高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统及方法与流程

本发明涉及动力辅助系统设计，具体涉及高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统及方法。

背景技术：

1、船舶主机的排气温度一般都比较高，甚至能达到500℃以上，且伴有黑烟，对船舶的红外隐身性以及工作环境会有很大影响。因此需要在排气管路末端设置排气喷淋冷却装置，来降低排气温度和烟黑浓度，进而提高隐身性并改善船员的居住和工作环境。

2、在高温排气管内喷淋冷却水来捕集烟黑颗粒物涉及的物理过程非常复杂，包括液滴与烟黑颗粒的碰撞、融合，液滴在高温烟气中发生的汽化以及烟黑颗粒之间的团聚等等。目前的仿真手段还无法准确还原这一气固液耦合的复杂物理过程，需要通过采集排气喷淋装置前后的烟黑颗粒物浓度，从试验研究的角度分析各排气参数、喷淋参数等对烟黑处理效率的影响，从而验证排气喷淋装置对于烟黑捕集的作用效果。

3、然而，当前应用于火电厂、车辆污染物监测的烟黑颗粒物浓度测试方法仅针对气固混合物，在喷淋状态下，若取样装置采集到较多未汽化的液滴将使得最终所测得的各级烟黑颗粒物质量产生较大误差。因此，为切实反映试验效果、反馈设计，亟需提出一种适用于高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样和测试方法，实现不同主机排气和喷淋流量下烟黑颗粒物浓度的准确测试。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统及方法，降低测试误差，提升测试结果的精度。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，包括取样管组件、低压级联撞击器、以及真空泵组件，取样管组件连接在排气管的管壁上，排气管内的待测烟气由取样管组件进入，在真空泵组件的抽取下，待测烟气经取样管组件进入低压级联撞击器内；

4、其特征在于：还包括旋风分离器、连接管以及加热保温装置，旋风分离器设在取样管组件和低压级联撞击器之间，取样管组件连接在旋风分离器上，旋风分离器通过连接管连接在低压级联撞击器上；在位于排气管外侧的取样管组件、旋风分离器、连接管以及低压级联撞击器上包裹有加热保温装置，加热保温装置维持在水的气化以上的温度。

5、按上述技术方案，加热保温装置采用现有结构；温度维持在100℃以上。

6、按上述技术方案，取样管组件包括取样头、取样管、端盖套管、以及密封材料；

7、端盖套管包括法兰部、套管部、固定螺栓以及紧固螺栓，在排气管上设有取样口和螺纹孔，法兰部通过固定螺栓固定在排气管的螺纹孔上，且取样孔和套管部内壁孔的尺寸相同且位置相匹配；取样管的外径尺寸和套管部内壁孔的尺寸相匹配，取样管穿套在套管部内壁孔内，并穿过取样孔伸入至排气管内；取样头固定连接在取样管位于排气管的内侧端头，在套管部上设有贯穿的固定螺孔，固定螺孔的轴线和套管轴线相交，紧固螺栓拧入固定螺孔固定取样管和套管部；密封材料对取样管和排气管连接处、端盖套管和排气管连接处进行封堵。

8、按上述技术方案，取样头设置多种规格，以可拆卸的连接方式设在取样管的端头。

9、按上述技术方案，取样管可伸入排气管的长度大于排气管的内壁直径。

10、按上述技术方案，密封材料采用现有的高温密封胶带或高温密封胶。

11、按上述技术方案，取样管组件在旋风分离器的连接处位于旋风分离器的下半部侧壁上，连接管和旋风分离器的连接处位于旋风分离器的顶端。

12、按上述技术方案，真空泵组件包括真空泵和第二连接管，真空泵通过第二连接管和低压级联撞击器相连。

13、高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试方法，其特征在于：采用如上所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统；包括如下步骤：

14、在排气管上安装取样测试系统；

15、将取样及测试全过程的环境温度维持在所处环境水气化温度以上区间；

16、从排气管内获取待测烟气；

17、分离待测烟气内液态水；

18、对不含液态水的待测烟气进行检测。

19、本发明具有以下有益效果：

20、1、在取样测试系统中，增设旋风分离器、连接管以及加热保温装置；利用旋风分离器将取样管组件提取的待测烟气中的液态水滴分离并保留在旋风分离器，随后将已分离出液态水的待测烟气输送至低压级联撞击器内，进行颗粒物浓度测试。并且，全程利用加热保温装置将上述过程中所处的环境维持在水的气化以上温度，使气态水始终处于气态，避免在取样测试过程中，因为环境温度导致气态水液化造成试验误差，达到提升取样测试结果精度的目的。

21、2、取样头设计成可拆换式，以适应不同主机负荷工况下能选择不同开口孔径的取样头，从而满足等速取样要求；取样管通过端盖套管连接在排气管上，且取样管可伸入排气管的长度大于排气管的内壁直径，使取样头可在排气管径向上移动，从而满足不同取样位置的需求。基于上述结构，解决主机排气喷淋过程中，不同主机工况、不同空间位置的颗粒物浓度测量问题，提升试验测试系统的通用性和灵活性。

技术特征：

1.高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，包括取样管组件、低压级联撞击器、以及真空泵组件，取样管组件连接在排气管的管壁上，排气管内的待测烟气由取样管组件进入，在真空泵组件的抽取下，待测烟气经取样管组件进入低压级联撞击器内；

2.根据权利要求1所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：加热保温装置采用现有结构；温度维持在100℃以上。

3.根据权利要求1所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：取样管组件包括取样头、取样管、端盖套管、以及密封材料；

4.根据权利要求3所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：取样头设置多种规格，以可拆卸的连接方式设在取样管的端头。

5.根据权利要求3所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：取样管可伸入排气管的长度大于排气管的内壁直径。

6.根据权利要求3所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：密封材料采用现有的高温密封胶带或高温密封胶。

7.根据权利要求1所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：取样管组件在旋风分离器的连接处位于旋风分离器的下半部侧壁上，连接管和旋风分离器的连接处位于旋风分离器的顶端。

8.根据权利要求1所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统，其特征在于：真空泵组件包括真空泵和第二连接管，真空泵通过第二连接管和低压级联撞击器相连。

9.高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试方法，其特征在于：采用如权利要求1-8所述的高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统；包括如下步骤：

技术总结本发明公开了高温汽水混合过程的烟黑颗粒物取样测试系统及方法，包括取样管组件、低压级联撞击器、真空泵组件、旋风分离器、连接管以及加热保温装置。在取样测试系统中，增设旋风分离器、连接管以及加热保温装置；利用旋风分离器将取样管组件提取的待测烟气中的液态水滴分离并保留在旋风分离器，随后将已分离出液态水的待测烟气输送至低压级联撞击器内，进行颗粒物浓度测试。并且，全程利用加热保温装置将上述过程中所处的环境维持在水的气化以上温度，使气态水始终处于气态，避免在取样测试过程中，因为环境温度导致气态水液化造成试验误差，达到提升取样测试结果精度的目的。技术研发人员：程建平,王振,王兴刚,石帅,齐攀受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心技术研发日：技术公布日：2024/7/25