БОРТОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР ПЫЛИ

Полезная модель относится к измерительной технике, а более конкретно, к оптическим устройствам для непрерывного измерения запыленности воздуха по индикатрисам рассеяния света частицами.
Устройство может быть использовано в авиационной технике, преимущественно на вертолетах, для контроля запыленности воздуха на входе в воздухозаборник газотурбинного двигателя (ГТД) при взлете, посадке и зависании вертолета вблизи поверхности земли.
Поскольку абразивное воздействие пыли на лопатки ГТД существенно сокращает ресурс работы двигателя, то для правильного прогнозирования срока эксплуатации двигателя вертолета необходимо знать время работы в режиме повышенной запыленности и ее уровень. Известно устройство для измерения концентрации сажи в выхлопах автотранспортных средств (автомобилей) с пробоотборником в виде трубы, вставляемой соосно в выхлопную трубу автомобиля («… устройство измерения дымности отработанных газов» авторов Дрозда С.Н., Кутейко М.М. и Фираго В.А., М: Измерительная техника - 2004, №7, с.56-59). Измерительная схема устройства, содержащая два светодиода и два фотоприемника, позволяет определять массовую концентрацию сажи с высокой точностью за счет исключения методических погрешностей, связанных с загрязнением оптики, нестабильностью излучения светодиодов, чувствительности фотоприемников. Недостатком устройства является то, что оно не учитывает полидисперсность аэрозольных частиц и связанную с этим погрешность измерений.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения массовой концентрации полидисперсной пыли на входе в воздухозаборник при зависании вертолета вблизи земной поверхности (полезная модель №52184, 10.03.06, бюлл. 7, G01N 15/02).
Устройство, содержащее два светодиода включаемых поочередно от блока питания с частотой f и три фотоприемника (фотодиода) позволяет определять с высокой точностью концентрацию полидисперсной пыли по индикатрисе рассеяния света.
Недостатком его является то, что при работе в тумане или облаках (например, на высокогорных вертодромных площадках) показания по уровню концентрации пыли завышаются за счет рассеяния света каплями воды, взвешенными в воздухе, тем самым необоснованно занижается прогнозируемый ресурс работы двигателя, т.к. капли воды, взвешенные в тумане не оказывают абразивного воздействия на лопатки ГТД.
Предлагаемое устройство лишено вышеприведенного недостатка и позволяет точно определять концентрацию пыли в воздушном потоке на входе в воздухозаборник вертолета в любых метеоусловиях (туман или облачность).
кр
2
Это достигается тем, что устройство измерения концентрации пыли, содержащее два светодиода, включаемых поочередно от блока питания с частотой f, фокусирующую оптику, формирующую измерительный объем, три фотодиода, регистрирующие интенсивность рассеянного измерительным объемом света под углами α, φ и φ-α (α<φ/2) причем выходы фотодиодов соединены с электронным блоком обработки сигналов снабжено пробоотборником с нагревателем, повышающим температуру протекающего через него пылегазового потока до температуры t, превышающей критическую t для перехода молекул НO в газообразное состояние водяного пара.
Поскольку интенсивность Релеевского рассеяния света газами пренебрежимо мала по сравнению с рассеянием света аэрозолями (теория Ми), то в этом случае показания уровня концентрации пыли не будут искажаться присутствием в потоке воздуха капель воды на входе в пробоотборник.
Вариантом выполнения пробоотборника с нагревателем может быть металлическая трубка из нержавеющей стали с обмоткой из нихромовой проволоки в термостойкой изоляции, подключенной к блоку питания устройства измерения концентрации пыли.
Термодатчик, например термопара или термистор, установленный на оси струи, вытекающей из пробоотборника управляет током через обмотку нагревателя, обеспечивая нагрев газа до заданной температуры.
Измерительный объем, формируемый фокусирующей оптикой на оси струи следует располагать вблизи ее выхода из пробоотборника (перед термодатчиком) на расстоянии, меньшем диаметра трубки, чтобы избежать рассеяния света на вновь конденсированных каплях воды в области падения температуры ниже критической вдоль струи (явление инверсии).
Для более эффективного и равномерного нагрева воздуха в пробоотборнике, металлическую трубку предпочтительно выполнить с небольшими изгибами для турбулизации потока внутри трубки.
Отбор пробы осуществляет вентиляторный насос, установленный в корпусе устройства измерения концентрации пыли.
Для исключения попадания на фотодиоды рассеянного стенками корпуса излучения светодиодов установлена бленда в виде цилиндра с отверстиями, выполняющими роль промежуточных диафрагм.
Для пояснения сущности полезной модели на фиг.2 схематично изображено устройство, на фиг.1 функциональная схема устройства.
Перечень позиций на чертежах.
1. трубка пробоотборника;
2. нагреватель пробоотборника;
3. цилиндрический корпус устройства измерения концентрации пыли;
4. светодиод II с фокусирующей оптикой;
5. светодиод I с фокусирующей оптикой;
6. фотодиод 3 с фокусирующей оптикой;
7. фотодиод А с фокусирующей оптикой;
8. фотодиод V с фокусирующей оптикой;
9. термодатчик;
10. вентиляторный насос;
11. бленда с промежуточными диафрагмами;
12. блок обработки сигналов (БОС);
13. записывающее устройство;
14. блок питания светодиодов и нагревателя пробоотборника (БП).
Устройство работает следующим образом.
2
Пылевоздушный поток, содержащий капли воды (туман или облака) прокачивается через пробоотборник 1 с нагревателем 2 и соприкасаясь с горячими стенками трубки пробоотборника нагревается до температуры выше критической, когда молекулы НO переходят в газообразное состояние и на выходе из пробоотборника не участвуют в аэрозольном рассеянии света. Поэтому за величину сигнала на фотодиодах VA3: 8, 7 и 6 будет ответственна только концентрация пыли содержащейся в воздухе.
Блок обработки сигналов (БОС) 12 от фотодиодов вычисляет концентрацию пыли в воздушном потоке, которая регистрируется записывающим устройством 13.
Блок питания (БП) 14 осуществляет поочередное включение первого или второго светодиодов 5 и 4 с частотой f, а по сигналу от термодатчика 9 регулирует ток в обмотке нагревателя пробоотборника 2.
Вентиляторный насос 10, установленный в цилиндрическом корпусе устройства 3 осуществляет непрерывный забор пробы воздуха из исследуемого потока.
Применение устройства обеспечивает следующие технико-экономические преимущества при использовании его в воздухе:
- возможность непрерывного контроля запыленности воздуха, поступающего в воздухозаборник газотурбинного двигателя (ГТД) вертолета в любых метеорологических условиях и выдачи более правильного прогноза относительно ресурса работы ГТД вертолета;
- возможность экологического мониторинга воздушного бассейна, особенно в местах расположения источников загрязнения, например, цементных заводов, «факелов» нефтеперерабатывающих предприятий, дымящих труб ТЭЦ и зерновых элеваторов.