内，上述采样舱还包括风帽；所述风帽通过活页安装在采样舱主体的顶部，风帽以活页为轴转动实现打开或闭合。
上述风帽由两块三角形板和两块梯形板拼接而成。
上述采样舱还包括气弹簧和锁紧机构；所述气弹簧用于在风帽打开时固定风帽；所述锁紧机构用于在风帽闭合时固定风帽。
上述滤材架通过多个压板固定在采样舱主体上。
上述采样器还包括变频器；所述变频器同时与模数转换单元和离心风机相联。
本发明的优点是：
1、本发明将特殊形式的采样舱和V锥流量计系统相结合，具有较大的过滤面积，但整个装置的体积较小；本发明采用V锥流量计系统，对流经气体的阻力小，约为孔板流量计的1/3左右，且V型锥体自身可作为流场的整流器，具有自整流功能，无需在其前端安装整流器，简化了设备结构；本发明具有自清洁功能，流体流经具有特殊外形的V型锥体时，会在其周边形成边界层并疏导流体离开锥体尾部的边缘，从而减少污染物附着的可能性。
2、本发明可以实现系统数据的远程采集和系统状态的远程监控。
3、测量精度高。
4、本发明可以实现稳流采样。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的采样舱在风帽打开时的俯视图；
其中1‐采样舱；101‐风帽；102‐活页；103‐气弹簧；104‐密封条；105‐滤材架；106‐压板；107‐锁紧机构；108‐采样舱主体；109‐方圆变径；2‐气体管路；3‐流量计系统；301‐流量计管路；302‐前端法兰；303‐后端法兰；304‐V型锥体；305‐第二取压口；306‐第一取压口；307‐压力传感器；308‐差压传感器；309‐温度传感器；310‐模数转换单元；311‐通讯单元；312‐计算机；313‐通孔；314‐第一取压管；315‐第二取压管；316‐L型引压管；4‐离心风机；5‐变频器。
具体实施方式
如图1所示，本发明所提供的超大流量气溶胶采样器包括通过气体管路2依次连接的采样舱1、V锥流量计系统3和离心风机4。
一、采样舱
结合图1和图2，采样舱1包括采样舱主体108和安装在采样舱主体8底部的方圆变径109；采样舱主体108为长方体框架结构，其与底面垂直的四个棱边向下具有延伸段，该延伸段作为采样舱的支座；采样舱主体108的顶部和四周均为进气口，进气口处安装有滤材架105；滤材架105通过压板106安装在采样舱主体108，并用密封条104进行密封。
为防止雨水淋入采样舱主体108中，采样舱主体108的顶部通过活页102安装有风帽101(由两块三角形板和两块梯形板拼接而成)；风帽101以活页102为轴转动实现打开或闭合。风帽101和采样舱主体108上安装有气弹簧103和锁紧机构107(例如锁扣、插销等)，其中，气弹簧103在风帽101打开时用于固定风帽101，锁紧机构107在风帽101闭合时用于固定风帽101。
二、V锥流量计系统
如图1所示，V锥流量计系统3包括流量计管路301、V型锥体304、差压传感器308、模数转换单元310、通讯单元311和计算机312。
流量计管路301上开设有第一取压口306，第一取压口306与流量计管路301相通；沿气流方向，流量计管路301上设置有前端法兰302和后端法兰303，便于将V锥流量计系统3与气体管路2相连；
V型锥体304上沿其轴线方向开设有通孔313，通孔313内安装有L型引压管316；L型引压管316的竖直段插入第一取压口306中，并使V型锥体304悬挂在流量计管路301中；
差压传感器308通过第一取压管314与第一取压口306相连通；
模数转换单元310与差压传感器308相联，同时通过通讯单元311与计算机312相联，实现V锥流量计系统数据的远程采集和流量计系统状态的远程监控。
为了进一步提高测量精度，V锥流量计系统3可作出如下优化：
(1)V锥流量计系统3还包括用于温压补偿计算的压力传感器307和温度传感器309；压力传感器307通过第二取压管315与第二取压口305(开设在流量计管路301上与流量计管路301相连通，并位于前端法兰302和V型锥体304之间)连通；温度传感器309设置在流量计管路301的管壁上；压力传感器307和温度传感器309均与模数转换单元310相联。第二取压管315同时还与差压传感器308相连。(2)V型锥体4的轴线与流量计管路1的中心线重合。
另外，由于V锥流量计系统的节流件采用V型锥体，因此V锥流量计系统所需的流量计管路远小于孔板、喷嘴和涡街等流量计系统，有利于减小设备体积。具体为：沿气流方向，V型锥体304前端的流量计管路301的长度为1～3D，V型锥体304后端的流量计管路301的长度为0～1D，D为流量计管路301的内径，本实施例中D＝250mm。
三、变频器
本发明还包括变频器5，以更好的保护设备，控制流量；变频器5同时与模数转换单元310和离心风机304相联。
本发明的工作过程如下：
(1)将高效滤材安装在滤材架105上，然后将滤材架105安装在采样舱主体108上，闭合风帽101；
(2)打开总电源、V锥流量计系统的电源和计算机电源；
(3)启动离心风机4，设备进入采样状态，V锥流量计系统同时开始记录流量及相关数据；
(4)到达采样结束时间，停止离心风机4，在计算机312上读取流量等数据；
(5)取下样品。

Claims (10)

1.超大流量气溶胶采样器，包括通过气体管路依次连接的采样舱、流量计系统和离心风机；所述采样舱包括采样舱主体和安装在采样舱主体底部的方圆变径；其特征在于：
所述采样舱主体为长方体框架结构，其与底面垂直的四个棱边向下具有延伸段，该延伸段作为立体采样舱的支座；所述采样舱主体的顶部和四周均为进气口，进气口处安装有滤材架；所述滤材架和采样舱主体之间采用密封条进行密封；
所述流量计系统为V锥流量计系统。
2.根据权利要求1所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述V锥流量计系统包括流量计管路、V型锥体、差压传感器、模数转换单元、通讯单元和计算机；
所述流量计管路上开设有第一取压口，第一取压口与流量计管路相通；沿气流方向，所述流量计管路上设置有前端法兰和后端法兰；
所述V型锥体上沿其轴线方向开设有通孔，通孔内安装有L型引压管；所述L型引压管的竖直段插入所述第一取压口，并使V型锥体悬挂在流量计管路中；
所述差压传感器通过第一取压管与所述第一取压口相连通；
所述模数转换单元与所述差压传感器相联，同时通过通讯单元与计算机相联。
3.根据权利要求2所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述V锥流量计系统还包括第二取压口、压力传感器和温度传感器；所述第二取压口开设在流量计管路上与流量计管路相连通，并位于前端法兰和V型锥体之间；所述压力传感器通过第二取压管与第二取压口相连通；所述第二取压管同时与所述差压传感器相连通；所述温度传感器设置在流量计管路的管壁上；所述压力传感器和温度传感器均与模数转换单元相联。
4.根据权利要求3所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述V型锥体的轴线与流量计管路的中心线重合。
5.根据权利要求2或3或4所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：沿气流方向，所述V型锥体前端的流量计管路的长度为1～3D，V型锥体后端的流量计管路的长度为0～1D，D为流量计管路的内径。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述采样舱还包括风帽；所述风帽通过活页安装在采样舱主体的顶部，风帽以活页为轴转动实现打开或闭合。
7.根据权利要求6所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述风帽由两块三角形板和两块梯形板拼接而成。
8.根据权利要求7所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述采样舱还包括气弹簧和锁紧机构；所述气弹簧用于在风帽打开时固定风帽；所述锁紧机构用于在风帽闭合时固定风帽。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述滤材架通过多个压板固定在采样舱主体上。
10.根据权利要求1或2或3或4所述的超大流量气溶胶采样器，其特征在于：所述采样器还包括变频器；所述变频器同时与模数转换单元和离心风机相联。
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