CN209117438U - 大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，包括箱体，箱体内设置有空调系统、照明系统以及安装平台；所述采样总管系统包括总采样头、等速分流装置以及支路管道，所述等速分流装置包括主管，主管尾部可与相邻主管之间可拆式连接，每节主管上设置有一个分流口，支管管道连接分流口，在主管头部设置有一个等速采样头，等速采样头与主管同轴心设置，总采样头中的气体部分进入等速采样头，另一部分进入分流口；主管位于第一连接管下方部分设置有气体膨胀通道，膨胀通道连通下一节主管的入口；支路管道再连接监测仪器。采样房机动性强、移动迅速、部署方便灵活。等速采样头保证样品分流口的气体中粒子成分与下一级主管中粒子成分相同。

Description

大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱

技术领域

本发明涉及大气环境监测领域，具体涉及一种大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱。

背景技术

随着现代工业和交通运输业的发展，人们向大气中持续排放的颗粒物越来越多，造成大气污染的现象越来越严重，研究表明气溶胶降低能见度，影响降水分布，对人类生存环境的危害已日益加剧，长期吸入污染的空气，也会引发慢性支气管炎、支气管哮喘、肺癌等诸多疾病。

目前气溶胶污染问题越来越受重视，气溶胶的粒子成分、来源分布等问题是目前大气气溶胶的研究热点，而气溶胶的不同特性分析通常需要不同原理的多台仪器同时工作。然而现有的空气监测系统存在站点固定，对于周边环境要求高，测量数据不准确，不同仪器数据间可比性差等诸多问题，影响结果的可靠性。普通的采样总管，会由于各仪器流量不一致使得总管中气流发生紊流，粒子之间碰撞机率增大，无法确保样品的真实性，总管灵活性较低，对不同仪器的适用性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的采样系统采样点固定，测量数据不准确，采样管连接多台流量不一致的仪器时管内气流发生紊流、样品不真实等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，包括箱体，箱体内设置有空调系统、照明系统以及安装平台，安装平台上设置有采样总管系统，采样总管系统用于采集环境气溶胶，所述空调系统设置多个出风口用于均匀调节箱体内温度；所述采样总管系统包括总采样头、等速分流装置以及支路管道，所述等速分流装置包括若干节竖直设置的主管，主管尾部可与相邻主管之间可拆式连接，每节主管上设置有一个分流口，支管管道连接分流口，在主管头部设置有一个等速采样头，等速采样头与主管同轴心设置，等速采样头通过第一连接管设置主管中，第一连接管的顶部伸入等速采样头中并且与之密封，第一连接管的底部外壁与主管内壁密封，总采样头中的气体部分进入等速采样头，另一部分进入分流口；主管位于第一连接管下方部分设置有气体膨胀通道，膨胀通道连通下一节主管的入口；支路管道再连接监测仪器。

进一步的，所述支路管道上还设置有干燥管、流量传感器以及温湿度传感器。

进一步的，主管的顶部和底部内侧设有环形凹槽，凹槽中设置密封圈，相邻的主管头部和尾部内侧设置有贯通两个主管的第二连接管，第二连接管与主管内壁以及密封圈之间紧配合。

进一步的，所述等速采样头的气体入口处呈锥形，且底部设置有柱状的缺口，第一连接管伸入柱状缺口中并且其端面与柱状缺口的端面相抵，，第一连接管或者等速采样头中也设置环形凹槽，在环形凹槽中设置密封圈用于密封第一连接管外壁与等速采样头之间的间隙；所述等速采样头的入口半径根据对应的主管的分流口所需流量设置。

进一步的，主管的气体渐扩通道经过轴心线的任一截面均呈等腰梯形，且该梯形的腰与轴心线的夹角为6～7.5°。

进一步的，所述箱体为集装箱，集装箱底板上设置有通风孔，且安装平台与底部之间设置有减震气垫，减震气垫通过固定螺栓安装在集装箱底板上。

进一步的，所述集装箱内壁设置有保温层。

从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点：采样房机动性强、移动迅速、部署方便灵活。适应性好，不受地理条件的控制，可以进行多点多仪器同时监测，提高样品真实性。主管气流方向竖直，且进入采样头之前保持层流，有效避免了采样损失，同时采用薄壁等速采样嘴减少采样过程中可能的微小湍流对采样效率的影响，从而保证样品分流口的气体中粒子成分与下一级主管中粒子成分相同，增大样品的真实性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中等速分流装置的结构示意图；

图3为本发明中为渐扩管的局部阻力系数与渐扩角的关系曲线；

图4为渐扩角和局部损失关系曲线；

图5为渐扩角和管长关系曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。

如图所示，本发明的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱包括箱体11，箱体由集装箱改造而成，内部分工作区域和配电区域，在配电区设有空调系统、配电箱以及电缆，在工作区域的底板上固定机架，机架上设安装平台10，在线监测设备9及采样总管系统14固定在安装平台上，顶部装有空调系统和照明系统，房内设有温湿度监测装置。以集装箱的尾部开门作为设备入门集装箱内安装全钢通风板作为地板；集装箱本体顶部外壁上安装有光伏发电系统并设有可装卸总采样头，总采样头为PM10切割头或PM2.5切割头或倒U型弯采样管。机架为多层结构，并根据在线监测设备的数量和体积分隔为多个安装空间。机架底部设多个减震气垫，减震气垫通过固定螺栓安装在集装箱底板上。在监测间的装饰内墙与集装箱波纹板蒙皮之间填塞隔热棉。在集装箱顶部还可以设置小型气象监测站，用于监测该区域的温湿度、风速、风向、气压等参数。

采样房机动性强、移动迅速、部署方便灵活。适应性好，不受地理条件的控制。空调系统加保温设计，使得仪器工作环境稳定，温控方便，空调出风口15位于采样房顶部四周及通风地板保证了房内冷气均匀，避免直吹进气管路产生冷凝水。在集装箱内部对机架进行整体固定，能有效防止吊装、运输的过程中损坏内部仪器或机架。

采样总管系统14用于采集环境气溶胶，所述采样总管系统包括总采样头、等速分流装置以及支路管道，所述等速分流装置包括若干节主管2，主管节数根据实际需要选择，本实施方式中以两节主管为例，主管尾部可与相邻主管之间可拆式连接，首节主管的入口处设置有长30cm的管道。每节主管上设置有一个分流口8，分流口8用于外接监测仪器，在主管头部设置有一个等速采样头6，等速采样头6与主管2同轴心设置，等速采样头6通过第一连接管7设置于主管2中，第一连接管7的顶部伸入等速采样头6中并且与之密封，第一连接管7的底部外壁与主管2内壁密封，进入主管2的气体部分进入等速采样头6，另一部分进入分流口8；主管2位于第一连接管下方部分设置有气体渐扩通道4，渐扩通道4连通下一节主管的入口。支路管道连接分流口，支路管道13上还设置有干燥管12、流量传感器以及温湿度传感器。

主管2的顶部和底部内侧设有环形凹槽5，凹槽中设置密封圈，相邻的主管头部和尾部内侧设置有贯通两个主管的第二连接管3，第二连接管3与主管内壁以及密封圈之间紧配合，利用第二连接管将两者连接起来。从而实现多级固定。

所述等速采样头6的气体入口处呈锥形，且底部设置有柱状的缺口，第一连接管伸入柱状缺口中并且其端面与柱状缺口的端面相抵，第一连接管7或者等速采样头中也设置环形凹槽，在环形凹槽中设置密封圈用于密封第一连接管外壁与等速采样头之间的间隙。所述等速采样头的入口半径根据对应的主管的分流口所需流量设置。等速采样头流速V_x＝q_x/s_x，同一水平位置总管内相应气体流速Vx＝Q_x-1/S，其中q_x为等速采样头的采样流量(根据仪器流量而定)，s_x为等速采样头采样口内截面积，Q_x-1为同一水平位置总管内相应流量，S为总管内截面积。等速采样头采样口内截面积s_x与所述等速采样装置内截面积之比S等于等速采样头采样口处流量q_x与同一水平位置装置总流量Q_x-1之比。因此即可确定等速采样头规格。该装置灵活性强，可拆卸，可通过调整主管节数适用于不同仪器数量的集成采样。通过调整等速采样头规格适用于流量不同的仪器。

进入等速采样头后的气体经过第一连接管后进入气体渐扩通道4。若管道管径突然扩张，流体由小管道突然进入大管道，由于惯性作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，会出现一系列的旋涡，此时采集气溶胶时，不仅损失了气流的机械能，还容易造成气溶胶粒子的紊乱，发生粒子碰并、分离等相互作用影响气溶胶形态。另一方面，气体从小管进入大管时流速必然重新分配，增加了气体的相对运动，导致气体及所含和气溶胶进一步的撞击摩擦。从旋涡开始到消失的很长一段距离内都会有局部损失。

我们在总管设计过程中应尽量使气流保持平稳且管道不易过长，可以利用局部阻力损失作为衡量采样管气流状态的依据，选用最佳的渐扩角(指通过渐扩通道的轴心线任一截面形成的等腰梯形的腰与轴心线的角度，也称作扩张角)以有效降低局部阻力，避免因产生旋涡影响采样粒子的形态。图3为本发明中渐扩管的局部阻力系数与扩渐角的关系曲线。由图3可知，对于一定的管径比，当2.5°＜θ＜7.5°时，局部阻力系数最小。但是当扩散角度小于2.5°时，渐扩段太长，会导致摩擦阻力较大，且较长的管路需占用很大的空间，对气溶胶采样总管来说极为不便。角度大于7.5°会引起气壁流动分离，从而导致压力恢复差，形成旋涡。

本采样总管设计中气溶胶经过等速分流装置后经由渐扩管进入下一阶段采样，本实施例中渐扩管入口直径d₁＝8mm，出口直径d₂＝31mm，当流量25.3L/min时，不同渐扩角θ计算出的局部损失(h_j)如图4所示，当渐扩角小于8°时，管路的局部损失变化较为平稳，局部损失较小，气流也较为稳定。

图5为渐扩角与渐扩通道长度的关系，当角度大于6°时，可以大大降低管长，优选为7°时。综上，该渐扩角的角度应当大于6°小于7.5°，优选7°。

整个采样管内壁均进行抛光，使其内壁光滑，减少气溶胶传输过程中的摩擦阻力，避免颗粒物黏附在管道内部造成管路堵塞和颗粒物损失。主管外壁横截面积设计成正六边形，外观更加美观，且使外壁有平面，便于通过螺丝固定在机架或墙壁上。分流口的纵向剖面均为矩形。

Claims (7)

1.一种大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，包括箱体，其特征在于：在箱体内设置有空调系统、照明系统以及安装平台，安装平台设置有监测仪器，监测仪器连接采样总管系统，采样总管系统用于采集环境气溶胶并将采集的样品输送至监测仪器，所述空调系统顶部四周设置多个出风口用于均匀调节箱体内温度；所述采样总管系统包括总采样头、等速分流装置以及支路管道，所述等速分流装置包括若干节竖直设置的主管，主管尾部可与相邻主管之间可拆式连接，每节主管上设置有一个分流口，分流口用于外接监测仪器，在主管头部设置有一个等速采样头，等速采样头与主管同轴心设置，等速采样头通过第一连接管设置主管中，第一连接管的顶部伸入等速采样头中并且与之密封，第一连接管的底部外壁与主管内壁密封，进入主管的气体部分进入等速采样头，另一部分进入分流口；主管位于第一连接管下方部分设置有气体渐扩通道，气体渐扩通道连通下一节主管的入口；支路管道再连接监测仪器。

2.根据权利要求1所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：所述支路管道上还设置有干燥管、流量传感器以及温湿度传感器。

3.根据权利要求1所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：主管的顶部和底部内侧设有环形凹槽，凹槽中设置密封圈，相邻的主管头部和尾部内侧设置有贯通两个主管的第二连接管，第二连接管与主管内壁以及密封圈之间紧配合。

4.根据权利要求3所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：所述等速采样头的气体入口处呈锥形，且底部设置有柱状的缺口，第一连接管伸入柱状缺口中并且其端面与柱状缺口的端面相抵，第一连接管或者等速采样头中也设置环形凹槽，在环形凹槽中设置密封圈用于密封第一连接管外壁与等速采样头之间的间隙；所述等速采样头的入口半径根据对应的主管的分流口所需流量设置。

5.根据权利要求1所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：主管的气体渐扩通道经过轴心线的任一截面均呈等腰梯形，且该梯形的腰与轴心线的夹角为6～7.5°。

6.根据权利要求1所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：所述箱体为集装箱改造而成，集装箱底板上设置有通风孔，且安装平台与底部之间设置有减震气垫，减震气垫通过固定螺栓安装在集装箱底板上。

7.根据权利要求6所述的大气污染在线监测的多仪器集成可移动采样舱，其特征在于：所述集装箱内壁设置有保温层。