Устройство для бесконтактного измерения размера частиц сажи

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ САЖИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Фисенко Сергей Павлович Баранышин Евгений Александрович Лещевич Владимир Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи в газовом потоке,содержащее эжектор с отверстием для отбора газа с потоком частиц сажи из связанного с ним высокотемпературного проточного реактора, окно для прохождения теплового излучения, пирометр, связанный с компьютером, отличающееся тем, что эжектор выполнен подвижным в виде телескопической трубы и через клапан подсоединен к дополнительно введенной сменной измерительной камере, полые стенки которой связаны с насосом подачи хладагента, снабжены встроенными датчиками температуры и прозрачными окнами,не менее двух, причем окна расположены напротив друг друга, а сменная измерительная камера оканчивается крышкой, соединенной с вакуумным насосом. 66682010.10.30 Предлагаемое устройство относится к области исследования материалов оптическими методами, в частности к определению размера сажевых частиц в газовом потоке, и может найти применение в промышленности при производстве сажи либо других дисперсных материалов, получаемых из газовой фазы. Известно устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи 1, выбранное в качестве прототипа. Оно содержит эжектор с отверстием, соединенный с системой разбавления газа воздухом, и измерительную систему размера частиц методом лазерно-индуцированной инкандесценции частиц сажи, связанную с компьютером. Из высокотемпературного проточного реактора с потоком частиц сажи через отверстие в эжекторе отбирается газ с сажей, при этом происходит налипание частиц сажи на эжектор. Затем отобранный газ с сажей поступает в систему разбавления воздухом, что усложняет процесс измерения. Отобранный газ передается в измерительную систему, основанную на методе лазерно-индуцированной инкандесценции частиц сажи, связанную с компьютером. Измерительная система, основанная на методе лазерно-индуцированной инкандесценции частиц сажи, включает дорогостоящий лазер. К недостаткам прототипа относятся снижение надежности и срока службы устройства из-за налипания частиц сажи на эжектор, снижение чувствительности измерительной системы, использование дорогостоящего оборудования. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности за счет повышения надежности и срока службы устройства, увеличения чувствительности измерительной системы и удешевления устройства. Задача решается следующим образом. Известное устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи в газовом потоке содержит эжектор с отверстием для отбора газа с потоком частиц сажи из связанного с ним высокотемпературного проточного реактора, окно для прохождения теплового излучения, пирометр, связанный с компьютером. Согласно предлагаемому техническому решению эжектор выполнен подвижным в виде телескопической трубы и через клапан подсоединен к дополнительно введенной сменной измерительной камере, полые стенки которой связаны с насосом подачи хладагента,снабжены встроенными датчиками температуры и прозрачными окнами, не менее двух,причем окна расположены напротив друг друга, а сменная измерительная камера оканчивается крышкой, соединенной с вакуумным насосом. Выполнение эжектора в виде телескопической трубы позволяет извлекать его из реактора между измерениями и тем самым предотвращать его загрязнение сажевыми частицами между измерениями. Охлаждение стенок сменной измерительной камеры хладагентом,прокачиваемым специальным насосом, интенсифицирует радиационный обмен между частицами сажи и стенками измерительной камеры, одновременно увеличивая чувствительность пирометра. Расположение окон сменной измерительной камеры напротив друг друга позволяет выполнять измерение интенсивности излучения частиц сажи, избегая попадания в пирометр излучения, отраженного от противоположной стенки сменной измерительной камеры. Замена измерительной системы, основанной на методе лазерноиндуцированной инкандесценции частиц сажи, на пирометр позволяет отказаться от использования системы разбавления воздухом и дорогостоящего лазера. На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства. Устройство включает эжектор 1, выполненный подвижным в виде телескопической трубы, выдвигающейся в высокотемпературный проточный реактор 2 с потоком частиц сажи. Эжектор 1 снабжен отверстием 3 для отбора газового потока с сажей и через клапан 4 соединен с дополнительно введенной сменной измерительной камерой 5, полые стенки которой охлаждаются хладагентом, подаваемым насосом 6. В стенкахизмерительной камеры 5 напротив друг друга выполнены два окна 7 для регистрации интенсивности излучения частиц сажи. Для вакуумирования измерительной камеры 5 используют вакуумный насос 8,2 66682010.10.30 связанный с крышкой 9 измерительной камеры 5. Температура стенок измерительной камеры 5 регистрируется датчиками 10, а интенсивность излучения частиц сажи регистрируется пирометром 11 через окна 7, данные передаются на компьютер 12. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения в измерительной камере 5 создают разрежение (порядка 50 Па) с помощью вакуумного насоса 8. Когда необходимо произвести измерение, эжектор 1 выдвигается в высокотемпературный проточный реактор 2, открывают клапан 4, расположенный между эжектором 1 и измерительной камерой 5. Через отверстие 3 поток нагретых до высокой температуры (более 1000 С) частиц попадает в эжектор 2, а затем в измерительную камеру 5. Благодаря охлаждению хладагентом, подаваемым насосом 6, температура стенок камеры 5, которую регистрируют датчиком температуры 10, близка к комнатной и примерно на 1000 С ниже температуры сажевых частиц, из-за этого частицы быстро остывают в результате радиационного теплообмена со стенками измерительной камеры 5. Излучение частиц сажи регистрируют через кварцевые окна 7 пирометром 11, а данные об интенсивности излучения передаются на компьютер 12. Компьютер 12 выполняет расчет температуры частиц сажи по данным измерения их интенсивности излучения на основании предварительно полученной калибровочной зависимости пирометра. Записанную компьютером динамику изменения температуры за счет радиационного охлаждения (примерно в течение 500 микросекунд) совместно с параметрами газовой фазы в известном высокотемпературном проточном реакторе 2 (состав, давление, температура) используют для расчета радиуса частиц, как правило, их радиус лежит в субмикронном и микронном диапазоне. После измерения стенку 9 измерительной камеры 5 снимают для чистки измерительной камеры 5 перед следующим измерением. Таким образом, предлагаемое устройство исключает оседание частиц сажи на эжектор между измерениями, повышает чувствительность измерительной системы и удешевляет стоимость, что обеспечивает повышение эффективности устройства для бесконтактного измерения размера частиц сажи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3