CN109269956B - 一种用于测试微流体惯性冲击式过滤器性能的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于过滤设备性能测试技术领域，尤其涉及一种用于测试微流体惯性冲击式过滤器性能的实验装置，包括依次连接的：气源、气溶胶发生器、微流体惯性冲击式过滤器和空气过滤器，并采用仪器仪表对气溶胶发生器进出口的气溶胶浓度、压力、温度和微流体惯性冲击式过滤器的进出口的压差进行采集。气溶胶发生器包括上下筒体，其中下筒体的上下部形状分别为圆柱体和倒圆锥体，倒圆锥体底部为气流入口，倒圆锥体顶部为分流孔板，圆柱体顶部为粉末流化板；上筒体的顶部为气流出口，上筒体的外壁分别固定有振动电机和储粉管，储粉管底部与倾斜供料段的中部连通，并通过倾斜供料段的底部与上筒体连通，倾斜供料段的顶部通过管路与下筒体的上部连通。
Description
技术领域
本发明属于过滤设备性能测试技术领域，尤其涉及一种用于测试微流体惯性冲击式过滤器性能的实验装置。
背景技术
一般情况下，致密的金属元件几乎可以阻挡住所有裂变产物的穿透，当核电站内发生严重事故时，堆芯燃料可能会发生包壳破损、燃料融化、与混凝土或金属发生作用等情况。当熔融的堆芯熔穿压力容器和安全壳底并与混凝土接触时，会发生剧烈的反应，产生大量的含有放射性物质的气溶胶。如果将此类气溶胶直接排放到大气中将会严重地危害大气环境。在这种情况下，如何对事故情况下的核电站安全壳内的气溶胶进行过滤显得十分重要。目前，核电站中使用的过滤器主要有砂石干式过滤器、砂床过滤器、金属纤维过滤器、文丘里洗涤器等，这些过滤器都能在一定程度下对放射性气溶胶进行过滤，但是经过长时间的运行后，过滤器将会成为一个较强的放射源，吸附器及滤网的跟换将会成为一个技术难题。在申请号为201710167723.4的专利中公开了一种基于微流体惯性原理设计的气溶胶过滤器，该过滤器能够利用入射粒子的惯性，对不同粒径的粒子进行分离，实现收集和过滤。不仅避免了传统滤网式过滤器过滤介质的清理及更换困难，也不会产生放射性固体及液体废物，极大的优化并提高了气溶胶过滤净化工作的效率。
由于核电的特殊性，过滤器必须进过严格的测试，但目前国内外还没有公开发表的文献包含能用于测试微流体惯性冲击式过滤器过滤性能的实验装置。同时也没有能产生低浓度、高出口压力气溶胶的固体粉末气溶胶发生器。虽然发明专利《一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置》(201210118392.2)中提到了一种能够用于高压系统、粘性粉末配送的气溶胶发生装置，但是该装置难以控制出粉量，并且出粉量较大。对于微流体惯性冲击式过滤器过滤性能验证实验来说，每小时的出粉量范围仅为0.5～2g，所以目前市面上没有满足实验要求的粉尘气溶胶发生器。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种用于测试微流体惯性冲击式过滤器性能的实验装置，包括依次连接的：气源、气溶胶发生器、微流体惯性冲击式过滤器和空气过滤器，并采用仪器仪表对气溶胶发生器进出口的气溶胶浓度、压力、温度和微流体惯性冲击式过滤器的进出口的压差进行采集。
所述气溶胶发生器包括通过快装卡箍和密封圈密封连接的上下筒体，其中下筒体的上下部形状分别为圆柱体和倒圆锥体，倒圆锥体底部为气流入口，倒圆锥体顶部为分流孔板，圆柱体顶部为粉末流化板；上筒体的顶部为气流出口，上筒体的外壁分别固定有振动电机和储粉管，储粉管底部与倾斜供料段的中部连通，并通过倾斜供料段的底部与上筒体连通，倾斜供料段的顶部通过管路与下筒体的上部连通。
所述储粉管底部设有下料孔板，下料孔板由孔板和金属网加工而成，通过改变金属网的孔径和面积来控制出粉量，同时防止板结的粉末进入筒体。
所述储粉管上部通过一根管道与气溶胶发生器的上筒体相连，用来减小储粉管内部的压差，避免粉末在槽内滞留。
所述气源包括依次相连的：空气压缩机、压缩空气过滤器、储气罐，用来产生洁净的压缩空气。
所述分流孔板和粉末流化板通过支撑架用来固定，所述微流体惯性冲击式过滤器用不同结构尺寸的过滤器进行替换，并且均采用法兰连接。
所述气溶胶浓度通过依次相连的板式过滤器和浮子流量计进行采样，采用等速采样法；采样口管线采用斜管，倾斜角度为120°，减少气溶胶粒子在弯道中的沉积。
所述仪器仪表还包括：流量计、压力表、温度传感器、压差传感器，分别对流量、压力、温度和压差信号进行采集并转换成相应的电信号，利用数据采集卡接收、记录下信号，然后将其转换为流量、压力、温度、压差的实际值显示于计算机上。
所述微流体惯性冲击式过滤器设置了旁路，防止微流体惯性冲击式过滤器发生堵塞；所述气溶胶发生器设置了旁路，一是用于进行单独的空气实验，测试过滤器在空气条件下的压降；二是在实验结束后，通入大量的洁净空气对过滤器进行冲刷，带走实验过程中附着在管壁上的颗粒。
所述振动电机配备调速器用于调节振动频率。
本发明的有益效果：
1、本发明可对不同结构尺寸的微流体惯性冲击式气溶胶过滤器进行运行机理、流动特性和过滤性能等方面的实验，整个试验段均采用法兰连接，方便拆卸和清理。
2、本发明的气溶胶发生器设置了旁路，其主要有两个作用，一是可以进行单独的空气实验，测试过滤器在空气条件下的压降；二是，在实验结束后，能够通入大量的洁净空气，对试验段进行冲刷，带走实验过程中附着在管壁上的颗粒。
3、通过与储气罐出口相连接的三联件来控制气体流量，同时通过控制气溶胶发生器的粉末供给速度来控制实验用气溶胶的浓度。
4、实验段设置旁路，能够防止实验段发生堵塞，导致管内压力增大。
5、采样部分的入口管线采用斜管，倾斜角度为120°，相比于传统的90°倾斜，该管道能够有效地降低气溶胶粒子在弯道中的沉积，使采样浓度更加精确。
6、该装置的进出口采样部分均采用等速采样法，使采样浓度更接近实际浓度，减小了实验误差。
7、储粉管上端用快装卡箍与盲板相连，方便实验前加料。
8、气溶胶发生器外壁面上固定一个可调速振动电机，一方面能够增加通体内气流的紊乱程度，防止通体内形成稳定气路，另一方面通过调节振动电机的振动速度能达到调节出粉量的目的。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为入口采样区域局部放大图。
图3为出口采样区域局部放大图。
图4为气溶胶发生器的结构示意图。
图5为气溶胶发生器的分解示意图。
图6为气溶胶发生器的剖面图。
图中，1-空气压缩机 2-球阀 3-压缩空气过滤器 4-球阀 5-储气罐 6-安全阀7-压力表 8-三联件 9-球阀 10-热式流量计 11-球阀 12-球阀 13-气溶胶发生器14-单向阀15-压力表 16-热电偶 17-球阀 18-板式过滤器 19-浮子流量计 20-球阀 21-微流体惯性冲击式过滤器 22-压差传感器 23-球阀 24-球阀 25-板式过滤器 26-浮子流量计 27-球阀 28-空气过滤器 29-数据采集系统 30-入口采样区域31-出口采样区域 32-排污阀 33-入口采样管 34-出口采样管；1301-上筒体1302-下筒体 1303-快装卡箍 1304-振动电机1305-盲板 1306-快装卡箍 1307-储粉管 1308-倾斜供料段 1309-下料孔板 1310-粉末流化板 1311-支撑架 1312-分流孔板。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1所示，该实验装置主要由洁净空气部分、气溶胶配送部分、过滤部分、采样部分、数据采集部分和连接各个装置的管道和阀门组成，洁净空气部分的出口与气溶胶配送部分的入口相连接，气溶胶部分的出口与过滤部分的入口相连接，过滤部分的出口直接连接大气，进出口采样部分分别连接微流体惯性冲击式过滤器的进出口。
如图1所示，洁净空气部分主要由空气压缩机1、压缩空气过滤器3、储气罐5依次连接构成。空气压缩机1与压缩空气过滤器3通过球阀2连接，压缩空气过滤器3通过球阀4与储气罐5连接，储气罐5上连接有安全阀6、压力表7和排污阀32，三联件8的入口与储气罐5出口相连接，和热式流量计10之间通过球阀9连接。其中，空气压缩机1的作用是为气溶胶发生器13提供所需气源；压缩空气过滤器3的作用是过滤空气中的颗粒物和液滴；储气罐5的设置是为了维持装置中气流的稳定性；三联件8用来调节空气的流量，以满足不同实验的需求。
如图1所示，气溶胶配送部分包括气溶胶发生器13和与之相连接的管道和阀门。其中，与气溶胶发生器13连接的单向阀14可以防止气溶胶倒流至气溶胶发生器13中。通过调节气溶胶发生器13的粉末供给速度和管道内的空气流量可以调节装置中气溶胶的浓度。同时，该部分也设置有旁路，旁路的设置主要有两个作用，一是可以进行单独的空气实验，测试微流体惯性冲击式过滤器21在空气条件下的压降；二是，在实验结束后，能够通入大量的洁净空气，对试验段进行冲刷，带走实验过程中附着在管壁上的颗粒。
如图1所示，过滤部分主要由微流体惯性冲击式过滤器21和空气过滤器28构成。微流体惯性冲击式过滤器21通过球阀27与空气过滤器28连接，微流体惯性冲击式过滤器21利用摄入其中粒子的惯性将不同粒径的粒子进行分离，实现收集和过滤，而未过滤的粒子通过空气过滤器进行过滤，并将洁净的空气排向大气。此外，为了防止实验段发生堵塞，导致管内压力增加，微流体惯性冲击式过滤器21还设置了旁路。实验部分的设备之间以及与实验部分相连接的入口和出口采样部分之间均为法兰连接，拆卸方便，不仅可以替换不同结构尺寸的过滤器21进行实验，还有利于实验后管道的清理。
如图1所示，采样部分分为入口采样部分30和出口采样部分31，两部分的设备和连接方式完全相同，均由球阀(17、24)、板式过滤器(18、25)、浮子流量计(19、26)依次连接构成。该部分可以通过调节浮子流量计(19、26)的旋钮来控制采样管线的流量，使其与实验主管道的流量成一定的比例，从而达到等速采样的目的，减小实验误差。
如图1所示，数据采集部分主要包括热式流量计10、压力表15、热电偶16、压差传感器22、数据采集卡系统29、计算机和与它们相连的导线等。热式流量计10用于检测回路中气体的流量；压力表15用于检测气溶胶发生器出口气溶胶的压力；热电偶16用于检测气溶胶发生器出口气溶胶的温度；压差传感器22用于检测微流体惯性冲击式过滤器进出口的压差。实验时，各个测量仪表分别对流量、压力、温度和压差等信号进行采集并转换成相应的电信号，利用数据采集卡接收并记录下信号，然后将其转换为流量、压力、温度、压差的实际值显示于计算机上。
图2是入口采样区域30局部放大图，如图2所示，入口采样管33是一个弯管，弯曲方向和气体流动方向相反，相比于传统的弯管，该弯管的弯曲角度更大，为120°，这能够有效地降低气溶胶粒子在弯道中的沉积，使采样浓度更加精确。
图3是出口采样区域31局部放大图，其原理和入口采样区域完全一样。
图4是气溶胶发生器的结构示意图，图5是气溶胶发生器的分解示意图，图6是气溶胶发生器的剖面图。如图4—6所示，粉末气溶胶发生器主要包括上筒体1301、下筒体1302、快装卡箍1303、振动电机1304、盲板1305、快装卡箍1306、储粉管1307、倾斜供料段1308、下料孔板1309、粉末流化板1310、支撑架1311、分流孔板1312。该粉末气溶胶发生器通过下筒体1302的入口和上筒体1301的出口接入实验装置中，通过法兰连接，能够实现快速拆装。气流通过入口进入下筒体1302之后，经过椎体得到初步分散。椎体上放置厚度为1mm、孔径为1mm的分流孔板1312，气流经过该孔板1312后能够得到充分的分散。经过分流孔板1312的气流分为两路，一路气流进入倾斜供料段1308，将由储粉管1307内落下的粉末携带入上筒体内；另一路气流穿过固定在支撑架1311上的粉末流化板1310进入上筒体内，对粉末进行充分流化。储粉管1307内的下料孔板1309由孔径为1mm的孔板和不同目数的金属网加工而成，通过改变金属网的孔径和面积实现对出粉量的控制。储粉管1307上端由密封圈、盲板1305和快装卡箍1306进行密封，能够实现快速开关，方便在实验前加入粉末以及实验后取出残余粉末。为了控制出粉速度、增强粉末的流化程度，粉末气溶胶发生器的外壁固定一个振动电机1304，通过调节振动电机1304的转速、改变电机偏心块的数量或角度，改变电机的振动力，从而实现对出粉量的控制。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种用于测试微流体惯性冲击式过滤器性能的实验装置，其特征在于，包括依次连接的：气源、气溶胶发生器、微流体惯性冲击式过滤器和空气过滤器，并采用仪器仪表对气溶胶发生器进出口的气溶胶压力、温度和微流体惯性冲击式过滤器的进出口的压差、气溶胶浓度进行采集；所述气溶胶浓度通过依次相连的板式过滤器和浮子流量计进行采样，采用等速采样法，采样口管线采用斜管，倾斜角度为120°，减少气溶胶粒子在弯道中的沉积；
所述气溶胶发生器包括通过快装卡箍和密封圈密封连接的上下筒体，其中下筒体的上下部形状分别为圆柱体和倒圆锥体，倒圆锥体底部为气流入口，倒圆锥体顶部为分流孔板，圆柱体顶部为粉末流化板；上筒体的顶部为气流出口，上筒体的外壁分别固定有振动电机和储粉管，储粉管底部与倾斜供料段的中部连通，并通过倾斜供料段的底部与上筒体连通，倾斜供料段的顶部通过管路与下筒体的上部连通；
所述储粉管底部设有下料孔板，下料孔板由孔板和金属网加工而成，通过改变金属网的孔径和面积来控制出粉量，同时防止板结的粉末进入筒体；
所述储粉管上部通过一根管道与气溶胶发生器的上筒体相连，用来减小储粉管内部的压差，避免粉末在槽内滞留；
所述微流体惯性冲击式过滤器设置了旁路，防止微流体惯性冲击式过滤器发生堵塞；所述气溶胶发生器设置了旁路，一是用于进行单独的空气实验，测试过滤器在空气条件下的压降；二是在实验结束后，通入大量的洁净空气对过滤器进行冲刷，带走实验过程中附着在管壁上的颗粒。
2.根据权利要求1任一所述实验装置，其特征在于，所述气源包括依次相连的：空气压缩机、压缩空气过滤器、储气罐，用来产生洁净的压缩空气。
3.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述分流孔板和粉末流化板通过支撑架用来固定，所述微流体惯性冲击式过滤器用不同结构尺寸的过滤器进行替换，并且均采用法兰连接。
4.根据权利要求1任一所述实验装置，其特征在于，所述仪器仪表还包括：流量计、压力表、温度传感器、压差传感器，分别对流量、压力、温度和压差信号进行采集并转换成相应的电信号，利用数据采集卡接收、记录下信号，然后将其转换为流量、压力、温度、压差的实际值显示于计算机上。
5.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述振动电机配备调速器用于调节振动频率。
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