專利名稱：顆粒物PM₁₀粒徑切割裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及大氣氣溶膠檢測技術(shù)領域，尤其涉及一種顆粒物PMltl粒徑切割裝置。
技術(shù)背景
顆粒物污染已經(jīng)逐步成為影響環(huán)境空氣質(zhì)量的重要污染源之一。近年來，有關大氣顆粒物粒徑、化學組分、濃度等方面的研究進展迅速。由于空氣中顆粒物的粒徑分布范圍較寬，可以從幾個納米到幾十個微米，而與人類生產(chǎn)生活密切相關的多是粒徑在IOMffl以下的顆粒物，因此，實現(xiàn)顆粒物的粒徑切割是行顆粒物特性參數(shù)測量的首要前提，顆粒物PMltl 粒徑切割裝置的研發(fā)將具有重要的現(xiàn)實意義。
當今，國際上只有少數(shù)發(fā)達國家有能力實現(xiàn)顆粒物粒徑分級裝置的設計研發(fā)，而且常將其作為大型專用設備的配件應用，如超細粒子譜儀、飛行時間粒譜儀、顆粒物振蕩天平等，很難滿足國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測領域多元化的實際檢測需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種用于環(huán)境顆粒物粒徑切割裝置，用于實現(xiàn)空氣中IOMffl顆粒物粒徑的原位切割。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種顆粒物PMltl粒徑切割裝置，包括有防雨罩，所述的防雨罩內(nèi)部連接有氣體整流器，所述的防雨罩下部連接有樣氣整流腔，所述的樣氣整流腔套在所述的氣體整流器的外部，所述的樣氣整流腔下部連接有樣氣加速腔，所述的樣氣加速腔下部固定連接有加速噴嘴，所述的加速噴嘴下部螺合有慣性分離室，慣性分離室下部固定有慣性撞擊臺，所述的慣性撞擊臺機體上設有樣氣出氣孔和集水孔，所述的樣氣出氣孔的上邊緣高于慣性撞擊臺的臺面，所述的集水孔的上邊緣與慣性撞擊臺臺面相平，所述的集水孔通過不銹鋼管與一集水瓶相連，所述的慣性撞擊臺下部固定連接有樣氣收集室，所述的樣氣出氣孔與所述的樣氣收集室連通，所述的樣氣收集室下端設有出氣管口。
所述的防雨罩是通過四根立柱與所述的樣氣整流腔的外壁相連的。
所述的樣氣整流腔的上方設有防塵網(wǎng)，所述的氣體整流器從防塵網(wǎng)的中部穿過。
所述的樣氣整流腔為圓柱形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯；所述的氣體整流器為中空倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣加速腔為倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯。
所述的加速噴嘴機體上有外螺紋；所述的慣性分離室內(nèi)壁有成型內(nèi)螺紋，外部噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣收集室上端采用圓柱形結(jié)構(gòu)，下端采用倒圓錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)有成型內(nèi)螺紋，內(nèi)壁噴涂聚四氟乙烯。
所述的慣性撞擊臺機體上的樣氣出氣孔為均勻分布的三個氣溶膠樣氣出氣孔。
所述的防雨罩、氣體整流器、樣氣整流腔、樣氣加速腔、加速噴嘴、慣性撞擊臺、慣性分離室、樣氣收集室均采用鋁合金材質(zhì)，所述的集水瓶采用玻璃材質(zhì)。
所述的防雨罩、樣氣整流腔和氣體整流器為同軸安裝；所述的加速噴嘴、慣性分離室、慣性撞擊臺和樣氣收集室為同軸安裝，連接處內(nèi)部有O型密封圈。
本發(fā)明的原理是
本發(fā)明主要借鑒了常規(guī)慣性撞擊式采樣器的工作原理，利用的是慣性分離法，其結(jié)構(gòu)原理圖如附圖2所示。圖中W為慣性加速噴口的直徑，T為加速噴口的有效長度，S加速噴口下邊緣距離慣性撞擊臺的高度。
斯托克斯數(shù)k是個無量綱的參數(shù)，它能夠直接反映粒子能否被截留在慣性撞擊臺上，對于慣性切割器來講，斯托克斯數(shù)可表述為
Stk = PpC L'JpU9i]W
式中，P p為顆粒物質(zhì)量密度，C。為坎寧安滑流指數(shù)，dp為顆粒物切割粒徑，U為噴口處空氣的平均速率，η為空氣動力黏度系數(shù)。如果定義樣氣采樣氣流流速為Q，其大小為可以表示為U=Q/(JI (W/2)2)。本發(fā)明設計樣氣采樣流量為16. 7L/min，T:W:S=I: 1: 1，其他參數(shù)選取大氣壓強為101. 325kPa、溫度為20°C的條件下的參考值，由此可以獲得慣性加速噴口直徑
W = Jw iJp~ = Ι.ΟχΙΟ νV 9m]Slk
此時，慣性撞擊式采樣器圓形噴嘴的噴流雷諾數(shù)為PeWU
Re; ——=2360η
經(jīng)過理論分析和實驗驗證，當500 ( REj ( 3000時，慣性撞擊式采樣器具有較明顯的切割效率曲線，本設計滿足其要求。
本發(fā)明的優(yōu)點是
(I)本發(fā)明核心部件基本原理為慣性撞擊式粒子分級器，利用粒子的空氣動力學粒徑實現(xiàn)PMltl粒徑切割，結(jié)構(gòu)緊湊，切割效率高；
(2)樣氣采用防雨罩下方進氣方式，且樣氣整流腔前端設置過濾網(wǎng)，極大的避免了空氣中較大顆粒物的干濕沉降、雨雪、沙塵等對切割器的污染；
(3)樣氣整流腔內(nèi)部圓錐形樣氣整流器的引入，保證切割器內(nèi)部樣氣層流結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，并最大程度降低粒子的擴散損失；
(4)慣性分離室內(nèi)部設置集水孔，實現(xiàn)顆粒物、水汽的雙截留，保證測量設備雨雪等惡劣天氣的正常運行。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為常規(guī)慣性撞擊式采樣器工作原理示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，一種顆粒物PMltl粒徑切割裝置，包括有防雨罩1，所述的防雨罩I內(nèi)部4連接有氣體整流器4，所述的防雨罩I下部連接有樣氣整流腔3，所述的樣氣整流腔3套在所述的氣體整流器4的外部，在防雨罩I下方形成環(huán)狀進氣口，所述的樣氣整流腔3下部連接有樣氣加速腔5，所述的樣氣加速腔5下部固定連接有加速噴嘴6，所述的加速噴嘴6下部螺合有慣性分離室8，樣氣經(jīng)加速腔后氣流達到一定的流速，進入慣性分離室8中，慣性分離室8下部固定有慣性撞擊臺7，所述的慣性撞擊臺7機體上設有樣氣出氣孔9和集水孔10，所述的樣氣出氣孔9的上邊緣高于慣性撞擊臺7的臺面，防止雨水從樣氣出氣孔9流出，所述的集水孔10的上邊緣與慣性撞擊臺7臺面相平，防止有雨水留在慣性撞擊臺7上， 所述的集水孔10通過不銹鋼管11與一集水瓶14相連，所述的慣性撞擊臺7下部固定連接有樣氣收集室12，所述的樣氣出氣孔9與所述的樣氣收集室12連通，所述的樣氣收集室12 下端設有出氣管口 13。
所述的防雨罩I是通過四根立柱與所述的樣氣整流腔3的外壁相連的。
所述的樣氣整流腔3的上方設有防塵網(wǎng)2，所述的氣體整流器4從防塵網(wǎng)2的中部穿過，防塵網(wǎng)2上布有均勻的透氣小孔，用以實現(xiàn)粒徑IOMffl以上大顆粒物的粗過濾。
所述的樣氣整流腔3為圓柱形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯，能抗酸抗堿，抗各種有機溶劑，防止樣氣整流腔外部損壞；所述的氣體整流器4為中空倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣加速腔3為倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯。
所述的加速噴嘴6機體上有外螺紋；所述的慣性分離室8內(nèi)壁有成型內(nèi)螺紋，外部噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣收集室12上端采用圓柱形結(jié)構(gòu)，下端采用倒圓錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)有成型內(nèi)螺紋，內(nèi)壁噴涂聚四氟乙烯。
所述的慣性撞擊臺7機體上的樣氣出氣孔9為均勻分布的三個氣溶膠樣氣出氣孔。
所述的防雨罩I、氣體整流器4、樣氣整流腔3、樣氣加速腔5、加速噴嘴6、慣性撞擊臺7、慣性分離室8、樣氣收集室12均采用鋁合金材質(zhì)，所述的集水瓶14采用玻璃材質(zhì)。
所述的防雨罩I、樣氣整流腔3和氣體整流器4為同軸安裝；所述的加速噴嘴6、慣性分離室8、慣性撞擊臺7和樣氣收集室12為同軸安裝，連接處內(nèi)部有O型密封圈，保證連接氣密性。權(quán)利要求
1.一種顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于包括有防雨罩，所述的防雨罩內(nèi)部連接有氣體整流器，所述的防雨罩下部連接有樣氣整流腔，所述的樣氣整流腔套在所述的氣體整流器的外部，所述的樣氣整流腔下部連接有樣氣加速腔，所述的樣氣加速腔下部固定連接有加速噴嘴，所述的加速噴嘴下部螺合有慣性分離室，慣性分離室下部固定有慣性撞擊臺，所述的慣性撞擊臺機體上設有樣氣出氣孔和集水孔，所述的樣氣出氣孔的上邊緣高于慣性撞擊臺的臺面，所述的集水孔的上邊緣與慣性撞擊臺臺面相平，所述的集水孔通過不銹鋼管與一集水瓶相連，所述的慣性撞擊臺下部固定連接有樣氣收集室，所述的樣氣出氣孔與所述的樣氣收集室連通，所述的樣氣收集室下端設有出氣管口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的防雨罩是通過四根立柱與所述的樣氣整流腔的外壁相連的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的樣氣整流腔的上方設有防塵網(wǎng)，所述的氣體整流器從防塵網(wǎng)的中部穿過。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的樣氣整流腔為圓柱形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯；所述的氣體整流器為中空倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣加速腔為倒圓錐形結(jié)構(gòu)，表面噴涂聚四氟乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的加速噴嘴機體上有外螺紋；所述的慣性分離室內(nèi)壁有成型內(nèi)螺紋，外部噴涂聚四氟乙烯；所述的樣氣收集室上端采用圓柱形結(jié)構(gòu)，下端采用倒圓錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)有成型內(nèi)螺紋，內(nèi)壁噴涂聚四氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的慣性撞擊臺機體上的樣氣出氣孔為均勻分布的三個氣溶膠樣氣出氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的防雨罩、氣體整流器、樣氣整流腔、樣氣加速腔、加速噴嘴、慣性撞擊臺、慣性分離室、樣氣收集室均采用鋁合金材質(zhì)，所述的集水瓶采用玻璃材質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物PMltl粒徑切割裝置，其特征在于所述的防雨罩、樣氣整流腔和氣體整流器為同軸安裝；所述的加速噴嘴、慣性分離室、慣性撞擊臺和樣氣收集室為同軸安裝，連接處內(nèi)部有O型密封圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顆粒物PM10粒徑切割器裝置，包括防塵罩、防塵網(wǎng)、樣氣整流腔、樣氣整流器、加速噴嘴、慣性分離室、慣性撞擊臺、樣氣收集室、集水瓶。集水瓶安置在切割裝置的外側(cè)，通過玻璃導管與慣性噴撞腔內(nèi)部聯(lián)通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，在恒定樣流流速的條件下可實現(xiàn)10μm顆粒物的高效切割，并最大程度的降低了沙塵暴、雨雪、高濕環(huán)境對切割器的影響。本發(fā)明可廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測設備的顆粒物粒徑切割。
文檔編號G01N1/22GK102928264SQ20121037627
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者王杰, 劉建國, 陸亦懷, 王亞萍, 陳軍, 桂華僑, 方武, 陸釩, 伍德俠 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所