CN105064228A - 一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，利用荻草的生态结构原理，由高分子聚乙烯纤维编织制成具有荻草叶面的斜纹凸棱-鳞片的二重微纳结构仿生抑尘网，吸附拦截颗粒物大量颗粒物，通过与稳流防风罩的共同作用达到防风抑尘的效果。本发明结构简单、应用性强、防风抑尘效果明显，稳流防风罩开孔率可调，并且可在气流方向发生位移，抗强风冲击能力强，仿生抑尘网具自清洁性，实现重复吸附颗粒物及粉尘等污染物的功能，避免二次污染的产生，根据实际情况，可将防风抑尘墙单元连接成一定面积的防风抑尘带。

Description

一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙

技术领域

本发明涉及一种防风抑尘墙，尤其是提供了一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，属于大气环保防护实施技术领域。

背景技术

目前，空气污染问题对居民生活和工作造成很大危害，如燃煤、汽车尾气排放及养殖场换气等都会对附近空气造成较大污染。特别是钢铁场、大型养殖场和建筑工地等都会产生大量的细颗粒粉尘进入大气中，与大气中水蒸汽结合作用会降低当地能见度，由此导致的雾霾等一系列环境问题并可能导致附近居民的健康问题。因此，在钢铁场、大型养殖场和建筑工地等空气污染严重的地区，急需有效的防风抑尘的措施。

总结现有防风抑尘墙的弊端主要是：多数装置通过降低风速来降低起尘量，从而达到减少颗粒物的目的，而对于已经扬起的颗粒物，通常依靠碰撞机制原理来拦截颗粒物，即通过降低风速来减少颗粒物的运动速度和动量，使其不能通过防风抑尘墙，但该部分颗粒物依然悬浮在空气中，并不能被有效去除；即使有少部分防尘网试图利用吸附作用去除颗粒物，由于其表面附着颗粒物一定时间后饱和，导致其吸附颗粒物能力非常有限，并且当强风吹过时还容易导致颗粒物的二次污染；另外，目前多数防风墙的开孔率固定，不能随风速自动调节，并且防风墙部件不具备自由度。

因此，提供一种能有效去除空气中的颗粒物及粉尘等污染物、避免颗粒物二次污染、可自动调节开孔率的双自由度的防风抑尘设施是本发明的主要任务。

发明内容

本发明提供了一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，可自动调节防风抑尘墙的开孔率，能有效去除空气中的颗粒物及粉尘等污染物，同时避免颗粒物二次污染。

本发明所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：由稳流防风罩、仿生抑尘网、弹簧限位结构、钣金框架和固定在混凝土基础上的支撑钢架组成，其中，稳流防风罩通过弹簧限位结构对称固定于钣金框架的前后两端，稳流防风罩框架具有数个挂钩，半圆形活页页片上具有折线形插销，将折线形插销设置在挂钩上，可随风速变化自行调节半圆形活页前后摆动的角度，摆动角度范围在0°～180°之间，从而调节稳流防风罩的开孔率，调节范围在0%～70%之间；仿生抑尘网平行设置在钣金框架内部；弹簧限位结构将稳流防风罩连接在钣金框架上，定位螺栓穿过稳流防风框架上分布的通孔和钣金框架上水平分布的U形限位孔，固定螺栓穿过钣金框架上分布的通孔，均由紧定螺母固定，弹簧的两端分别固定在定位螺栓和固定螺栓上，通过定位螺栓、弹簧和固定螺栓共同调节稳流防风罩相对钣金框架在水平方向上产生位移，U形限位孔限定了极限位移距离；钣金框架为主体框架结构，具有数个通孔及水平方向的U形限位孔，通过螺栓固定于支撑钢架上；支撑钢架用混凝土牢固固定于地表。

本发明所述的仿生抑尘网，由表面特殊加工的高密度聚乙烯纤维制成，高密度聚乙烯纤维直径为0.7～1mm，表面通过激光干涉光刻或热氧化等方法处理后使其与荻草叶面斜纹凸棱-鳞片二重微纳结构相似，开孔率为28%，斜纹凸棱当量尺寸在100μ～500μ之间，鳞片结构的当量尺寸在10nm～600nm之间，高密度聚乙烯纤维表面接触角为153.3°。

本发明所述的稳流防风罩在静态时在弹簧限位结构的作用下，受到弹簧压力，处于U形限位孔外侧，即最小位移处。

本发明所述的稳流防风罩在强风经过时，受到风压力作用，带动弹簧被压缩，稳流防风罩相对钣金框架发生沿风向的水平位移，直至弹簧产生的压力与风压力相等或到达U形限位孔最大位移处。

本发明所述的支撑钢架由0Cr18Ni9不锈钢（即304号钢）制成的工型钢组成，其基部以混凝土固定于地表，可将防风抑尘墙单元连接成一定面积的防风抑尘带。

本发明的工作原理和过程如下：

固定本装置到指定地点，空气和颗粒物及粉尘等污染物通过流动进入本装置内，稳流防风罩在风压下带动弹簧限位结构发生压缩，沿风向水平移动，直至弹簧压力等于风压力或到达U形限位孔最大位移处，同时稳流防风罩上分布数个半圆形活页结构，半圆形活页随风速摆动改变其开闭程度，使空气流速降低，并拦截部分颗粒物及粉尘等污染物，增加整体的抗风强度；含颗粒物及粉尘等污染物的气流进一步通过仿生抑尘网，仿生抑尘网由表面经过激光干涉刻蚀或热氧化等方法处理的高密度聚乙烯纤维制成，与荻草叶面的斜纹凸棱-鳞片的二重结构相似，可以有效的吸附拦截颗粒物及粉尘等空气污染物；仿生抑尘网具有超疏水的特性，因此在清洗或雨水冲刷仿生抑尘墙时，其表面累积的颗粒物及粉尘等污染物可被水珠充分包裹携带，随水珠滚落而被带走，从而可以被彻底清洁；被清洁并降速后的气流继续通过后端稳流防风罩，再次被梳理降速后离开装置。

本发明的稳流防风罩上分布若干活页结构，在气流的作用下自由摆动，并可随着稳流防风罩的移动在水平方向移动，具有双自由度，因而可以随风速自动调节开孔率，降低风速，并且极大程度的增加整体抗风强度。仿生抑尘网具有良好的吸附拦截颗粒物能力，以及超疏水的特性，避免了二次污染的产生，实现重复吸附颗粒物及粉尘等污染物的功能。采用了稳流防风罩和仿生抑尘网结合于同一钣金框架上的立体结构，不同于以往的防风抑尘墙，具有了一定的空间几何结构，提高了降低风速的作用效果，增加了装置的稳定性；并且可根据场地实际条件不同，将若干个仿生防风抑尘墙单元连接成不同大小的防风抑尘带。

本发明的积极效果在于：利用荻草的生态结构原理，由高分子聚乙烯纤维编织制成具有荻草叶面的斜纹凸棱-鳞片的二重微纳结构仿生抑尘网，吸附拦截颗粒物，通过与稳流防风罩的共同作用达到防风抑尘的效果。本发明的二重微纳结构使比表面积增大，拦截颗粒物的效率较普通防风抑尘墙更高。本发明结构简单、应用性强、防风抑尘效果明显，稳流防风罩开孔率可调，并且可在气流方向发生位移，抗强风冲击能力强，仿生抑尘网具自清洁性，实现重复吸附颗粒物及粉尘等污染物的功能，避免二次污染的产生，根据实际情况，可将防风抑尘墙单元连接成一定面积的防风抑尘带。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是图1中的A向剖视图；

图3是图2中的B处局部放大剖视图；

图4是图2中的C处局部放大剖视图；

图5是本发明实施例的钣金框架立体示意图；

图6是本发明实施例的稳流防风框架的立体示意图；

图7是图6中的D向剖视图；

图8是图7中的E处局部放大剖视图；

图9是本发明实施例的活页立体示意图；

图10是本发明实施例的仿生抑尘网立体示意图；

图11是图10中的F处局部放大示意图；

其中：1、弹簧限位结构；2、稳流防风罩；3、钣金框架；4、支撑钢架；5、仿生抑尘网；6、U形限位孔；7、紧定螺母；8、定位螺栓；9、弹簧；10、固定螺栓；11、稳流防风框架；12、活页页片；13、挂钩；14、通孔；15、折线插销；16、高密度聚乙烯纤维；17、鳞片结构；18、斜纹凸棱。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容，本发明的非限定实施例如下：

实施例1

请参阅图1～图11。本发明专利提供了一种仿生防风抑尘墙，由稳流防风罩2、仿生抑尘网5、弹簧限位结构1、钣金框架3和支撑钢架4组成；稳流防风罩2包括稳流防风框架11和活页结构12，对称固定于钣金框架3的前后两端，由镀铝锌钢板（7.86g/cm³）材料制成，为方形盖状，深度为100mm，长宽都为1000mm，壁厚1mm，稳流防风罩框架11上具有数个挂钩13，在半圆形活页12上具有折线形插销15，折线形插销15设置在挂钩13上，构成可随风速变化自动调节半圆形活页12前后摆动的角度，摆动角度范围在0°～180°之间，从而调节稳流防风罩2的开孔率，调节范围在0%～70%之间；仿生抑尘网5平行固定于钣金框架3的内部，由表面经过特殊加工的高密度聚乙烯纤维16制成；弹簧限位结构1包括定位螺栓8、固定螺栓10、弹簧9、紧定螺母7、U形限位孔6和通孔14，将稳流防风罩2连接在钣金框架3上，定位螺栓8穿过稳流防风框架11上分布的通孔14和钣金框架3上水平分布的U形限位孔6，固定螺栓10穿过钣金框架3上分布的通孔14，均由紧定螺母7固定，弹簧9的两端分别固定在定位螺栓8和固定螺栓10上，通过定位螺栓8、弹簧9和固定螺栓10共同调节稳流防风罩2相对钣金框架3在水平方向上产生位移，U形限位孔6限定了极限位移距离；钣金框架3为主体框架结构，通过螺栓固定于支撑钢架4上，由3mm厚钢板制成，为一方形框架，长宽均为998mm，高度为398mm，具有数个直径为4mm的通孔14及水平方向的U形限位孔6，其长度为20mm，距离框架边缘200mm；支撑钢架4基部用混凝土牢固固定于地表。

所述仿生抑尘网1开孔率为28%，由表面经特殊加工的高密度聚乙烯纤维16制成，仿生抑尘网5长宽均为1000mm，高度为100mm，厚为5mm。

所述制成仿生抑尘网5的高密度聚乙烯纤维16，其直径为0.8mm，表面通过激光干涉光刻或热氧化等方法使其具有仿荻草叶面斜纹凸棱-鳞片二重微纳结构，斜纹凸棱18当量尺寸在100μm～500μm之间，鳞片结构17的当量尺寸在10nm～600nm之间，高密度聚乙烯纤维16表面达到153.3°的接触角，由于具有该结构，仿生抑尘网5可吸附拦截颗粒物及粉尘等空气污染物，并具有超疏水特性，清洗或雨水冲刷仿生抑尘网的时候，其表面吸附的颗粒物及粉尘等污染物可被水珠充分包裹携带，随水珠滚落而被带走，实现重复吸附颗粒物及粉尘等污染物的功能。

所述稳流防风罩2在静止时，在弹簧限位结构1的作用下，受到弹簧9的压力，处于U形限位孔6外侧，即最小位移处。

所述稳流防风罩在强风经过时，受到风压力作用，带动弹簧9被压缩，稳流防风罩2相对钣金框架3发生沿风向的水平位移，直至弹簧9产生的压力与风压力相等或达到U形限位孔6的最大位移处。

所述支撑钢架4由0Cr18Ni9不锈钢（即304号钢）制成，具有良好的耐腐蚀性能，多个防风抑尘墙可通过支撑钢架4相互连接，组成不同尺寸的防风抑尘带。

Claims (6)

1.一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：由稳流防风罩、仿生抑尘网、弹簧限位结构、钣金框架和固定在混凝土基础上的支撑钢架组成，其中，稳流防风罩通过弹簧限位结构对称固定于钣金框架的前后两端，稳流防风罩框架具有数个挂钩，半圆形活页页片上具有折线形插销，将折线形插销设置在挂钩上，可随风速变化自行调节半圆形活页前后摆动的角度，摆动角度范围在0°～180°之间，调节稳流防风罩的开孔率，调节范围在0%～70%之间；仿生抑尘网平行设置在钣金框架内部；弹簧限位结构将稳流防风罩连接在钣金框架上，定位螺栓穿过稳流防风框架上分布的通孔和钣金框架上水平分布的U形限位孔，固定螺栓穿过钣金框架上分布的通孔，均由紧定螺母固定，弹簧的两端分别固定在定位螺栓和固定螺栓上，通过定位螺栓、弹簧和固定螺栓共同调节稳流防风罩相对钣金框架在水平方向上产生位移，U形限位孔限定了极限位移距离；钣金框架为主体框架结构，具有数个通孔及水平方向的U形限位孔，通过螺栓固定于支撑钢架上。

2.根据权利要求1所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：仿生抑尘网开孔率为28%。

3.根据权利要求1所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：仿生抑尘网由仿荻草叶面斜纹凸棱-鳞片二重微纳结构的高密度聚乙烯纤维制成，高密度聚乙烯纤维直径为0.7～1mm，斜纹凸棱当量尺寸在100μ～500μ之间，鳞片结构的当量尺寸在10nm～600nm之间，高密度聚乙烯纤维表面接触角为153.3°。

4.根据权利要求1所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：所述稳流防风罩在静态时在弹簧限位结构的作用下，受到弹簧压力，处于U形限位孔外侧，即最小位移处。

5.根据权利要求1所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：所述稳流防风罩在强风经过时，受到风压力作用，带动弹簧被压缩，稳流防风罩相对钣金框架发生沿风向的水平位移，直至弹簧产生的压力与风压力相等或到达U形限位孔最大位移处。

6.根据权利要求1所述的一种基于荻草叶面微观结构的双自由度仿生防风抑尘墙，其特征在于：所述支撑钢架由0Cr18Ni9不锈钢制成的工型钢组成，其基部以混凝土固定于地表，可将防风抑尘墙单元连接成一定面积的防风抑尘带。