CN103134658A

CN103134658A - 风沙收集仪

Info

Publication number: CN103134658A
Application number: CN2011103949147A
Authority: CN
Inventors: 张戎令; 王启才; 党振峰; 朱昌岳; 王朝阳; 张爱萍; 牛叔强; 唐述林; 李文波; 杨晓晖; 薛吉安; 魏存兰
Original assignee: China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Current assignee: China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN103134658B

Abstract

本发明涉及一种风沙流量的测量装置，具体的说，是一种风沙收集仪，包括旋转装置与收集桶；还包括立柱，旋转装置与收集桶是旋转收集组件；立柱上设有数个悬撑，悬撑上固定安装旋转收集组件。旋转收集组件包括转轴、轴承、收集桶与风向导板；收集桶通过轴承安装于转轴上部，转轴下端固定连接于悬撑，收集桶内固设有隔板，隔板将收集桶分成上仓室与下仓室，上仓室侧壁设有进风口，上仓室设有出风口，上仓室侧壁、与进风口相反的方向设风向导板，轴承位于下仓室。它能够收集不同垂直高度空中飞跃的颗粒，抵抗17级大风；用来确定不同高度起沙风速，监测风力搬运沙粒重量；仪器安装简单，易于操作，工程成本小；能够满足距地面25m高度垂直区域的风沙收集。

Description

风沙收集仪

技术领域

本发明涉及一种风沙流量的测量装置，具体的说是一种风沙收集仪。

背景技术

风沙对混凝土结构的风蚀机理、造成的危害，对其耐久性的影响程度等成为当前混凝土结构研究的一个重要领域，特别是在大风地区，研究风沙对混凝土的磨蚀机理，成为这些地区必须考虑的问题。由于兰新二线处于西北地区，沿线穿越安西风区、烟墩风区、百里风区、三十里风区、达坂城风区等五大分区，最大风速60m/s，局部段大于8级风的天数超过200天。新建兰新二线戈壁地区大风条件下风对混凝土结构造成的危害是：

第一，风砂加剧了使用阶段混凝土的表面损伤速度。在强烈的大风作用下，地表面的风沙，甚至是小的砾石会随着大风而卷起，撞击到结构物混凝土上，混凝土表面将出现坑窝损伤，此类破坏已危及到混凝土抗冲击的性能；研究大风地区风沙对混凝土结构的磨损机理，对提高混凝土抗风蚀等耐久性意义重大；

第二，风害致使混凝土结构表面破损，加剧了使用阶段混凝土的冻融破坏速度。混凝土抗冻性是混凝土抵抗反复冻融循环的能力。兰新二线地处夏季酷热、冬季严寒地区，其混凝土抗冻性不足是造成耐久性破坏的主要原因。混凝土冻融破坏的机理主要是由于毛细孔中水结冰产生膨胀应力及渗透应力，当这种应力超过混凝土局部抗拉强度时，就可能产生裂缝，在反复冻融作用下，混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大，导致混凝土产生疏松剥落，直至破坏。风害会加剧冻融破坏应力。在这种极端恶劣的大风气候条件下，如何准确掌握风沙的运动规律及其对混凝土结构的风蚀机理，进而提高混凝土结构耐磨性的问题，是兰新二线高性能混凝土难以解决的一大技术难题。

针对研究风沙运动规律的研究，国内外学者作了许多有意义的探索，如近地面风沙流沙通量仪、风沙流动态监测仪、风沙监测集沙仪、风沙流流量监测仪、风沙流输沙量测定仪、全自动野外风沙监测仪、PX-JSY-A2型风沙流积沙仪等，这些有意义的研究和发明，在不同的风沙研究中发挥了重要的作用。

现有技术之一：近地面风沙流沙通量仪，是一种可以测量近地面高度范围内不同高度的风沙输移通量的机械设备。其包括带有前盖和后盖的盒体，盒体的前面均匀分布有若干个沙尘入口，盒体内相应于每个沙尘入口位置设有一个取样盒，相邻两个取样盒之间具有间隙，取样盒的上面设有沙网，前盖盖在沙尘入口上，后盖上设有若干出风口。其在野外风沙和风洞实验中，风沙流过时，其沙粒被不同高度的取样盒捕获，进而获得输沙率及其垂向分布。

近地面风沙流沙通量仪存在以下缺点：

1、在后盖上设有的出风口会将盒体中收集的沙粒带走，难以真实反映实际沙粒分布情况；

2、不同高度取样盒受风向影响小，难以随着风向的变化而变化，采集风沙量受取样盒口迎风程度影响较大；

3、沙网的设置给收集沙粒带来不利影响。

现有技术之二：风沙流动态监测仪，是一种风沙流动态监测仪器，其由称重式集沙箱、单片机数据采集仪、称重式传感器、风速风向传感器构成，单片机数据采集仪接口通过输送线分别与称重式集沙箱、风速风向传感器相接。气流中飞跃的颗粒，降落时碰撞地面而产生的回弹称跃移的沙粒进入方格孔，由引沙通道进入集沙筒。集沙筒放置在称重式传感器上，可以收集不同方位的跃移沙粒，测得的数据便于与风向、风速资料建立相关关系，实现显示、打印、存盘，实时在线自动连续采集数据的目的。

风沙流动态监测仪的缺点：

1、其主要用来收集颗粒碰撞地面而回弹跃移的沙粒，不能收集在空中飞跃的颗粒，在垂直分布上难以反映沙粒的分布情况；

2、不能抵抗约17级的风力，在这种情况下，在大风戈壁地区长期风沙采集过程中，各组件协调工作成为砂砾收集成功的一项瓶颈；

现有技术之三：风沙监测集沙仪，其涉及干旱、半干旱风沙区的沙丘监测技术，具体为一种风沙监测集沙仪。由主体、底座上下设置而成，主体为分层结构，每层由进沙管和集沙盒连接而成，进沙管和集沙盒相通，进沙管外侧开口为风沙进口，集沙盒外侧开口处设有滤网。可以随时调整风沙流观测高度，即风沙进口高度，从而更适应不同的风力情况和沙丘类型；圆盘型底座起到支撑和固定集沙仪的作用，可旋转式支架则随自然风向转变而调整集沙仪风沙进口角度。

风沙监测集沙仪的缺点：其主要适用于沙丘地带沙粒的观察，难以满足戈壁地区大风下沙土集砾石的收集及监测。

针对西北地区特殊的气候条件，特别是新建兰新铁路第二双线在建设过程中，应用目前现有的风沙收集技术难以达到预期的效果。为了通过对风沙不同高度分布及运动规律的深入分析和研究，以掌握风沙对混凝土结构破坏机理，需要研制一种适用于适用四级以上风力地区对砂粒的收集；同时可以抵抗60m/s（约17级大风）的大风气候使用的风沙收集仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种结构简单，适用于戈壁地区大风下沙土集砾石的收集的风沙收集仪。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种风沙收集仪，包括旋转装置与收集桶；其特征在于：风沙收集仪还包括立柱，旋转装置与收集桶是旋转收集组件；立柱上设有数个悬撑，悬撑上固定安装旋转收集组件。

旋转收集组件包括转轴、轴承、收集桶与风向导板；收集桶通过轴承安装于转轴上部，转轴下端固定连接于悬撑，收集桶内固设有隔板，隔板将收集桶分成上仓室与下仓室，上仓室侧壁设有进风口，上仓室设有出风口，上仓室侧壁、与进风口相反的方向设风向导板，轴承位于下仓室。

西北地区大风、戈壁等特殊的恶劣的气候条件，给高性能混凝土耐风蚀提出了新的考验。新研制的SLS—型风沙收集仪，即本发明根据大量理论分析、室内试验研究、室外验证，证实SLS—型风沙收集仪可以有效的掌握大风地区沙粒的运动规律，通过运动规律的掌握，可以深入研究提高混凝土的耐磨性，进而使混凝土工程达到设计、施工、使用的要求。本发明能够满足兰新二线对不同高度、不同风速、不同风向下，风沙分布及运动规律的研究。SLS—型风沙收集仪能够收集不同垂直高度在空中飞跃的颗粒、同时可以抵抗60m/s，即约17级大风气候；可以用来确定不同高度起沙风速，监测风力搬运沙粒重量；得到风沙持续时间、风沙运动的强度；不同风向时自动衡收集风沙；监测风沙流的实时性关系；仪器安装简单，易于操作，工程成本小；能够满足距地面25m高度垂直区域的风沙收集；对环境不会造成污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是旋转收集组件的结构示意图。

图中：1—立柱底座，2—轴承，3—收集桶，301—上仓室，302—下仓室，4—转轴，5—螺母，6—隔板，7—进风口，8—出风口，9—风向导板，10—锚固钢丝束，11—悬撑，12—立柱，13—上仓顶盖，14—固定板，15—旋转收集组件，16—紧固螺母，17—收集桶底盘，18—地面。

具体实施方式

如图1所示：一种风沙收集仪，包括旋转装置与收集桶3；其特征在于：风沙收集仪还包括立柱12，旋转装置与收集桶3是旋转收集组件15；立柱12上设有数个悬撑11，悬撑11上固定安装旋转收集组件15。参见图2：旋转收集组件15包括转轴4、轴承2、收集桶3与风向导板9；收集桶3通过轴承2安装于转轴4上部，转轴4下端由紧固螺母16固定连接于悬撑11，收集桶3内固设有隔板6，隔板6将收集桶3分成上仓室301与下仓室302，上仓室301侧壁设有与大气相通的进风口7，上仓室301设有与大气相通的出风口8，上仓室301侧壁、与进风口7相反的方向设风向导板9，轴承2位于下仓室302。

上仓室301用来存放收集到的沙粒，下仓室302用来固定转轴4；下仓室302是密闭的仓室；下仓室302设有固定板14，轴承2内圈与转轴4连接，轴承2外圈与固定板14连接；转轴4的两端设有套丝螺纹，转轴4下端通过紧固螺母16将其固定在悬撑11上，便于将旋转收集组件15随时取下，分析砂粒的数量，颗粒粒径分布，转轴4上端、轴承2上面装有螺母5，螺母5限定轴承2防止轴承2上下窜动。

风向导板9制作成梯形，有利于与风力相平衡；风向导板9中心距收集桶3外缘的距离L为100cm，保证了在4～17级的风力作用下，进风口7的方位与风向一致，真实的反映沙粒的数量级运动规律。

立柱12是管材，悬撑11的横撑穿过立柱12固定；悬撑11作为工作人员攀爬的阶梯；为了保证立柱12的安装强度，抵抗强风，作为本发明的完善，在地面18下浇注立柱底座1，立柱12固定于立柱底座1；回填土将立柱底座1与立柱12下端掩埋于地下。

作为本发明的进一步完善，立柱12装有锚固钢丝束10。锚固钢丝束10能够抵抗在17级甚至更大的风力下，SLS—风沙收集仪不被破坏，而正常工作。为了使图1的图面清晰，图1中画出了一根锚固钢丝束10，实际安装锚固钢丝束10的数量不限于一根。

收集桶3的直径为16cm；隔板6与收集桶底盘17的间距5cm。出风口8设在收集桶3的上仓顶盖13上，进风口7中心到隔板6的距离为27cm。有效的解决了沙粒被大风从收集桶带出的问题。

Claims

1. 一种风沙收集仪，包括旋转装置与收集桶；其特征在于：风沙收集仪还包括立柱（12），所述旋转装置与收集桶是旋转收集组件（15）；所述立柱（12）上设有数个悬撑（11），所述悬撑（11）上固定安装所述旋转收集组件（15）；所述旋转收集组件（15）包括转轴（4）、轴承（2）、收集桶（3）与风向导板（9）；所述收集桶（3）通过所述轴承（2）安装于所述转轴（4）上部，所述转轴（4）下端由紧固螺母（16）固定连接于所述悬撑（11），所述收集桶（3）内固设有隔板（6），所述隔板（6）将所述收集桶（3）分成上仓室（301）与下仓室（302），所述上仓室（301）侧壁设有进风口（7），所述上仓室（301）设有出风口（8），所述上仓室（301）侧壁、与所述进风口（7）相反的方向设所述风向导板（9），所述轴承（2）位于所述下仓室（302）。

2.如权利要求1所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述下仓室（302）是密闭的仓室；所述下仓室（302）设有固定板（14），所述轴承（2）内圈与所述转轴（4）连接，所述轴承（2）外圈与所述固定板（14）连接；所述转轴（4）的两端设有套丝螺纹，所述转轴（4）上端、所述轴承（2）上面装有螺母（5）。

3.如权利要求1所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述风向导板（9）是梯形。

4.如权利要求1所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述风向导板（9）中心距所述收集桶（3）外缘的距离L为100cm。

5.如权利要求1所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述出风口（8）设在所述收集桶（3）的上仓顶盖（13）上。

6.如权利要求1所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述隔板（6）与收集桶底盘（17）的间距是5cm；所述进风口（7）中心到所述隔板（6）的距离为27cm。

7.如权利要求1至6任意一项所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述收集桶（3）的直径为16cm。

8.如权利要求7所述的一种风沙收集仪，其特征在于：地面（18）下设有立柱底座（1），所述立柱（12）固定于所述立柱底座（1）。

9.如权利要求8所述的一种风沙收集仪，其特征在于：所述立柱（12）装有锚固钢丝束（10）。