沙塵暴輸沙量自動收集裝置的製作方法

2023-05-20 06:19:46 1

專利名稱：沙塵暴輸沙量自動收集裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於沙塵暴輸沙量與風沙流輸沙量的採樣設備，特別一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置。
背景技術：
荒漠化是近幾十年來全球研究的一個熱點問題，而沙塵暴是荒漠化過程的一種典型表現形式，因此，關於沙塵暴的研究越來越受到世界各國政府和學術界的廣泛關注。沙塵暴的輸沙量則是反映沙塵暴強度的一個重要指標，然而，沙塵暴的輸沙量觀測是一個困擾沙塵暴觀測研究的關鍵問題。20世紀60年代我國引進了原蘇聯的積沙儀，近些年來，國內有人設計出了各種各樣的沙塵收集筒，但共同的缺陷是在收集器內都設置了阻擋沙塵的裝置，因而大大降低了收集器內氣體的流速，亦即通過收集器內的氣流遠遠少於收集器外的氣流，收集到的沙塵僅僅是沙塵暴運動中靠慣性進入收集器中的沙塵；還有的是在氣流管內裝置了一個類似於吸塵器的過濾袋，然而過濾袋嚴重阻止了氣流管內氣流速度，且隨著過 濾袋中沙塵量的增多，過濾袋的通透性還會進一步降低。發明人設計了一種磁場式沙塵暴輸沙量採集儀，其專利號為ZL 2007 2 0194590. 1，因其需要電力，不便於在沒有電力供給的曠野應用。關於風沙流是輸沙量的觀測也存在同樣的問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種反映真實的輸沙量、能夠在不具備電力條件的野外使用的沙塵暴輸沙量自動收集裝置；使用該裝置，能使進入收集器內氣流速率等於外界氣流速度。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，包括沙塵收集筒，其特徵在於還包括排氣系統和風扇；沙塵收集筒設有進氣管與排氣管，沙塵收集筒筒壁外面設有軸承支架；排氣系統包括曲軸、曲軸傳動齒輪、活塞拉杆與活塞；曲軸由軸承安裝於軸承支架，活塞位於排氣管，活塞拉杆通過活塞連動頭與活塞連接，活塞拉杆的另一端活動式連接於曲軸，曲軸一端安裝曲軸傳動齒輪；風扇包括葉片與風扇傳動齒輪，風扇傳動齒輪固定於葉片；風扇傳動齒輪與曲軸傳動齒輪哨合。進氣管進氣口面與地面大致垂直，進氣管出氣口伸入沙塵收集筒內並位於排氣管下沿的下面。排氣管置於沙塵收集筒內的一端封頭上設排氣管氣門，排氣管氣門安裝有繞水平銷軸、向排氣管裡面活動開啟的排氣管氣門蓋；活塞設有活塞氣門，活塞氣門外側安裝有繞水平銷軸、向排氣管外面活動開啟的活塞氣門蓋(2010)。風扇還包括底座和豎軸，豎軸固定於底座，豎軸上端經風扇軸安裝葉片。豎軸上部安裝軸套管，沙塵收集筒固定於旋轉支架，旋轉支架的另一端安裝於軸套管。使用時，向沙塵收集筒注水，進氣管的進氣口位於水位液面下方，排氣管的下邊緣位於水位液面上方，將本發明安裝在地面或地面以上任意高度，就可以收集到觀測時間內該收集儀進氣管口面上的水平沙塵通量，從而為沙塵暴研究和風沙流研究提供輸沙量的真實數據和樣品。
當風速達到一定程度時，風力帶動風扇葉片轉動，固定在風扇葉片上的風扇傳動齒輪帶動曲軸傳動齒輪轉動，再帶動曲軸轉動，進而通過曲軸帶動活塞拉杆，活塞拉杆再帶動活塞在排氣管中往復運動。當活塞向外運動時，自動關閉活塞上的氣門而打開排氣管與沙塵收集筒連通的氣門，從而抽出沙塵收集筒水面上部的氣體，使得外界氣流從進氣管中進入並通過水體補充到沙塵收集筒水面上部；當活塞向內運動時，自動打開活塞上的氣門而關閉排氣管與沙塵收集筒連通的氣門，阻止外界氣流進入沙塵收集筒中。通過設置風扇傳動齒輪的周長和活塞傳動齒輪的周長的比例使得排氣速率與外界風速相等。沙塵收集筒由旋轉支架連接在風扇豎軸上套上，風扇可隨風向改變方向，從而使得沙塵收集筒的進沙管口始終對準風方向。本沙塵自動收集儀的關鍵技術在於一是風扇傳動齒輪和曲軸傳動齒輪的周長比 要設置合理，要使得排氣管中的排氣速率與外界風速相等；二是要用材質輕且不生鏽的材料製作，以儘可能減小風扇轉動的慣性，同時還要儘可能減小摩擦阻力和防止生鏽。本發明克服了已有沙塵收集儀的氣流通量小於外界實際通量的缺陷，具有以下主要優點
一是排氣管中的排氣速率與外界風速相等，即收集到的是真實的輸沙量，從而克服了已有沙塵收集儀進入收集器的氣流速率遠遠小於外界氣流速度的缺陷。二是風扇由風提供動力，不需要提供電力，方便野外使用。三是沙塵收集儀的方向由風扇葉片自動調整，使得進氣管的管口始終對準於主風向。作為本發明的補充說明，由於沙塵收集在水中，因而對於沙塵物質中可能有的水溶性物質，可通過其他方式收集同一場沙塵暴的沙塵物質的少量樣品，測定其中水溶性物質所佔比例，然後按比例計算即可。


圖I是本發明的結構示意圖，
圖2是排氣系統與沙塵收集筒和風扇的結構關係示意圖，
圖3風扇傳動齒輪、排氣系統及沙塵收集筒的平面示意圖，
圖4是活塞向外抽出時的狀態示意圖，
圖5是活塞向內壓入時的狀態示意圖。圖中I一沙塵收集筒，101—進氣管，102—排氣管，103—排水龍頭，104—水位液面，105—進氣管出氣口，106—沙塵；2—排氣系統，201 —曲軸，202—曲軸傳動齒輪，203—軸承，204—軸承支架，205—活塞拉杆，206—活塞，207—活塞連動頭，208—活塞氣門，209—排氣管氣門，210—活塞氣門蓋，211—排氣管氣門蓋；3—風扇，301—葉片，302—風扇軸，303—風扇傳動齒輪，304—軸套管，305—旋轉支架，306—豎軸，307—底座。
具體實施例方式 如圖I、圖2與圖3所示，一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，包括沙塵收集筒1，還包括排氣系統2和風扇3 ;沙塵收集筒I設有進氣管101與排氣管102，沙塵收集筒筒壁外面設有軸承支架204 ;排氣系統2包括曲軸201、曲軸傳動齒輪202、活塞拉杆205與活塞206 ；曲軸201由軸承203安裝於軸承支架204上，活塞206位於排氣管102內，活塞拉杆205通過活塞連動頭207與活塞206連接，活塞拉杆205的另一端活動式連接於曲軸201，曲軸201一端安裝曲軸傳動齒輪202 ;風扇3包括葉片301與風扇傳動齒輪303，風扇傳動齒輪303固定於葉片301 ;風扇傳動齒輪303與曲軸傳動齒輪202嚙合。進氣管進氣口面與地面大致垂直，進氣管出氣口 105伸入沙塵收集筒I內並位於排氣管102下邊沿下面。排氣管102置於沙塵收集筒I內的一端封頭上設排氣管氣門209，排氣管氣門209安裝有繞水平銷軸、向排氣管102裡面活動開啟的排氣管氣門蓋211 ;活塞206設有活塞氣門208，活塞氣門208外側安裝有繞水平銷軸、向排氣管102外面活動開啟的活塞氣門蓋210。風扇3還包括底座307和豎軸306，豎軸306固定於底座307，豎軸306上端經風扇軸302安裝葉片301。豎軸306上部安裝軸套管304，軸套管304上端經風扇軸302安裝葉片301。沙塵暴輸沙量自動收集裝置還包括旋轉支架305，沙塵收集筒I固定於旋轉支架305，旋轉支架305的另一端安裝於軸套管304 ;風扇可隨風向改變方向，沙塵收集筒I隨風向繞豎軸306旋轉，從而使得進氣管進氣口始終對準主風向。沙塵收集筒I中盛有水，進氣管出氣口位於水位液面104下方，排氣管102的下邊緣位於水位液面104上方；沙塵收集筒I安裝排水龍頭103，以控制每次觀測前灌水的水位。當風速增大，出現沙塵暴或風沙流時，風扇3的葉片301在風力作用下繞風扇軸302轉動，帶動固定在葉片301上的風扇傳動齒輪303 —起轉動，風扇傳動齒輪303再帶動固定在曲軸201 —端的曲軸傳動齒輪202轉動，曲軸傳動齒輪202帶動曲軸201繞曲軸軸承203轉動，曲軸201帶動活塞拉杆205並通過活塞連動頭207帶動活塞206在排氣管102
中往復運動。參見圖4 :當風扇3通過風扇傳動齒輪303和曲軸傳動齒輪202、活塞拉杆205帶動活塞206向外即圖3所示的向右運動時，在外界氣壓作用下，活塞氣門蓋210關閉，排氣管102中的氣壓迅速降低，排氣管氣門209向排氣管管內方向打開，沙塵收集筒水位液面104上部氣體被從排氣管102中抽出而氣壓降低，從而使得攜帶沙塵的氣流從進氣管進氣口進入，而進入進氣管的氣流由進氣管出氣口進入到水中，沙塵106沉澱到沙塵收集筒I中水的底部，而氣體通過水體補充到水位液面104的上部空間。同理，參見圖5 :當風扇3通過風扇傳動齒輪303和曲軸傳動齒輪202、活塞拉杆205帶動活塞206向內即圖4所示的向左壓入時，排氣管氣門蓋211關閉，活塞氣門蓋210打開，排氣管102內的氣體被向外排除，外界氣流不能進入沙塵收集筒。假定活塞在排氣管中衝程為15cm，風扇傳動齒輪的周長是曲軸傳動齒輪的周長的10倍，風速為每秒6m，則風扇的轉速為每秒鐘4轉，即每分鐘360轉，公式如下
600ct k60s XJ_ = 240(
15cm10
權利要求
1.一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，包括沙塵收集筒，其特徵在於還包括排氣系統(2)和風扇(3);沙塵收集筒(I)設有進氣管(101)與排氣管(102)，沙塵收集筒筒壁外面設有軸承支架(204);排氣系統(2)包括曲軸(201 )、曲軸傳動齒輪(202)、活塞拉杆(205)與活塞(206);曲軸(201)由軸承(203)安裝於軸承支架(204)上，活塞(206)位於排氣管(102)內，活塞拉杆(205)通過活塞連動頭(207)與活塞(206)連接，活塞拉杆(205)的另一端活動式連接於曲軸(201 )，曲軸(201) —端安裝曲軸傳動齒輪(202);風扇(3)包括葉片(301)與風扇傳動齒輪(303)，風扇傳動齒輪(303)固定於葉片(301);風扇傳動齒輪(303)與曲軸傳動齒輪(202)嚙合。
2.根據權利要求I所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於進氣管進氣ロ面與地面大致垂直，進氣管出氣ロ( 105)伸入沙塵收集筒(I)內並位 於排氣管(102)下邊沿下面。
3.根據權利要求I所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於排氣管(102)置於沙塵收集筒(I)內的一端封頭上設排氣管氣門(209)，排氣管氣門(209)安裝有繞水平銷軸、向排氣管(102)裡面活動開啟的排氣管氣門蓋(211);活塞(206)設有活塞氣門(208)，活塞氣門(208)外側安裝有繞水平銷軸、向排氣管(102)外面活動開啟的活塞氣門蓋(210)。
4.根據權利要求I至3任意一項所述的一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於風扇(3)還包括底座(307)和豎軸(306)，豎軸(306)固定於底座(307)，豎軸(306)上端經風扇軸(302)安裝葉片(301)。
5.根據權利要求4所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於豎軸(306)上面安裝軸套管(304)，軸套管(304)上端經風扇軸(302)安裝葉片301。
6.根據權利要求5所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於沙塵暴輸沙量自動收集裝置還包括旋轉支架(305)，沙塵收集筒(I)固定於旋轉支架(305)，旋轉支架(305)的另一端安裝於軸套管(304)。
7.根據權利要求6所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於沙塵收集筒(I)中盛有水，進氣管出氣ロ位於水位液面(104)下方，排氣管(102)的下邊緣位於水位液面(104)上方。
8.根據權利要求7所述的ー種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，其特徵在於沙塵收集筒(I)安裝排水龍頭(103)。
全文摘要
本發明公開了一種沙塵暴輸沙量自動收集裝置，包括沙塵收集筒，還包括排氣系統和風扇；沙塵收集筒設有進氣管與排氣管，沙塵收集筒筒壁外面設有軸承支架；排氣系統包括曲軸、曲軸傳動齒輪、活塞拉杆與活塞；曲軸由軸承安裝於軸承支架，活塞位於排氣管，活塞拉杆通過活塞連動頭與活塞連接，活塞拉杆的另一端活動式連接於曲軸，曲軸一端安裝曲軸傳動齒輪；風扇包括葉片與風扇傳動齒輪，風扇傳動齒輪固定於葉片；風扇傳動齒輪與曲軸傳動齒輪嚙合。沙塵收集筒由旋轉支架連接在風扇豎軸，風扇可隨風向改變方向，使得沙塵收集筒的進沙管口始終對準主風方向。本發明排氣管中的排氣速率與外界風速相等，收集真實的輸沙量，不需要電力，方便野外使用。
文檔編號G01M9/06GK102735419SQ20121022108
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者常兆豐 申請人:甘肅省治沙研究所