SU941880A1 - Сажевый пробоотборник - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к устройствам , предназначенным дл  отбора сажи из высокотемпературных продуктов сгорани  углеводородных топлив теплоэнергетических установок, в частности дл  исследовани  процессов сажеобраэовани  при горении в камерах сгорани  авиационных двигате- , лей.

Известен пробоотборник дл  извлечени  сажи из продуктов сгорани  высокой температуры с целью определени  ее концентрации в потоке, состо щий из охлаждаемого водой корпуса, входного патрубка, газоотводной труб ки и саженного фильтра til и С21.

Однако ввиду больших габаритов пробоотборников, в частности охлаждаемого входного патрубка, а также отсутстви  продувки загоотводHcfro тракта пробоотборника в период, когда отбор еще не осуществл етс , погрешности отбора значительные.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  пробоотборник, выполненный с двойными стенками, газоотводной тракт, состо щий из съемной трубки,, газоотвод .ной трубки, патрубка дл  подачи газа и ниппел  и сменного патрубка. Под

закалкой при этом понимаетс  быстрое охлаждение продуктов сгорани  с целью прекращени  химического взаимодействи  между -отдельными компонентами С31.

Однако в этом пробоотборнике входна  часть Ю4еет большие габариты и низкую по сравнению с продуктами сгорани  температуру, посколы:у она вы10 полнена охлаждаемой. При введении пробоотборника в высокотемпературньй поток происходит искажение как пол  скоростей, так и пол  темйератур , что оказывает вли ние на процесс сажеобразовани  и затрудн ет исследование сажистых пламен. В соответствии с этим отобранна  проба не адекватна составу продуктов сгорани  в этой же точке при от20 сутствии возмущений потока.

Кроме того, в этом пробоотборнике не предусмотрена продувка ч-азо- отводного тракта пробоотборника перед сменным фильтром, в результате чего сажа попадает во входной патрубок и на сменный фильтр еще до начала отбора продуктов сгорани , т.е. в услови х работы теплоэнергетических установок на пере30 ходных режимах. Это приводит к значительным погрешност м отбора проб сажи дл  опре делени  ее концентрации в потоке. Цель изобретени  - повышен.ие точ ности количественного определени  концентрации сажи в продуктах сгора НИН углеводородных тодлив. Поставленна  цель достигаетс  тем, что сажевый пробоотборник вклю чающий корпус, выполненный с двойны ми стенками, газоотводной тракт,. состо щий из съемной трубки, газоотводной трубки, патрубка дл  подач газа, ниппел  и слоенного фильтра, газоотводной тракт снабжен дополнительным патрубком, соединенным с па рубком дл  подачи газа и магистралью продувки, соединенной с газоотводным трактом перед сменным фильтром. Использование неохлаждаемого вход ного патрубка позвол ет существенно уменьшить его габариты и приблизить температуру его поверхности в зоне отбора к температуре продуктов сгор ни , что существенно уменьшает иска жение полей температур и скоростей потоке, возникающие из-за введени  в него пробоотборника. Замена входны патрубков дает возможность отбирать пробу из разных точек.потока и приспосабливатьс  к геометрии канала. по которому протекает высокотемпе .ратурный газ. Введение магистрали продувки газоотводного тракта инертным газом позвол ет исключить попадание частиц сажи в пробоотборник до начала самого процесса отбора и задавать любое необходимое врем  отбора независимо от условий работы теплоэнер гетической установки. Выбор дл  продувки инертного газа (например, азота) вызван необходимостью исключени  химического воздействи  на высокотемпературный поток продуктов сгорани . Применение ниппельного соединени дл  герметизации газоотводной трубки позвол ет использовать пробоотборни в широком диапазоне изменени  давлени  в потоке от вакуума до давлений пор дка 100 ат. На чертеже изображен пробоотборник сажи с частичным вырезом его ,стенки, общий вид. Пробоотборник состоит из наружной 1 и внутренней 2 стенок, - образующих охлаждаемый водой корпус, съемной трубки 3,плотно прилегающей к знутренней стенке 2 и образующей участок закалки. Фильтрующий элемент 4 установлен в гильзе 5 и образует вместе с гильзой сменный фильтр, который с помощью резьбовогО соединени  закреплен на газоотводной трубке 6. Ниппельное соединение 7 служит дл  герметизации газоотводного тракта, состо щего из неохлаждаемого входного патрубка 8, съемной трубки 3 и газоотводной трубк} б. Неохлажда емый. входной патрубок 8 изготовлен из кварца, закреплен в гайке 9 из жаропрочного материала, котора  навинчена на наружную стенку охлаждаемого входного патрубка. Полость между внутренней стенкой и газоотводной трубкой б образует магистраль 10 продувки инертным газом газоотводного тракта перед сменным фильтром. Пробоотборник работает следующим образом. До начала процесса отбора продуктов сгорани , содержащих сажистые частицы , через магистраль продувки и газоотводный тракт перед сменным фильтром вытекает в исследуемую среду инертный газ под небольшим избыточным давлением. Это преп тствует преждевременному попаданию частиц сажи в газоотводный тракт пробоотборника . Газоотводный тракт после сменного фильтра дл  уменьшени  расхода инертного газа желательно пере крытв . Процесс отбора начинаетс  с одновременного перекрыти  магистрали продувки инертным газом и открыти  хазоотводного тракта. Продукты сгорани , проход  через сменный фильтр, очищаютс  от сажевых частиц и по газоотводной трубке б направл ютс  на приборы контрол  его параметров . В процессе отбора частицы сажи за счет сил термофореза осаждаютс  также на охлаждаемой съемной трубке 3 в зоне закалки, а неохлаждаемый, имеющий высокую температуру входной патрубок 8, остаетс  чистым. После окончани  отбора пробоотборник легко разбираетс  за счет разъединени  резьбового соединени  входного патрубка 8 с охлаждаемым входным патрубком и ниппельного соединени  7 газоошводной трубки б с охлаждаемым корпусом. Сменный фильтр и съемна  трубка 3 используетс  дл  определени  количества сажи, осажденной из продуктов сгорани . Материал. фильтрующего элеменTai4 , его размеры, пористость подби, раютс , исход  из конкретных условий отбора и необходимости исключени  проскока сажистых частиц через фильтР5ТОЩИЙ элемент 4. Рассмотрим результаты использовани  сажевого пробоотборника, имеющего следующие основные размеры: диаметр корпуса 16 мм, наружный диаметр кварцевого входного патрубка 4 мм, длина входного патрубка 35 мм, длина съемной трубки (участок закалки) 56 мм, диаметр фильтра из пористой керамики 5 мм. В процессе отбора может происходить

газофикаци  частиц сажи при их движении по каналу входного патрубка и съемной трубки, а также на фильтре за бчет протекани  реакций . С + СО, 2СО;

С + Н(О-«.СО + Н(1 ,

что приведет к по влению систематических ошибок отбора. Дл  оценки величины этой погрешности исполь зованы данные работы по скорост м протекани  .указанных химических реакций

2,5.1о5ссо. е- °°°

1 fi -42 300/RT,

1б-10 .е,

концентраци  сажи (дисперсного углерода);

газова  посто нна  дл  продуктов сгорани ;

418806

Т - температура продуктов сгорани ;

- концентраци  двуокиси углерода в продуктах сгорани ; 5 С„ д- концентраци  вод ных паров

в продуктах сгорани . Расчет температуры газ.ового потока по длине зоны закалки , где происходит его интенсивное охлаждение, произведено по методике расчета теплообменников типа труба в трубе . Длина съемной трубки подобрана с таким расчетом, чтобы температура газа перед сменным фильтром 5 уменьшалась до величин пор дка , когда за :врем  отбора не происходит значительной газификации сажи согласно приведенных реакций.

Результаты расчетов представлены 2Q в таблице.

Примечание Т V Тф дС ЛС ЛСа ЛС Из таблицы видно, что даже при температурах сажистого потока пор д ка 1900 К, газификации сажи не превышает 2 %. Путем увеличени  расхода охлаждающей жидкости можно достигать и более интенсивного охлаждени  газового потока в канале пробоотборника . В конечном итоге температура газа перед контрольными приборами, установленными после пробоотборника, не превышает 25-30С.

Такие расчеты необходимо проводить при оценке пригодности любого пробоотборника, в том числе и известных .

Изобретение позвол ет повысить точность определени  концентрации сажи в продуктах сгорани , а также надежность работы и удобство эксплуатации устройства. За счет

Claims (1)

1. введени  магистрали продув.ки...инерттемпература продуктой сгорани  на входе в пробоотборник расход охлаждающей жидкости; скорость отбора пробы; средн   температура фильтра; относительное изменение концентрации сажи по входном патрубке ; относительное изменение концентрации сажи в зоне закалки; относительное изменение концентрации сажи на фильтре; суммарное относительное изменение концентрации сажи в пробоотборнике . ным газом точность получаемых резул татов повьЛшаетс  примерно на 30% существенный эффект должно оказать также уменьшение возмущающего SeJcTаи  входного патрубка пробоотбооника на исследуемый поток. Формула изобретени  Konn5 ° L ®°° ° « включающий к ° ДВОЙНЫМИ стениГ в СОСТОЯЩИЙ ки nIS газоотводной труб L ДЛЯ пода-чи газа, ниппел , и сменный фильтр, о т А и чающийс  тем, 4то, с целью повышени  точности количествешйо определени  концентрации сажи в продуктах сгорани  углеводородных 80 Соплив, газоотводной тракт .снабжен н °Г:;Г ;: патрубком, с патрубком дл  подачи газа и продувки, соединенной « Источники информации прин тые во вн„„ание риТспертизе ханическ -° Определение Si ханического иадожога в высокотемпе T S7irs ---рни  ;„пв ° динамика горег   Г 97о °° Энер3 . N.Y OXFORD-- London Paris Gas sampling and chemical Anaeysls in combustion processes. G.Tine, lytij, p 46 (прототип).