DE1965734U

DE1965734U - Geraet zur fraktionierten abscheidung von schwebstoffen aus aerosolen.

Info

Publication number: DE1965734U
Application number: DEB70154U
Authority: DE
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1967-03-13
Filing date: 1967-03-13
Publication date: 1967-08-10

Description

Gerät zur fraktionierten Abscheidung von Schwebstoffen aus Aerosolen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur fraktionierten Abscheidung von Schwebstoffen aus Aerosolen für Eörn'grössenanalysen durch Sedimentation der Schwebstoffe:- in einer ein Hilf sgas führenden Strömungsbahn, die der Wirkung von mindestens einem senkrecht dazu wirkenden Kraftfeld, vorzugsweise dem Sehweiefeldausgesetzt ist, und Fixierung der Schwebstoffe auf einer Sedimentationsplatte mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche. V

Bei einem derartigen Fraktiometer werdend die Staube nach Fallgeschwindigkeiten fraktimiiert, so dass in einem bestimmten Korngrössenbereich der Zusammenhang zwischen Ieilehenzahl je Fallgesehwindigkeitsfraktion und Fallgeschwindigkeit dieser Fraktion festzustellen ist. Hierbei soll ein mögliehst breites Korn*grössenspektrum erfasst werden, wobei die Durchmesser der_: kleinsten zu den grössten erfassbaren Teilchen dem Verhältnis1 : 10 oder mehr entsprechen, ohne, dass das Gerät unhandlich wird. Ausserdem soll bei Grubenstäuben oder ihnen verwandten Stäuben Probenahme, Fraktionierung und Messvorgang derart erfolgen, dass auch locker gebundene Aggregate, wie sie durch Koagulation von Staubteilehen in der Luft entstehen können, unverändert als Aggregate abgeschieden werden. ---'_.---- -:....:■-■ ;

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Es ist bekannt, die Untersuchung eines Aerosols in einem Sedimentation.skan.al durchzuführen, welcher mindestens einem senkrecht dazu wirkenden Kraftfeld ausgesetzt ist. Bei diesem Gerät wird einem die Staubteilchen enthaltenden gleichartigen Hilfsgas eine "bestimmte Strömungsgeschwindigkeit verliehen, worauf das die leuchen enthaltende Gas als feiner Strahl mit der gleichen Strömungsgesehwindig-

f keit in den homogenen Seil der Hilfsgasströmung eingeleitet wird. Mit Hilfe eines ausgeblendeten Lichtstrahls wird die Intensität

·* des in dem abzutastenden Bereich der Strömungsbahn hervorgerufenen Streulichts gemessen (DAS 1 013 44-6).

Eine solche Einrichtung hat den Nachteil, dass das die Staubteilchen enthaltende Gas eingesaugt, auf die Geschwindigkeit des Hilfsgas stromes gebracht und in dieses eingeleitet werden muss. Dabei wird die Korngrössenverteilung des ursprünglichen Gases durch Berührung mit Rohrwänden usw., durch Zerschlagen von Aggregaten und dergleichen verändert. Ausserdem gestaltet sieh die Probenahme aus bewegten Gasströmungen ohne spezielle Ansaugdüsen ausserordentlich schwierig. Für die speziellen Aufgaben des Bergbaus ist es sehliess-Iich wünschenswert, über eine längere Zeitdauer die Staubbelastung integriert, aber nach Korngrössen fraktioniert zu erfassen. Dies ist bei der bekannten Anordnung mit Streuliehtmessungen nur mit einem erheblichen Geräteaufwand zu erzielen. Ausserdem ist der Betrieb eines solchen Gerätes im untertägigen Bergbau nur unter Überwindung erheblicher Schwierigkeiten möglich.

Es ist weiter ein Gerät zur fraktionierten Abscheidung von Staub bekannt, bei dem schon ein grosser Teil der vorgenannten, insbesondere für den Einsatz im Bergbau wichtigen Erfordernisse erfüllt

t ist ("Staub", Band 22, 1962, Ir. 3, Seite 109 - 112). Ein laehteil dieses Gerätes ist jedoch, dass eine Probenahme aus bewegter Luft

^ nicht möglich ist, weil: der über die Eintrittsöffnung des Yorratszylinders streichende Wetterstrom an dieser Öffnung Druckschwankungen hervorruft, die das Einströmen der leuchen in den Messkanal erheblich stören oder sogar verhindern können.

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Ausserdem ist bei diesem Gerät zur Erfassung eines breiten Korngrössenspektrums, beispielsweise bei einem Teilchendurchmesser von etwa 0,76 bis 16,2 /α entweder ein Hesskanal von etwa 150 cm Länge erforderlich, oder es muss zur Änderung des Messbereiches die luftgeschwindigkeit des Hilfsgasstromes verändert werden. Auf diese Weise wird das Gerät unhandlich und im Bergbau unter Tage nicht mehr als transportables Gerät einsetzbar. Die Veränderung der Luftgeschwindigkeit lässt sich bei einem Langzeitmesser nicht durchführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die aufgezeigten Mangel der bekannten Geräte zu beheben und ein Gerät zu entwickeln, mit dem ein breites Korngrössenspektrum ohne Zerschlagen von Agglomeraten in einem einzigen Messvorgang festzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst, durch zwei oder mehra?e nebeneinander angeordnete Sedimentationskanäle mit rechteckigem Querschnitt und vor und hinter jedem Sedimentationskanal Lim Hilfsgasstrom befindliehe Kapillare verschiedener Durehmesser und Länge zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Sedimentationskanälen.

Auf diese Weise können die Strömungsgeschwindigkeiten des Hilfsgases in den einzelnen Sedimentationskanälen jeweils so eingestellt werden, dass sieh die Korngrössenmessbereiehe der einzelnen Kanäle leicht überlappend aneinander ansehliessen.

Das für die Messung vorgesehene, die Staubteilehen enthaltende Gas wird zunächst in einem grösseren zylindrischen Gefäss beruhigt, wobei die Abmessungen dieses Gefässes sehr gross gegen die Teilehendurchmesser sind. Damit aus diesem Gefäs.s jeder Sedimentationskanal durch eine ortlieh definierte Eintrittsöffnung soviel des die Teilchen enthaltenden Gases einsaugt, wie der Strömungsgeschwindigkeit des Hilfsgases in den betreffenden Kanal entspricht, ist nach einer

weiteren Ausbildung der Erfindung ein gemeinsames Vorrats- und Beruhigungsgefäss zur Aufgabe des Aerosols auf alle Sedimentationskanäle durch jeweils eine Eintrittsöffnung vorgesehen.

Um das Einsaugen des die Seuchen enthaltenden Gases ohne Vorsehalten von Pumpen und Rohrleitungen zu ermöglichen, wird aus dem Hilfs- ^: gasstrom, über eine weitere Kapillare regulierbar, ein Teilstrom abgezweigt. Das Kapillarsystem wird dabei so abgestimmt, dass an der i Eintrittsöffnung des Messkanals ein definierter Unterdrück entsteh^
der die die Teilchen enthaltende Luft ansaugt. Der dem Hilfsgasstrom
entnommene Teilstrom wird über Filter gereinigt und dem oberen Ende ■ des Vorratsgefässes wieder zugeführt, so dass das gesamte System
in sich geschlossen ist und auch in bewegten Luftströmungen arbeiten
kann. Das Einbringen der staubhaltigen Luft in das Meßsystem erfolgt
dabei durch jeweils einmaliges im Vergleich zur Messzeit sehr kurzzeitiges Öffnen des Torratsgefässes. zum Zwecke der Füllung mit der ; Staubluft.

Um den abgezweigten Teilstrom des Hilfsgasstromes ohne Verwirbelung
in das Vorrats- und Beruhigungsgefäss zurückführen zu können, ist j nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung unterhalb des Rohr- : Stutzens eine Beruhigungsplatte angeordnet.

Um sehliesslieh auch integrierende Messungen über längere Zeiträume j durchführen zu können, ist nach einer weiteren Ausbildung der Er- | findung zwischen dem Vorrats- und Beruhigungsgefäss und den Sedimentationskanälen ein drehbarer Schieber angeordnet, der die Einlassöffnungen für das Aerosol an allen Sedimentationskanälen zwecks
Austausch des in Betrieb befindlichen Vorratsgefässes gegen ein : zweites mit neuem Aerosol gefülltes Vorratsgefäss unter ünterbre- ! ehung des Messvorgangs gleichzeitig verschliesst. Ausserdem ist
eine einzige gemeinsame Pumpe zwe.e:ls Erzeugung des Hilfsgas stromes
mit unterschiedliehen Strömungsgeschwindigkeiten über Kapillaren
allen Sedimentationskanälen zugeordnet. _:

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt und sei im einzelnen näher erläutert:

]?ig. 1 zeigt eine isometrische Darstellung des eigentlichen Praktiometers und Pig. 2 eine schematische Darstellung des Luftkreislaufs des Praktiometers.

Hach 3?ig. 1 besteht das Gerät aus zwei Sedimentationskanälen 1 und sowie der vorderen Vorkammer 3 mit den Einlassstutzen 4 und 5 für den Hilfsgas-Luftstrom und der hinteren Vorkammer 6 mit den Auslassstutzen 7 und 8. Am Boden der Messkanäle 1 und 2 befindet sich die Sedimentationsplatte 9 und in der Decke sind die. Einlassöffnungen 10 und 11 für das zu untersuchende Aerosol. Zwischenboden Vorkammern 3 und 6 und den eigentlichen Messkanälen 1 und 2 sind Papierfilter 12 und 13 angebracht. Das Papierfilter 12 an dem stromaufwärts gelegenen Ende hat die Aufgabe, die in die Vorkammer 3 eingeströmte Luft über den ganzen Kanalquerschnitt beider Sedimentationskanäle gleichmässig zu verteilen. Das andere Ende ist symmetrisch gebaut. Über den Einlassöffnungen 10 und 11 befindet sich das beiden Messkanälen gemeinsame Vorrats- und Beruhigungsgefäss 14· Dieses hat am Kopf einen Rohrstutzen 15 zur Einleitung des aus dem Hilfskreislauf abgezweigten Teilstrums. Unterhalb des Rohrstutzens 15 befindet sich eine Beruhigungsplatte 16. Ausserdem ist zwischen den Messkanälen 1 und 2 und dem Vorratsgefäss 14 ein um den Zapfen 17 drehbarer Schieber 18 zum Verschliessen der Einlassöffnungen 10 und 11 angebracht .

Den liUftkreislauf des Praktiometers zeigt sehematisch die I?ig. 2. E3? besteht aus den Sedimentationskanälen 1 und 2, zwei die Kanäle abschliessenden Papierfiltern 12 und 13 und zwei Vorkammern 3 und Ausserdem gehören zum Luftkreislauf die Membranpumpe 19, die vor und hinter jedem SedimentatLonskanal im Hilfsgasstrom befindlichen Kapillaren 20, 21, 22 und 23, sowie eine vom Hilfsgasstrom abgezweigte Verbindungsleitung 24» die über das Ventil 25t die Kapillare 26 und das Membranfilter 27 zum Rohrstutzen 15 des Vorratsgefässes 14 führt.

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Die Eigenschaften des in Fig. 1 dargestellten und vorstehend im einzelnen beschriebenen Messgerätes nach der Erfindung ergeben sich aus nachfolgenden beispielsweisen Messungen. Der Messvorgang besteht aus einer Abscheidung der Staubteilchen gemäss ihrer .!fallgeschwindigkeit im Schwerefeld auf einer mit einer elektrisch;;leitenden Oberfläche versehenen Glasplatte (z.B. eine Fotoplatte), die nach Beendigung des Messvorgangs ausgebaut und mikroskopisch leicht ausgezählt werden kann. Die elektrisch leitende Oberfläche der Sedimentationsplatte kann beispielsweise aus einer Gelatinesehicht oder aus einer aufgedampften durchsichtigen Metallschicht bestehen. Die Bestimmung der Teilchengrösse ist durch den Ablagerungsort gegeben, während eine mikroskopische Ausmessung der Teilchen die Dichte der Teilchen bzw, den Füllfaktor bei Aggregaten bestimmen lässt.

Die Länge der Messkanäle 1 und 2 beträgt beispielsweise 15 cm zwischen den Filtern 12 und 13, hiervon sind für die Sedimentation lOem ausnutzbar. Die Höhe beträgt 0,5 cm und die Breite jedes Messkanals 2,4 cm. Das Yorratsgefäss 14 ist im vorliegenden Fall innen 20 cm hoch und hat einen inneren Durchmesser von 6 wm. Die Kapillaren20 und 22 sowie die Kapillaren 21 und 23 werden so eingestellt, dass die Luftgeschwindigkeit im Messkanal 1 6,32 χ 10~ em/see. und im Messkanal 2 4,93 σ 10 em/sec, beträgt. Im Kanal 1 lassen sich dann Stäube mit einer Fallgeschwindigkeit von 8 χ 10" cm/sec, bis

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3,1 χ 10 em/see. und im Kanal 2 von 5 2: 10 cm/see. bis 2 χ 10 cm/see, bestimmen. Diese Fallgeschwindigkeiten entsprechen bei einer Dichte 1 folgenden Stokes-Durehmessern:

Kanal 1 von 16,2 yu bis 3,2 /u. und Kanal 2 von 4»0/u bis 0,76/u. Die Sedimentationszeiten betragen in diesem Fall im Kanal 1 von 0,625 sea bis 16,1 see. und im Kanal 2 von 10 see. bis 166 .see. Die Kapillare 26 wird so eingestellt, dass in der Terbindungsleitung 24 eine Luftmenge von etwa 1,6 χ 10" em/see. zurückgeführt wird.

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Zu Beginn der Staubanalyse wird die Pumpe 19 eingeschaltet. Dann werden mit dem SeMeber 18 die Aerosol-Eintrittsöffnungen und gleichzeitig das Ventil 25 geschlossen. Das Vorratsgefäss 14 wird abgehoben und es füllt sich während einer Wartezeit von 10 see. mit Aerosol. Nach dem Aufsetzen des Vorratsgefasses 14 wird die Sehlauchverbindung 24 auf den Rohrstutzen 15 geschoben und der Schieber 18 sowie das Ventil 25 wieder geöffnet. Jetzt strömt ein durch die Kapillare 26 bestimmtes Luftvolumen durch die leitung 24 von oben durch den Stutzen 15 in das Vorratsgefäss 14 ein. Hierdurch erhalten die Staubteilehen im Vorratsgefäss 14 eine Geschwindigkeit, die sich aus der eigenen Fallgeschwindigkeit und der Luftgeschwindigkeit zusammensetzt. Mit der Annäherung an die Aerosol-Eintrittsöffnungen 10 und 11 in die Sedimentationskanäle nimmt die Luftgesehwindigkeit bis. zu max. 1/3 der Strömungsgeschwindigkeit des Hilfsgases in dem zugordneten Sedimentationskanal zu. Dadurch ist die Fallhöhe in allen Messkanälen definiert.

Alle Teilchen, die auf diese schonende Art in einen der Messkanäle eingeführt werden, sedimentieren entsprechend ihrer Fallgeschwindigkeit. Im Gegensatz zu den bekannten Messgeräten behalten hierbei alle Staubteilchen, welche im lormalfall auch Aggregate sein können, ihre Eigenschaften bis zum Auftreffen auf die Sedimentationsplatte bei. Dies wird durch die niedrige Luftgesehwindigkeit und die Einführung des Aerosols senkrecht zum Hilfsgasstrom in den Messkanälen erreicht. Wegen des Strömungsprofils im Messkanal gibt es auf dem Weg der Staubteilchen vom Vorratsgefäss 14 bis zur Sedimentationsplatte 9 keine Stelle, an der eine plötzliche ©eschwindigkeitsänderung eintritt. Auf diese Weise ist das Sediment vcüLkommen gleich den im Aerosol vorhanden gewesenen Teilehen. Ausserdem ist es möglich, aus dem gleichen Aerosol gleichzeitig soviel Proben zu entnehmen, als Messkanäle vorhanden sind ilnd den Messbereich nach Wunsch durch Auswahl entsprechender Kapillaren auszuwählen. Dies war mit den bisher bekannten Geräten nicht möglich.

Claims

Sehutzansprüehe :

1) Gerät zur fraktionierten AbScheidung von Schwebstoffen aus Aerosolen für Korngrössenanalysen durch Sedimentation der Sehwebstoffe in einer ein Hilfsgas führenden Strömungsbahn, die der Wirkung von mindestens einem senkrecht dazu wirkenden Kraftfeld, vorzugsweise dem Schwerefeld ausgesetzt ist, und Fixierung der Sehwebstoffe auf einer Sedimentationsplatte mit einer elektriscj^JLeitfähigen^Ober-· fläche, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Sedimentationskanäle (1, 2) mit rechteckigem Querschnitt und® vor und hinter federn Sedimentationskanal im Hilfsgasstrom befindliche Kapillaren (20, 21, 22, 23) verschiedener Durchmesser und längen zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Sedimentationskanälen.

2) Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Vorrats- und Beruhigungsgefäss (14) zur Aufgabe des Aerosols auf alle Sedimentationskanäle (1, 2) durch jeweils eine Eintrittsöffnung (10, 11).

3) Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassstutzen (15 des Yorrats- und Beruhigungsgefässes (14) durch eine Leitung (24) über die Kapillare (26) mit dem Hilfsgasstrom zwecks Rückführung eines leilstromes des Hilfsgasstromes in das Yorratsgefäss (14) verbunden ist.

4) Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorrats- und Beruhigungsgefäss (14) unterhalb des Rohrstutzens (15) eine Beruhigungsplatte (16) angeordnet ist.

5) Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Torrats- nnd Beruhigungsgefäss (14) und den Sedimentationskanälen (l, 2) ein drehbarer Schieber (18) zum gleichzeitigen Yerschliessen der Einlassöffnungen (10, 11) für das Aerosol an allen Sedimentationskanälen zwecks Austausch des in Betrieb befindlichen Yorratsgefässes gegen ein zweites mit neuem Aerosol gefülltes Vorratsgefäss unter Unterbrechung des Hessvorgangs angeordnet ist.

6) Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige gemeinsame Pumpe (19) zwecks Erzeugung des Hilfsgasstromes mit unterschiedliehen Strömungsgeschwindigkeiten über Kapillaren (20, 21, 22, 23) allen Sedimentationskanälen zugeordnet ist.