專利名稱：礦用個體粉塵采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種粉塵采樣器，特別涉及到一種長周期采集粉塵的礦用個體粉塵采樣器。
個體粉塵采樣器即測定一個工班內(nèi)礦工周圍呼吸性暴露粉塵的佩帶式儀器。國外如英國的Simpeds——70——MK——2型個體粉塵采樣器(摘自Simpeds 70MK 2，Instruction Leaflet 3126／TR，CF Casella & CO， London.)，它是一種與礦燈結(jié)合的個體粉塵采樣器，分離器采用旋風(fēng)器，采樣流量為1.85升／分。美國的MSA個體粉塵采樣器(摘自Courbon P. Dust Weight Sampling Lbid.，Luxemburg.11－13 OCt.1972)，這種采樣器能測定呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵，分離器采用尼龍旋風(fēng)器，連續(xù)工作為7小時。日本的TR個人取樣器(摘自《安全輯要》1981，No.1 17～18頁)，能測定呼吸性粉塵，分離器采用沖撞式，采樣流量為1升／分。這些采樣器在國際上都得到廣泛應(yīng)用，但這些儀器都無數(shù)字計(jì)時裝置，有的還屬于非安全型儀器，而且分級裝置，型式多樣，因此，不能完全適合煤礦井下使用。
國內(nèi)冶金部馬鞍山礦山研究院研制的GEC－1型個體粉塵采樣器，上海勞動保護(hù)研究所研制的PGS型個體采樣器，這些儀器不能分離粉塵粒而且不防爆，不適合在煤礦中應(yīng)用，因此，煤炭系統(tǒng)迄今尚無一種安全型的可分離式個體粉塵采樣器。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種安全、高精度的長周期礦用個體粉塵采樣器簡單地說，本實(shí)用新型針對一般的個體粉塵采樣器的不足之處并考慮到煤礦的特點(diǎn)，采用了微型旋風(fēng)分離器，再配以自動計(jì)時、累計(jì)計(jì)時及流量自動調(diào)節(jié)電路，使本實(shí)用新型的采樣器的精度得到大大的提高


圖1礦用個體粉塵采樣器框圖。
圖2、圖3微型旋風(fēng)分離器尺寸計(jì)算示意圖。
圖4微型旋風(fēng)分離器示意圖。
附圖4說明1、底盒2、內(nèi)筒插入器3、壓帽4、下座5、上座6、壓座7、壓蓋8、墊圈9、圓環(huán)墊10、墊圈11、小墊圈12、卡勾13、壓圈14、螺釘15、螺釘16、濾膜圖5流量自動調(diào)節(jié)電路原理圖。
現(xiàn)參照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。
流體在旋風(fēng)分離器中流動的形態(tài)決定了顆粒的運(yùn)動規(guī)律和分離過程的機(jī)理，這是公知的原理。本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)是依據(jù)旋風(fēng)分離原理設(shè)計(jì)成一種可攜帶的微型旋風(fēng)分離器。
現(xiàn)參照圖2、圖3來具體說明旋風(fēng)分離器最佳尺寸應(yīng)如何選擇。
最佳尺寸比的選擇就是使不利于分離的次級流動降低到最小程度的尺寸比。
確定最佳尺寸的條件(1)、進(jìn)氣口寬度等于內(nèi)、外圓筒之間的環(huán)隙寬度 b＝ (Dc－do)/2上式Dc為外圓筒的直徑(見圖3)；do為內(nèi)圓筒的插入器(見圖2)(2)、進(jìn)氣口高度應(yīng)為一個氣流螺距，才能使氣流在旋風(fēng)器內(nèi)不形成死角。
(3)、進(jìn)氣口截面為長邊平行四體軸線的矩形。因?yàn)樵谌肟诮孛娣e相同時，只有這種入口造成的外層旋渦厚度最小，這樣縮短了顆粒沉降時間，分離效率最高。
(4)、內(nèi)筒插入器內(nèi)的長度S與其內(nèi)直徑de之比等于1.25，實(shí)驗(yàn)證明S／de＜1.0時，S對分離效率影響很大。S／de＝1.0時，分離效率最高。S／de＞1.0時，則隨S的伸長，效率又緩慢下降，因此，取S／de＝1.25。
滿足了以上四個條件后，旋風(fēng)分離器的效率、壓力降就僅僅取決于內(nèi)外圓筒直徑之比R＝de／Dc，而其它尺寸均可由此導(dǎo)出。
下面對最佳尺寸比R的如何確定加以詳細(xì)闡述。
最佳尺寸比R如果得到確定，則能使次級流動最弱、分離能力最強(qiáng)、能量消耗最小。
為了避免節(jié)流效應(yīng)，必須使出氣管的有效流通截面不小于進(jìn)氣口截面，就減小局部流動而言，以兩者相等為最好。
AiAe=abπde24=2(1 - R)πk1≤0.64]]>式中k1≥0.5 Ai進(jìn)氣口面積Ae出氣口面積實(shí)驗(yàn)表明de＞0.5Dc時有一股向下的氣流。de＜0.5Dc時下吹氣流不明顯。因de＞0.5Dc對分離效率有利，故選de／Dc＝k1＝0.54。
為了避免底部夾帶，必須具有穩(wěn)定的旋渦流動。這就要求整個旋渦的旋轉(zhuǎn)速度足夠高，這可由Re數(shù)判斷。同時通過減小旋轉(zhuǎn)半徑的辦法而使不同軸向位置的水平截面上流體平均轉(zhuǎn)速保持恒定，從而得到穩(wěn)定的旋風(fēng)中心。
由計(jì)算可得
Hk＝2.51DcHc＝1.66Dc(旋風(fēng)自然長)根據(jù)以上原則，設(shè)計(jì)如下尺寸b＝ (Dc－do)/2 ＝ (11－6)/2 ＝2.5mma＝do＝6mmde＝5mmS＝1.25de
1.25do＝7.5mmHc＝1.66Dc＝1.66×11＝18.26mm
選du＝3mmHk＝2.51Dc
28mm壓座和材料選擇由于呼吸性粉塵采樣頭(微型旋風(fēng)器)工作時，氣路垂直朝下，在采樣過程中不可避免有粉塵從濾膜上掉到上座而帶來誤差。故設(shè)計(jì)的壓座使濾膜跌落粉塵掉在壓座上，稱重時，壓座、濾膜一并計(jì)重，這就避免了跌落粉塵造成的誤差。
材料選擇，原則上無粉塵經(jīng)過的路徑可選用塑料；有粉塵路過的零件選質(zhì)輕但強(qiáng)度可靠的材料，而且是抗靜電的。
安全保護(hù)電源根據(jù)負(fù)載要求，工作電壓為7.2伏，工作電流100毫安，要求儀器連續(xù)工作8小時，負(fù)載安時數(shù)為0.1×8＝0.8安時。現(xiàn)選0.8安時的鎘鎳電池作儀器電源，共6節(jié)(每節(jié)1.2伏)電池。為滿足安全火花要求，電池電路中加一限流電阻，其阻值取2.2歐，功率大于25瓦，電池與電阻封裝為一體。
流量自動調(diào)節(jié)電路現(xiàn)參照附圖5來具體說明流量自動調(diào)節(jié)電路的自動調(diào)節(jié)作用。當(dāng)電源電壓降低時，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，反電勢降低，相當(dāng)于內(nèi)阻降低，使A點(diǎn)電位上升，C點(diǎn)上升，VBG1C上升，BG1導(dǎo)通程度加大，BG2也如此，使A點(diǎn)電位降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速得以維持恒定。
負(fù)載增加時(負(fù)壓增加)，電機(jī)電流增加，電流取樣電阻R1兩端電壓增加，使BG2集電極電位降低，于是BG1導(dǎo)通程度增加，BG2集電極電流也增加。這樣，使電機(jī)兩端電壓增高，電機(jī)輸出功率增大，達(dá)到穩(wěn)定流量的目的。
自動計(jì)時、累計(jì)計(jì)時器本實(shí)用新型中的計(jì)時器是采用一般的數(shù)字計(jì)時器，但作了以下的一些更動。
1、計(jì)時器改由機(jī)內(nèi)電池直接供電，并由開關(guān)控制以達(dá)到同步自動計(jì)時的目的。
2、計(jì)時器增加的暫停功能是通過內(nèi)部晶體振蕩器兩端加一開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，工作時開關(guān)處于“開”狀態(tài)；暫停時，開關(guān)處于“閉合”狀態(tài)，使晶體振蕩器停振從而具有暫停保存數(shù)字的功能。
按照本實(shí)用新型的電路裝置實(shí)施，并特別注意使采樣流量控制在2升／分時，這是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種長周期采集粉塵的個體粉塵采樣器，由塵粒分離器、氣泵和電源組成，本實(shí)用新型的特征在于塵粒分離器是微型旋風(fēng)分離器，并具有自動計(jì)時、累計(jì)計(jì)時及流量自動調(diào)節(jié)電路。
2.按照權(quán)利要求1所述的粉塵采樣器，其特征在于所說的電源是安全電源。
專利摘要一種長周期采集粉塵的礦用個體粉塵采樣器，用來采集粉塵作業(yè)環(huán)境中的粉塵。它有一個微型旋風(fēng)分離器能對人體危害的呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵進(jìn)行分離。分離效率達(dá)到國際BMRC曲線標(biāo)準(zhǔn)，而且采樣精度不受風(fēng)速及位置的影響。本采樣器還具有自動計(jì)時、累計(jì)計(jì)時及流量自動調(diào)節(jié)功能。機(jī)內(nèi)電源及電路作了安全處理，這樣可以在任何含有爆炸氣體的粉塵作業(yè)環(huán)境中采集粉塵。
文檔編號E21F5/00GK2034198SQ86205659
公開日1989年3月15日 申請日期1986年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1986年8月9日
發(fā)明者姚鴻熙 申請人:江蘇省煤礦研究所