CN109916694A - 一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，包括：内流入口、定位螺柱、侧流腔、加速喷嘴、小粒径粒子收集腔、大粒径粒子收集腔，所述的内流入口通过定位螺柱与侧流腔顶壁固连，侧流腔底壁与加速喷嘴固连，加速喷嘴上端位于侧流腔内部，加速喷嘴下端与小粒径粒子收集腔上端固连，小粒径粒子收集腔下端与大粒径粒子收集腔固连，大粒径粒子收集腔上部位于小粒径粒子收集腔内部。本发明可作为终端设备直接暴露在样本环境中，在采集伊始即将气溶胶粒子进行分离；针对亚微米级粒子的横置环状样本采集入口设计，实现了粒子预分离，从而提高了分离精度；加入纯净气流以避免气溶胶粒子与内壁面直接接触，使得粒子的壁面损失极低。

Description

一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器

技术领域

本发明涉及放射性气溶胶监测设备，具体是一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器。

背景技术

在放射性气溶胶监测时，通常需要使用到虚拟冲击器，利用惯性力的作用将不同粒径的气溶胶粒子按照其粒度特性分离开。目前所使用的虚拟冲击器结构设计普遍存在以下缺点：（1）分离精度不足，大粒径分流道中小粒径粒子含量较大,无法分离亚微米级粒子；（2）由于气溶胶粒子与虚拟冲击器内壁面直接接触，气溶胶粒子的壁面损失过大。

发明内容

本发明的目的是提出一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，能够有效提高分离精度，降低气溶胶粒子壁面损失。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，包括：内流入口、定位螺柱、侧流腔、加速喷嘴、小粒径粒子收集腔、大粒径粒子收集腔，所述的内流入口通过定位螺柱与侧流腔顶壁固连，侧流腔底壁与加速喷嘴固连，加速喷嘴上端位于侧流腔内部，加速喷嘴下端与小粒径粒子收集腔上端固连，小粒径粒子收集腔下端与大粒径粒子收集腔固连，大粒径粒子收集腔上部位于小粒径粒子收集腔内部；所述的侧流腔其整体结构为内部同轴设置有圆柱型孔的圆柱型腔体结构，其顶壁上设置有均布的用以安装定位螺柱的螺纹孔，顶壁中部设置有用于纯净气流和气溶胶同时进入圆柱型孔内部的通孔C，通孔C位于顶壁上端面的孔口设置有倒角，通孔C位于顶壁下端面的孔口设有与通孔C内径相等的环形凸台，环形凸台下端的外圆柱底边设置有倒角，所述侧流腔底壁的中部设有用以安装加速喷嘴的通孔D，通孔D与通孔C同轴，通孔D下端孔口外部的侧流腔底壁设置有与通孔D同轴的环形凸台，所述侧流腔的圆柱型侧壁下部设有用以连通外部纯净气流的侧流口，所述的侧流口与侧流腔的圆柱型孔垂直连通；

所述的内流入口其整体为中部设有通孔A的圆盘形结构，圆盘上设置有均布的用以安装定位螺柱的螺纹孔，所述的通孔A与通孔C同轴，通孔A上端的孔口外设有用以连接外部纯净气流通道的环形凸台，通孔A下端的孔口外同轴设置有与通孔A内径相等的环形凸台A，环形凸台A下端的外圆柱底边设置有倒角；

所述的加速喷嘴整体为二级台阶轴结构，第一台阶轴同轴设置在第二台阶轴的上端，第一台阶轴的直径与侧流腔底壁通孔D的内径相配合并穿设在侧流腔底壁通孔D内部，第二台阶轴的直径与侧流腔底壁环形凸台的内径相配合并位于侧流腔底壁环形凸台内部，第二台阶轴的上端面与侧流腔的底壁固连，所述的第二台阶轴的下端面设有与第二台阶轴同轴的圆形定位孔A，第一台阶轴的中部设有与定位孔A同轴且连通的锥形通孔，锥形通孔位于第一台阶轴上端面的孔口直径大于其位于定位孔A底壁的孔口直径；

所述的小粒径粒子收集腔整体为圆柱型结构，其直径与加速喷嘴的定位孔A的内径相配合并位于加速喷嘴的定位孔A内部，其外圆柱面的上部设有与外圆柱面同轴的环形凸台并通过环形凸台的上端面与加速喷嘴的第二台阶轴固连，小粒径粒子收集腔下端面设有与其外圆柱面同轴的圆形定位孔B，所述的小粒径粒子收集腔的中部同轴设有二级台阶孔，第一台阶孔的直径小于第二台阶孔，第一台阶孔通过锥形过渡孔与第二台阶孔相连通，第二台阶孔与定位孔B同轴且连通，所述的小粒径粒子收集腔其外圆柱面的下部一侧还设有用以连通外部收集装置的收集口，所述的收集口与第二台阶孔垂直连通；

所述的大粒径粒子收集腔整体为轴向设有通孔E的圆柱型结构，其外圆柱面的下部设置有与外圆柱面同轴的环形凸台，环形凸台的外径与小粒径粒子收集腔下端定位孔B的内径相配合并位于小粒径粒子收集腔下端定位孔B内部，环形凸台上端面与小粒径粒子收集腔的下端面固连，所述的通孔E与大粒径粒子收集腔的外圆柱面同轴，通孔E的上端孔口内设置有倒角。

所述的侧流腔其圆柱型孔的内圆柱面顶边设有倒角。

所述的加速喷嘴其第二台阶轴的上端面通过沉头螺钉与侧流腔的底壁固连。

所述的小粒径粒子收集腔其外圆柱面上部的环形凸台通过螺钉与加速喷嘴的第二台阶轴固连。

所述的大粒径粒子收集腔其外圆柱面下部的环形凸台通过螺钉与小粒径粒子收集腔的下端面固连。

本发明的原理：（1）纯净气流以一定流量分别从内流入口上方与侧流腔的侧流口进入，在中心轴线处及加速喷嘴壁面形成均匀稳定的气流；（2）取样气溶胶以一定流量通过内流入口与侧流腔之间的夹缝进入虚拟冲击器内部，在靠近中心轴线时发生第一次偏转，大小粒子实现预分离，并且由于有纯净气流的存在，在避免了两个方向的气溶胶粒子碰撞的同时，也隔绝了气溶胶粒子与加速喷嘴壁面直接碰撞，从而极大地降低了气溶胶粒子的壁面损失；（3）小粒径粒子收集腔与大粒径粒子收集腔组合形成的内腔具有小粒径粒子流道与大粒径粒子流道平行的特征，与传统垂直布置方式不同，此种布置形式能有效降低大粒径分流道中小粒径立即含量，提高分离精度，当取样气溶胶流经此处时，小粒径粒子会跟随气流偏转从而进入小粒径粒子收集腔，大粒径粒子会在惯性力作用下进入大粒径粒子收集腔。

本发明的有益效果是：作为终端设备直接暴露在样本环境中，在采集伊始即将气溶胶粒子进行分离；针对亚微米级粒子的横置环状样本采集入口设计，实现了粒子预分离，从而提高了分离精度；加入纯净气流以避免气溶胶粒子与内壁面直接接触，使得粒子的壁面损失极低。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的分散示意图。

图3为侧流腔的示意图。

图4为加速喷嘴的示意图。

图5为小粒径粒子收集腔的示意图。

图6为本发明的原理图。

图中，1、内流入口，101、通孔A，102、环形凸台A，2、定位螺柱，3、侧流腔，301、通孔C，302、通孔D，303、侧流口，4、加速喷嘴，401、第一台阶轴，402、第二台阶轴，403、定位孔A，5、小粒径粒子收集腔，501、第一台阶孔，502、第二台阶孔，503、锥形过渡孔，504、定位孔B，505、收集口，6、大粒径粒子收集腔，601、通孔E。

图6中，箭头H所示方向为纯净气流运动的方向，箭头I所示方向为气溶胶粒子运动的方向，箭头J所示方向为小粒径粒子运动方向，箭头K所示方向为大粒径粒子运动方向。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，包括：内流入口1、定位螺柱2、侧流腔3、加速喷嘴4、小粒径粒子收集腔5、大粒径粒子收集腔6，所述的内流入口1通过定位螺柱2与侧流腔3顶壁固连，侧流腔3底壁与加速喷嘴4固连，加速喷嘴4上端位于侧流腔3内部，加速喷嘴4下端与小粒径粒子收集腔5上端固连，小粒径粒子收集腔5下端与大粒径粒子收集腔6固连，大粒径粒子收集腔6上部位于小粒径粒子收集腔5内部；所述的侧流腔3其整体结构为内部同轴设置有圆柱型孔的圆柱型腔体结构，其顶壁上设置有均布的用以安装定位螺柱2的螺纹孔，顶壁中部设置有用于纯净气流和气溶胶同时进入圆柱型孔内部的通孔C301，通孔C301位于顶壁上端面的孔口设置有倒角，通孔C301位于顶壁下端面的孔口设有与通孔C301内径相等的环形凸台，环形凸台下端的外圆柱底边设置有倒角，所述侧流腔3底壁的中部设有用以安装加速喷嘴4的通孔D302，通孔D302与通孔C301同轴，通孔D302下端孔口外部的侧流腔3底壁设置有与通孔D302同轴的环形凸台，所述侧流腔3的圆柱型侧壁下部设有用以连通外部纯净气流的侧流口303，所述的侧流口303与侧流腔3的圆柱型孔垂直连通；

所述的内流入口1其整体为中部设有通孔A101的圆盘形结构，圆盘上设置有均布的用以安装定位螺柱2的螺纹孔，所述的通孔A101与通孔C301同轴，通孔A101上端的孔口外设有用以连接外部纯净气流通道的环形凸台，通孔A101下端的孔口外同轴设置有与通孔A101内径相等的环形凸台A102，环形凸台A102下端的外圆柱底边设置有倒角；

所述的加速喷嘴4整体为二级台阶轴结构，第一台阶轴401同轴设置在第二台阶轴402的上端，第一台阶轴401的直径与侧流腔3底壁通孔D302的内径相配合并穿设在侧流腔底壁通孔D302内部，第二台阶轴402的直径与侧流腔3底壁环形凸台的内径相配合并位于侧流腔3底壁环形凸台内部，第二台阶轴402的上端面与侧流腔3的底壁固连，所述的第二台阶轴402的下端面设有与第二台阶轴402同轴的圆形定位孔A403，第一台阶轴401的中部设有与定位孔A403同轴且连通的锥形通孔，锥形通孔位于第一台阶轴上端面的孔口直径大于其位于定位孔A403底壁的孔口直径；

所述的小粒径粒子收集腔5整体为圆柱型结构，其直径与加速喷嘴的定位孔A403的内径相配合并位于加速喷嘴4的定位孔A403内部，其外圆柱面的上部设有与外圆柱面同轴的环形凸台并通过环形凸台的上端面与加速喷嘴4的第二台阶轴402固连，小粒径粒子收集腔5下端面设有与其外圆柱面同轴的圆形定位孔B504，所述的小粒径粒子收集腔5的中部同轴设有二级台阶孔，第一台阶孔501的直径小于第二台阶孔502，第一台阶孔通过锥形过渡孔503与第二台阶孔502相连通，第二台阶孔502与定位孔B504同轴且连通，所述的小粒径粒子收集腔5其外圆柱面的下部一侧还设有用以连通外部收集装置的收集口505，所述的收集口505与第二台阶孔502垂直连通；

所述的大粒径粒子收集腔6整体为轴向设有通孔E601的圆柱型结构，其外圆柱面的下部设置有与外圆柱面同轴的环形凸台，环形凸台的外径与小粒径粒子收集腔5下端定位孔B504的内径相配合并位于小粒径粒子收集腔5下端定位孔B504内部，环形凸台上端面与小粒径粒子收集腔5的下端面固连，所述的通孔E601与大粒径粒子收集腔的外圆柱面同轴，通孔E601的上端孔口内设置有倒角。

所述的侧流腔3其圆柱型孔的内圆柱面顶边设有倒角。

所述的加速喷嘴4其第二台阶轴402的上端面通过沉头螺钉与侧流腔3的底壁固连。

所述的小粒径粒子收集腔5其外圆柱面上部的环形凸台通过螺钉与加速喷嘴4的第二台阶轴402固连。

所述的大粒径粒子收集腔6其外圆柱面下部的环形凸台通过螺钉与小粒径粒子收集腔5的下端面固连。

本发明的原理如图6所示，（1）纯净气流以一定流量分别从箭头H所示方向进入，在中心轴线处及加速喷嘴壁面形成均匀稳定的气流；（2）取样气溶胶以一定流量从箭头I所示方向进入虚拟冲击器内部，在靠近中心轴线时发生第一次偏转，大小粒子实现预分离，并且由于有纯净气流的存在，在避免了两个方向的气溶胶粒子碰撞的同时，也隔绝了气溶胶粒子与加速喷嘴壁面直接碰撞，从而极大地降低了气溶胶粒子的壁面损失；（3）小粒径粒子收集腔与大粒径粒子收集腔组合形成的内腔具有小粒径粒子流道与大粒径粒子流道平行的特征，与传统垂直布置方式不同，此种布置形式能有效降低大粒径分流道中小粒径立即含量，提高分离精度，当取样气溶胶流经此处时，小粒径粒子会跟随气流偏转从箭头J所示方向进入小粒径粒子收集腔，大粒径粒子会在惯性力作用下从箭头K所示方向进入大粒径粒子收集腔。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (5)

1.一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，包括：内流入口、定位螺柱、侧流腔、加速喷嘴、小粒径粒子收集腔、大粒径粒子收集腔，其特征是：所述的内流入口通过定位螺柱与侧流腔顶壁固连，侧流腔底壁与加速喷嘴固连，加速喷嘴上端位于侧流腔内部，加速喷嘴下端与小粒径粒子收集腔上端固连，小粒径粒子收集腔下端与大粒径粒子收集腔固连，大粒径粒子收集腔上部位于小粒径粒子收集腔内部；所述的侧流腔其整体结构为内部同轴设置有圆柱型孔的圆柱型腔体结构，其顶壁上设置有均布的用以安装定位螺柱的螺纹孔，顶壁中部设置有用于纯净气流和气溶胶同时进入圆柱型孔内部的通孔C，通孔C位于顶壁上端面的孔口设置有倒角，通孔C位于顶壁下端面的孔口设有与通孔C内径相等的环形凸台，环形凸台下端的外圆柱底边设置有倒角，所述侧流腔底壁的中部设有用以安装加速喷嘴的通孔D，通孔D与通孔C同轴，通孔D下端孔口外部的侧流腔底壁设置有与通孔D同轴的环形凸台，所述侧流腔的圆柱型侧壁下部设有用以连通外部纯净气流的侧流口，所述的侧流口与侧流腔的圆柱型孔垂直连通；

所述的内流入口其整体为中部设有通孔A的圆盘形结构，圆盘上设置有均布的用以安装定位螺柱的螺纹孔，所述的通孔A与通孔C同轴，通孔A上端的孔口外设有用以连接外部纯净气流通道的环形凸台，通孔A下端的孔口外同轴设置有与通孔A内径相等的环形凸台A，环形凸台A下端的外圆柱底边设置有倒角；

所述的加速喷嘴整体为二级台阶轴结构，第一台阶轴同轴设置在第二台阶轴的上端，第一台阶轴的直径与侧流腔底壁通孔D的内径相配合并穿设在侧流腔底壁通孔D内部，第二台阶轴的直径与侧流腔底壁环形凸台的内径相配合并位于侧流腔底壁环形凸台内部，第二台阶轴的上端面与侧流腔的底壁固连，所述的第二台阶轴的下端面设有与第二台阶轴同轴的圆形定位孔A，第一台阶轴的中部设有与定位孔A同轴且连通的锥形通孔，锥形通孔位于第一台阶轴上端面的孔口直径大于其位于定位孔A底壁的孔口直径；

所述的小粒径粒子收集腔整体为圆柱型结构，其直径与加速喷嘴的定位孔A的内径相配合并位于加速喷嘴的定位孔A内部，其外圆柱面的上部设有与外圆柱面同轴的环形凸台并通过环形凸台的上端面与加速喷嘴的第二台阶轴固连，小粒径粒子收集腔下端面设有与其外圆柱面同轴的圆形定位孔B，所述的小粒径粒子收集腔的中部同轴设有二级台阶孔，第一台阶孔的直径小于第二台阶孔，第一台阶孔通过锥形过渡孔与第二台阶孔相连通，第二台阶孔与定位孔B同轴且连通，所述的小粒径粒子收集腔其外圆柱面的下部一侧还设有用以连通外部收集装置的收集口，所述的收集口与第二台阶孔垂直连通；

所述的大粒径粒子收集腔整体为轴向设有通孔E的圆柱型结构，其外圆柱面的下部设置有与外圆柱面同轴的环形凸台，环形凸台的外径与小粒径粒子收集腔下端定位孔B的内径相配合并位于小粒径粒子收集腔下端定位孔B内部，环形凸台上端面与小粒径粒子收集腔的下端面固连，所述的通孔E与大粒径粒子收集腔的外圆柱面同轴，通孔E的上端孔口内设置有倒角。

2.根据权利要求1所述的一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，其特征是：所述的侧流腔其圆柱型孔的内圆柱面顶边设有倒角。

3.根据权利要求1所述的一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，其特征是：所述的加速喷嘴其第二台阶轴的上端面通过沉头螺钉与侧流腔的底壁固连。

4.根据权利要求1所述的一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，其特征是：所述的小粒径粒子收集腔其外圆柱面上部的环形凸台通过螺钉与加速喷嘴的第二台阶轴固连。

5.根据权利要求1所述的一种超低壁损亚微米终端虚拟冲击器，其特征是：所述的大粒径粒子收集腔其外圆柱面下部的环形凸台通过螺钉与小粒径粒子收集腔的下端面固连。