一种双级串联多点等动力采样系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种双级串联多点等动力采样系统，属于船用燃气轮机进气采样技术领域。主要包括：无损采样头阵列、双级串联的采样容器、采样速度控制系统、连接管路等。适用于系统采样流速范围(3～10m/s)、采样通道(1～9路)、无损采样头管径(8mm)，采样流量范围为9～270L/min。可实现在实验室模拟的海洋盐雾气溶胶进气条件下的燃气轮机不同工况、不同进气流量以及不同盐雾气溶胶浓度情况下的高精度等动力采样能力，从而对海洋盐雾气溶胶、大流量进气环境进行采样，具有稳定性好、重复性好和精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双级串联多点等动力采样系统
本技术属于船用燃气轮机进气采样
，具体涉及一种双级串联多点等动力采样系统。
技术介绍
在海洋大气环境中含有盐雾气溶胶，在恶劣海况下燃气轮机进气室甚至会溅入海水。盐分在压气机叶片上沉积并产生侵蚀也会对燃烧室、涡轮叶片等高温部件产生腐蚀，从而降低压气机的通流能力和效率，降低燃气轮机的功率、效率、经济性和使用寿命，严重时会使叶片断裂，直接影响到燃气轮机的安全性和可靠性。此外，随着燃气轮机精密程度和燃气温度大大提高，盐雾腐蚀的影响越来越严重，对滤清性能的要求越来越高，先进的、高性能燃气轮机进气系统的重要性越来越突出。而设计高精度、高稳定性和重复性好的含盐量采样系统，用以采样、测量分析工作海域含盐量或者评判盐雾滤清装置的性能，是研制先进的、高性能燃气轮机进气装置的重要前提条件和重要评价手段。数值模拟作为一种先进的设计手段，能够对船用燃气轮机进气系统的气动性能进行仿真分析，起到很好的预测设计作用。但是由于船用燃气轮机进气系统滤清结构的复杂性，数值模拟在船用燃气轮机进气系统盐雾滤清性能的研究中还存在局限，难以得到准确的盐雾滤清计算结果，因此对燃气轮机进气系统盐雾滤清性能的研究目前仍以试验为主。此外，船用燃气轮机进气系统应用环境特殊，进气流速高，进气盐雾浓度非常低，两相流场复杂，二是随着燃气轮机进气系统性能要求的提高，进气系统出口含盐量已经要求降低至ppb级，气流含盐雾浓度极低，对采样的精度、可重复性要求非常高，是一项特别精细的采样技术。为满足现代先进进气系统研发及性能验证的需要，亟需开发一种稳定性、重复性好和精度高的等动力采样系统。所谓等动力采样即：当采样头进口正对气流方向，并与气流平行(同轴)时，并且进入采样进口的平均速度与该点气流平均流速相同时，即实现了等动力采样，其必须满足三点，缺一不可：1)采样头与气流同轴；2)采样头入口气流方向与主气流方向；3)采样头进口的气流速度与该点气流速度相等。为了保证采集到的介质浓度或组分与实际气流完全一致，采样系统要求能够准确采集试验工况所对应的海洋盐雾气溶胶，采样头内流速与待测区域流速一致。采样系统的基本要求是：等动力采样，既不能允许多余气溶胶颗粒的摄入，又不能允许应摄入采样系统的气溶胶颗粒产生旁流。
技术实现思路
本技术提出了一种能对海洋盐雾气溶胶、大流量进气环境进行采样，且具有稳定性好、重复性好和精度高等优点的等动力采样系统。通过设计的双级串联多点等动力采样系统，实现了在实验室模拟的海洋盐雾气溶胶进气条件下的燃气轮机不同工况、不同进气流量以及不同盐雾气溶胶浓度情况下的高精度等动力采样能力。一种双级串联多点等动力采样系统，主要包括无损采样头阵列、双级串联采样容器、采样速度控制系统和连接管路；(1)所述无损采样头阵列，包括多个顶端带有7°倾角、壁厚为1mm、内径为8mm的中空圆锥形状的采样头，用于对气流采样；(2)所述双级串联采样容器，用于收集采样气流中的盐雾气溶胶，是由两级采样容器串联而成，其中两级采样容器均为圆柱形容器桶，其中第一级采样容器顶部安装有多个进气直管，进气直管垂直地插入采样容器中至底部，进气直管的上面安装具有开关功能的气动快速接头，采样头通过气动软管与其方便连接；第二级采样容器安装1个下螺旋布置的进气管道，进气管道上面同样安装具有开关功能的气动快速接头，第一级采样容器和第二级采样容器通过软管连接；(3)所述采样速度控制系统用于控制采样流量，主要包括通过连接管路依次连接的干燥器、高精度质量流量计、手动流量调节阀、旁通流量调节阀、真空泵；(4)所述连接管路，采用气动快速接头加气动软管的方式，将无损采样头、采样容器和采样速度控制系统进行连接。作为优选例，双级串联采样容器中的第一级采样容器和第二级采样容器通过软管连接。作为优选例，双级串联采样容器中的第二级采样容器中，下螺旋布置的进气管道沿流向向四周开有小孔，保证盐雾气溶胶的充分溶解并消除第一级所产生的细小雾滴。作为优选例，采样速度控制系统采样流量范围为9～270L/min。本技术通过提出一种针对海洋盐雾气溶胶、大流量进气环境进行阵列式多点等动力采样，能够实现在实验室模拟的海洋盐雾气溶胶进气条件下根据燃气轮机不同工况、不同进气流量以及不同盐雾气溶胶浓度情况采取等动力采样。附图说明图1为双级串联多点等动力采样系统布置示意图；其中1.无损采样头；2.第一级采样容器；3.第二级采样容器；4.干燥器；5.高精度质量流量计；6.手动流量调节阀；7.旁通流量调节阀；8.真空泵；图2为无损采样头示意图；图3为无损采样头顶端局部放大示意图；图4为第一级采样容器示意图；具体实施方式一种双级串联多点等动力采样系统，如图1所示，主要包括：无损采样头阵列、双级串联的采样容器、采样速度控制系统和连接管路。适用于系统采样流速范围(3～10m/s)、采样通道(1～9路)、无损采样头管径(8mm)，采样流量范围为9～270L/min。具体技术方案如下：(1)无损采样头阵列无损采样头阵列由1～9个无损采样头组成，可以根据采样试验的需要，自由排布无损采样头的数量和阵列形式。为减小采样速度偏差、采样头安装角度偏差对采样精度的影响，如图2所示，无损采样头设计为顶端带有7°倾角、壁厚为1mm、内径为8mm的中空圆锥形状。如图3所示，采样头前端采用7°倾角的设计，将迫使被采样气体在无损采样头前缘近壁处加速向上/下抬起，从而避免采样气体中介质颗粒粘附于取样器上的问题；同时7°倾角又不会造成流动分离，不会在无损采样头倾角后端形成低速回流区，因此也不会造成采样气体中的盐雾颗粒聚集在无损采样头前端。通过精确设计，无损采样头内径和壁厚的选择综合考虑了对2～50微米颗粒采样的精确率。由于本采样系统将会被应用在实验段截面尺寸为1300(mm)×1500(mm)的大型风洞中，1～9路无损采样头管路将会被安装在一个较大的固定底座上。为了防止底座对上流流场的干扰，无损采样头的长度L按照L≥20～30D的准则并在预留足够固定位置的情况下，L最终确定为300mm，这样就可以完全消除安装支架对采样精度的影响。(2)双级串联的采样容器为便于后续仪器分析，采样容器的设计要兼顾采样时长、样本溶液最佳浓度范围、盐雾颗粒的充分吸收、减小细小雾滴产生等关键因素。根据大量等动力采样实验经验，结合本系统的输入参数(盐雾浓度范围：0.001～100ppm，采样时间0.5小时，样品溶液最佳测量范围1～10ppm)，最佳溶液体积在1·2L范围内。为了保证盐雾颗粒的充分溶解并消除细小雾滴被吸入下一级流量传感器，从而造成流速测量误差甚至损坏流量传感器的可能性，本系统将采用两级容器串联的设计。传统取样器采样容器常采用的圆锥形设计使得气体样本在上升过程中加速，不利于样本气体与溶液的充分接触。另外所吹起的气泡容易带起小液滴而被吸入取样泵，不利于样本气体中盐分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双级串联多点等动力采样系统，其特征在于，主要包括无损采样头阵列、双级串联采样容器、采样速度控制系统和连接管路；/n所述无损采样头阵列，包括多个顶端带有7°倾角、壁厚为1mm、内径为8mm的中空圆锥形状的采样头，用于对气流采样；/n所述双级串联采样容器，用于收集采样气流中的盐雾气溶胶，是由两级采样容器串联而成，其中第一级采样容器顶部安装有多个进气直管，进气直管垂直地插入采样容器中至底部，进气直管的上面安装具有开关功能的气动快速接头，采样头通过气动软管与其方便连接；第二级采样容器安装1个下螺旋布置的进气管道，进气管道上面同样安装具有开关功能的气动快速接头，第一级采样容器和第二级采样容器通过软管连接；/n所述采样速度控制系统用于控制采样流量，主要包括通过连接管路依次连接的干燥器、高精度质量流量计、手动流量调节阀、旁通流量调节阀、真空泵；/n所述连接管路，采用气动快速接头加气动软管的方式，将无损采样头、采样容器和采样速度控制系统进行连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种双级串联多点等动力采样系统，其特征在于，主要包括无损采样头阵列、双级串联采样容器、采样速度控制系统和连接管路；
所述无损采样头阵列，包括多个顶端带有7°倾角、壁厚为1mm、内径为8mm的中空圆锥形状的采样头，用于对气流采样；
所述双级串联采样容器，用于收集采样气流中的盐雾气溶胶，是由两级采样容器串联而成，其中第一级采样容器顶部安装有多个进气直管，进气直管垂直地插入采样容器中至底部，进气直管的上面安装具有开关功能的气动快速接头，采样头通过气动软管与其方便连接；第二级采样容器安装1个下螺旋布置的进气管道，进气管道上面同样安装具有开关功能的气动快速接头，第一级采样容器和第二级采样容器通过软管连接；
所述采样速度控制系统用于控制采样流量，主要包括通过连接管路依次连接的干...

【专利技术属性】
技术研发人员：付宇，王建华，潘涛，胡政，徐杲，毛德龙，叶传新，翟斌，李梦竹，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11