CN102735419A

CN102735419A - 沙尘暴输沙量自动收集装置

Info

Publication number: CN102735419A
Application number: CN2012102210842A
Authority: CN
Inventors: 常兆丰
Original assignee: Gansu Desert Control Research Institute
Current assignee: Gansu Desert Control Research Institute
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102735419B

Abstract

本发明公开了一种沙尘暴输沙量自动收集装置，包括沙尘收集筒，还包括排气系统和风扇；沙尘收集筒设有进气管与排气管，沙尘收集筒筒壁外面设有轴承支架；排气系统包括曲轴、曲轴传动齿轮、活塞拉杆与活塞；曲轴由轴承安装于轴承支架，活塞位于排气管，活塞拉杆通过活塞连动头与活塞连接，活塞拉杆的另一端活动式连接于曲轴，曲轴一端安装曲轴传动齿轮；风扇包括叶片与风扇传动齿轮，风扇传动齿轮固定于叶片；风扇传动齿轮与曲轴传动齿轮啮合。沙尘收集筒由旋转支架连接在风扇竖轴，风扇可随风向改变方向，使得沙尘收集筒的进沙管口始终对准主风方向。本发明排气管中的排气速率与外界风速相等，收集真实的输沙量，不需要电力，方便野外使用。

Description

沙尘暴输沙量自动收集装置

技术领域

本发明涉及一种用于沙尘暴输沙量与风沙流输沙量的采样设备，特别一种沙尘暴输沙量自动收集装置。

背景技术

荒漠化是近几十年来全球研究的一个热点问题，而沙尘暴是荒漠化过程的一种典型表现形式，因此，关于沙尘暴的研究越来越受到世界各国政府和学术界的广泛关注。沙尘暴的输沙量则是反映沙尘暴强度的一个重要指标，然而，沙尘暴的输沙量观测是一个困扰沙尘暴观测研究的关键问题。20世纪60年代我国引进了原苏联的积沙仪，近些年来，国内有人设计出了各种各样的沙尘收集筒，但共同的缺陷是在收集器内都设置了阻挡沙尘的装置，因而大大降低了收集器内气体的流速，亦即通过收集器内的气流远远少于收集器外的气流，收集到的沙尘仅仅是沙尘暴运动中靠惯性进入收集器中的沙尘；还有的是在气流管内装置了一个类似于吸尘器的过滤袋，然而过滤袋严重阻止了气流管内气流速度，且随着过滤袋中沙尘量的增多，过滤袋的通透性还会进一步降低。发明人设计了一种磁场式沙尘暴输沙量采集仪，其专利号为ZL 2007 2 0194590.1，因其需要电力，不便于在没有电力供给的旷野应用。关于风沙流是输沙量的观测也存在同样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反映真实的输沙量、能够在不具备电力条件的野外使用的沙尘暴输沙量自动收集装置；使用该装置，能使进入收集器内气流速率等于外界气流速度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种沙尘暴输沙量自动收集装置，包括沙尘收集筒，其特征在于：还包括排气系统和风扇；沙尘收集筒设有进气管与排气管，沙尘收集筒筒壁外面设有轴承支架；排气系统包括曲轴、曲轴传动齿轮、活塞拉杆与活塞；曲轴由轴承安装于轴承支架，活塞位于排气管，活塞拉杆通过活塞连动头与活塞连接，活塞拉杆的另一端活动式连接于曲轴，曲轴一端安装曲轴传动齿轮；风扇包括叶片与风扇传动齿轮，风扇传动齿轮固定于叶片；风扇传动齿轮与曲轴传动齿轮啮合。

进气管进气口面与地面大致垂直，进气管出气口伸入沙尘收集筒内并位于排气管下沿的下面。

排气管置于沙尘收集筒内的一端封头上设排气管气门，排气管气门安装有绕水平销轴、向排气管里面活动开启的排气管气门盖；活塞设有活塞气门，活塞气门外侧安装有绕水平销轴、向排气管外面活动开启的活塞气门盖（2010）。

风扇还包括底座和竖轴，竖轴固定于底座，竖轴上端经风扇轴安装叶片。

竖轴上部安装轴套管，沙尘收集筒固定于旋转支架，旋转支架的另一端安装于轴套管。

使用时，向沙尘收集筒注水，进气管的进气口位于水位液面下方，排气管的下边缘位于水位液面上方，将本发明安装在地面或地面以上任意高度，就可以收集到观测时间内该收集仪进气管口面上的水平沙尘通量，从而为沙尘暴研究和风沙流研究提供输沙量的真实数据和样品。

当风速达到一定程度时，风力带动风扇叶片转动，固定在风扇叶片上的风扇传动齿轮带动曲轴传动齿轮转动，再带动曲轴转动，进而通过曲轴带动活塞拉杆，活塞拉杆再带动活塞在排气管中往复运动。当活塞向外运动时，自动关闭活塞上的气门而打开排气管与沙尘收集筒连通的气门，从而抽出沙尘收集筒水面上部的气体，使得外界气流从进气管中进入并通过水体补充到沙尘收集筒水面上部；当活塞向内运动时，自动打开活塞上的气门而关闭排气管与沙尘收集筒连通的气门，阻止外界气流进入沙尘收集筒中。

通过设置风扇传动齿轮的周长和活塞传动齿轮的周长的比例使得排气速率与外界风速相等。沙尘收集筒由旋转支架连接在风扇竖轴上套上，风扇可随风向改变方向，从而使得沙尘收集筒的进沙管口始终对准风方向。

本沙尘自动收集仪的关键技术在于：一是风扇传动齿轮和曲轴传动齿轮的周长比要设置合理，要使得排气管中的排气速率与外界风速相等；二是要用材质轻且不生锈的材料制作，以尽可能减小风扇转动的惯性，同时还要尽可能减小摩擦阻力和防止生锈。

本发明克服了已有沙尘收集仪的气流通量小于外界实际通量的缺陷，具有以下主要优点：

一是排气管中的排气速率与外界风速相等，即收集到的是真实的输沙量，从而克服了已有沙尘收集仪进入收集器的气流速率远远小于外界气流速度的缺陷。

二是风扇由风提供动力，不需要提供电力，方便野外使用。

三是沙尘收集仪的方向由风扇叶片自动调整，使得进气管的管口始终对准于主风向。

作为本发明的补充说明，由于沙尘收集在水中，因而对于沙尘物质中可能有的水溶性物质，可通过其他方式收集同一场沙尘暴的沙尘物质的少量样品，测定其中水溶性物质所占比例，然后按比例计算即可。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是排气系统与沙尘收集筒和风扇的结构关系示意图，

图3风扇传动齿轮、排气系统及沙尘收集筒的平面示意图，

图4是活塞向外抽出时的状态示意图，

图5是活塞向内压入时的状态示意图。

图中：1—沙尘收集筒，101—进气管，102—排气管，103—排水龙头，104—水位液面，105—进气管出气口，106—沙尘；2—排气系统，201—曲轴，202—曲轴传动齿轮，203—轴承，204—轴承支架，205—活塞拉杆，206—活塞，207—活塞连动头，208—活塞气门，209—排气管气门，210—活塞气门盖，211—排气管气门盖；3—风扇，301—叶片，302—风扇轴，303—风扇传动齿轮，304—轴套管，305—旋转支架，306—竖轴，307—底座。

具体实施方式

如图1、图2与图3所示，一种沙尘暴输沙量自动收集装置，包括沙尘收集筒1，还包括排气系统2和风扇3；沙尘收集筒1设有进气管101与排气管102，沙尘收集筒筒壁外面设有轴承支架204；排气系统2包括曲轴201、曲轴传动齿轮202、活塞拉杆205与活塞206；曲轴201由轴承203安装于轴承支架204上，活塞206位于排气管102内，活塞拉杆205通过活塞连动头207与活塞206连接，活塞拉杆205的另一端活动式连接于曲轴201，曲轴201一端安装曲轴传动齿轮202；风扇3包括叶片301与风扇传动齿轮303，风扇传动齿轮303固定于叶片301；风扇传动齿轮303与曲轴传动齿轮202啮合。

进气管进气口面与地面大致垂直，进气管出气口105伸入沙尘收集筒1内并位于排气管102下边沿下面。

排气管102置于沙尘收集筒1内的一端封头上设排气管气门209，排气管气门209安装有绕水平销轴、向排气管102里面活动开启的排气管气门盖211；活塞206设有活塞气门208，活塞气门208外侧安装有绕水平销轴、向排气管102外面活动开启的活塞气门盖210。

风扇3还包括底座307和竖轴306，竖轴306固定于底座307，竖轴306上端经风扇轴302安装叶片301。

竖轴306上部安装轴套管304，轴套管304上端经风扇轴302安装叶片301。

沙尘暴输沙量自动收集装置还包括旋转支架305，沙尘收集筒1固定于旋转支架305，旋转支架305的另一端安装于轴套管304；风扇可随风向改变方向，沙尘收集筒1随风向绕竖轴306旋转，从而使得进气管进气口始终对准主风向。

沙尘收集筒1中盛有水，进气管出气口位于水位液面104下方，排气管102的下边缘位于水位液面104上方；沙尘收集筒1安装排水龙头103，以控制每次观测前灌水的水位。

当风速增大，出现沙尘暴或风沙流时，风扇3的叶片301在风力作用下绕风扇轴302转动，带动固定在叶片301上的风扇传动齿轮303一起转动，风扇传动齿轮303再带动固定在曲轴201一端的曲轴传动齿轮202转动，曲轴传动齿轮202带动曲轴201绕曲轴轴承203转动，曲轴201带动活塞拉杆205并通过活塞连动头207带动活塞206在排气管102中往复运动。

参见图4：当风扇3通过风扇传动齿轮303和曲轴传动齿轮202、活塞拉杆205带动活塞206向外即图3所示的向右运动时，在外界气压作用下，活塞气门盖210关闭，排气管102中的气压迅速降低，排气管气门209向排气管管内方向打开，沙尘收集筒水位液面104上部气体被从排气管102中抽出而气压降低，从而使得携带沙尘的气流从进气管进气口进入，而进入进气管的气流由进气管出气口进入到水中，沙尘106沉淀到沙尘收集筒1中水的底部，而气体通过水体补充到水位液面104的上部空间。

同理，参见图5：当风扇3通过风扇传动齿轮303和曲轴传动齿轮202、活塞拉杆205带动活塞206向内即图4所示的向左压入时，排气管气门盖211关闭，活塞气门盖210打开，排气管102内的气体被向外排除，外界气流不能进入沙尘收集筒。

假定活塞在排气管中冲程为15cm，风扇传动齿轮的周长是曲轴传动齿轮的周长的10倍，风速为每秒6m，则风扇的转速为每秒钟4转，即每分钟360转，公式如下：

Figure 2012102210842100002DEST_PATH_IMAGE001

。

Claims

1.一种沙尘暴输沙量自动收集装置，包括沙尘收集筒，其特征在于：还包括排气系统（2）和风扇（3）；沙尘收集筒（1）设有进气管（101）与排气管（102），沙尘收集筒筒壁外面设有轴承支架（204）；排气系统（2）包括曲轴（201）、曲轴传动齿轮（202）、活塞拉杆（205）与活塞（206）；曲轴（201）由轴承（203）安装于轴承支架（204）上，活塞（206）位于排气管（102）内，活塞拉杆（205）通过活塞连动头（207）与活塞（206）连接，活塞拉杆（205）的另一端活动式连接于曲轴（201），曲轴（201）一端安装曲轴传动齿轮（202）；风扇（3）包括叶片（301）与风扇传动齿轮（303），风扇传动齿轮（303）固定于叶片（301）；风扇传动齿轮（303）与曲轴传动齿轮（202）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：进气管进气口面与地面大致垂直，进气管出气口（105）伸入沙尘收集筒（1）内并位于排气管（102）下边沿下面。

3.根据权利要求1所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：排气管（102）置于沙尘收集筒（1）内的一端封头上设排气管气门（209），排气管气门（209）安装有绕水平销轴、向排气管（102）里面活动开启的排气管气门盖（211）；活塞（206）设有活塞气门（208），活塞气门（208）外侧安装有绕水平销轴、向排气管（102）外面活动开启的活塞气门盖（210）。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：风扇（3）还包括底座（307）和竖轴（306），竖轴（306）固定于底座（307），竖轴（306）上端经风扇轴（302）安装叶片（301）。

5.根据权利要求4所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：竖轴（306）上面安装轴套管（304），轴套管（304）上端经风扇轴（302）安装叶片301。

6.根据权利要求5所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：沙尘暴输沙量自动收集装置还包括旋转支架（305），沙尘收集筒（1）固定于旋转支架（305），旋转支架（305）的另一端安装于轴套管（304）。

7.根据权利要求6所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：沙尘收集筒（1）中盛有水，进气管出气口位于水位液面（104）下方，排气管(102)的下边缘位于水位液面（104）上方。

8.根据权利要求7所述的一种沙尘暴输沙量自动收集装置，其特征在于：沙尘收集筒（1）安装排水龙头（103）。