CN108361220A - 一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置，包括固定台，所述的固定台上开设有抽风口，在所述的固定台上围绕抽风口分布有多个送风管，其中：所述的多个送风管中，每一个送风管上均开设有送风孔，并且不同送风管上送风孔的朝向均不相同；所述的固定台上活动式安装有背板，背板上开设有排风孔，排风孔通过排风管与抽风装置连接。本发明装置的结构，送风时可在抽风口上部形成弯曲的柱状空气涡旋，造成强大的负压梯度和气流上升速度，将抽风口中生成的污染物通过空气涡旋输运到排风孔处排出，防止污染物产生逸散，大幅度提高侧吸排风系统的捕集效率。

Description

一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置

技术领域

本发明涉及一种通风装置，具体涉及一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置。

背景技术

工业生产中经常产生大量的污染气体、烟尘、蒸汽等有害物质，严重威胁到了产品质量、生产安全和工人的健康。因此，在污染物散发位置需要使用局部排风罩来对污染源处散发污染物进行捕集和控制。由于在生产过程中许多散发污染源的位置需要在其上部进行吊运、加料、搅拌、观察等活动，故很多情况下不能加装顶吸式排风罩。为了及时捕集这些污染源散发的污染物，常采用侧吸式排风罩，如铸造工业中利用侧吸式排风罩捕集铸造烟尘，电解铝采用槽边侧吸式排风罩捕集电解槽内酸雾等。但根据流体力学的汇流场原理，随着与排风口距离的增加，排风速度快速下降，在距离排风口位置一倍排风口直径距离时，排风速度即降低到最大排风速度的约10％左右。这种情况就导致传统的侧吸式排风罩存在控制距离近、控制范围小、易受横风干扰等缺点，因此捕集效率不高。如果要提高捕集效率，则必须增大排风量，这样势必会增大能耗；同时随着排风量增大，侧吸式排风罩的捕集效率提高速率逐渐减小，导致经济性很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置，可将操作容器中的污染物通过空气涡旋输运到排风口处排出，防止污染物产生逸散，大幅度提高侧吸排风系统的捕集效率。

为了使实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置，包括固定台，所述的固定台上开设有抽风口，在所述的固定台上围绕抽风口分布有多个送风管，其中：

所述的多个送风管中，每一个送风管上均开设有送风孔，并且不同送风管上送风孔的朝向均不相同；所述的固定台上活动式安装有背板，背板上开设有排风孔，排风孔通过排风管与抽风装置连接。

进一步地，所述的送风管为弧形结构，所述的背板铰接在固定台的边缘上，所述的送风管的一端连接在背板上，送风管的另一端与所述的固定台活动连接，且可伸入到固定台内部，从而使所述的背板可扣在抽风口上。

进一步地，所述的送风管包括成对布设的第一送风管和第二送风管，所述的固定台上开设有卡孔，所述的第一送风管、第二送风管的端部穿过卡孔位于固定台内部且安装有限位板，限位板的直径大于所述卡孔的直径。

进一步地，所述的送风管的横截面为矩形结构，所述的第一送风管、第二送风管均设置一对，所述的送风孔包括开设在第一送风管侧面上的第一送风孔以及开设在第二送风管侧面上的第二送风孔。

进一步地，所述的第一送风管较长而第二送风管较短，第一送风管、第二送风管平行。

进一步地，所述的背板上设置有导风管，所述的导风管的两端分别连接一个第一送风管和一个第二送风管，导风管上连接有供风管，供风管与送风装置连接。

进一步地，所述的供风管垂直连接在导风管的中部，在导风管内部设置有分流板，分流板上设置有一对呈弧面状或斜面状的导流面，所述的分流板沿导风管轴向的截面呈三角形结构；所述的导风管与第一送风管、第二送风管的连接处设置有导流叶片，导流叶片为弧形结构且间隔设置多个。

进一步地，所述的供风管两侧的导风管上分别安装有调节阀。

进一步地，所述的第一送风管为伸缩式结构，由多段节管级联构成，包括初节管、末节管以及至少一段连接在初节管、末节管之间的中节管，其中：

所述的初节管的末端、中节管的末端均设置有环板，所述的中节管的前端、末节管的前端均设置有卡板；在自初节管至末节管的方向上，每一段节管的直径逐渐减小，相邻的节管中，直径较小的节管的端部伸入到直径较大的节管中。

本发明具有以下技术特点：

本发明装置有开启和闭合两种工作状态。当污染物的量相对较少时，背板关闭时，关闭导风管上的调节阀，送风管不工作，排风口正常工作，抽风口内部形成封闭空间，在其中污染源散发的污染物通过排风孔被排走，阻止其扩散到周围环境中；当污染物的量较大时，将背板打开，与操作容器呈90°夹角，开启调节阀使送风管正常工作，送风孔使气流沿同一切向方向运动，从而提供送风角动量气流，配合排风孔处的排风气流，根据空气涡旋动力学原理，形成弯曲的柱状空气涡旋，造成强大的负压梯度和气流上升速度，可将抽风口中生成的污染物通过空气涡旋输运到排风孔处排出，防止污染物产生逸散，大幅度提高侧吸排风系统的捕集效率。

附图说明

图1为本发明的开启状态整体结构正面右侧示意图；

图2为本发明的开启状态整体结构正面左侧示意图；

图3为本发明的开启状态整体结构背面示意图；

图4为本发明的送风管侧面示意图；

图5为本发明的关闭状态整体结构示意图；

图6为本发明的关闭状态内部送风管道结构示意图；

图7为本发明的开启状态送风和排风气流方向示意图；

图8为本发明中第一送风管的部分剖视示意图；

图9为本发明中第一送风管上相邻的节管端部的配合结构示意图；

图10为固定台上抽风口附近平面速度矢量图；

图11为固定台上抽风口附近平面压力分布图；

图12为数值模拟中本发明的抽风口的污染物运动流线与传统侧吸式排风罩的抽风口的污染物运动流线对比图，其中(a)为传统侧吸式排风罩，(b)为本发明装置；

图中标号代表：1—送风管，1-1—第一送风管，1-1-1—初节管，1-1-2—末节管，1-1-3—中节管，1-1-4—环板，1-1-5—卡板，1-2—送风孔，1-2-1—第二送风孔，1-2-2—第一送风孔，1-3—第二送风管，1-4—卡孔，1-5—限位板，2—排风孔，3—背板，4—固定台，5—供风管，6—排风管，7—导风管，7-1—调节阀，7-2—分流板，7-3—导流叶片，A—抽风口。

具体实施方式

如图1至图12所示，本发明公开了一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置，包括固定台4，所述的固定台4上开设有抽风口A，在所述的固定台4上围绕抽风口A分布有多个送风管1，其中：

所述的多个送风管1中，每一个送风管1上均开设有送风孔1-2，并且不同送风管1上送风孔1-2的朝向均不相同；所述的固定台4上活动式安装有背板3，背板3上开设有排风孔2，排风孔2通过排风管6与抽风装置连接。

本方案中的主体结构包括一个固定台4，优选地，如图1所示，固定台4可以为一个形状规则的台体，例如为图示的矩形台，也可以为其他形状，例如圆形、三角形等结构。为便于安装和精简结构，所述的固定台4为空心结构。为解决现有技术中许多污染源上方不能加装排风装置的问题，本方案设计出了这种固定台4式结构，在使用的时候，将固定台4安装在污染源的周围，即，将污染源位于所述的抽风口A中，所述的污染源可以是排烟的烟筒、蒸汽管或者散发有害物质的敞口容器(例如工业上一些会产生二氧化硫、氮氧化物等有害气体的反应容器)等。本方案对于污染源产生的污染物进行处理的手段在抽风口A上方形成空气涡旋，利用空气涡旋将污染物顺着排风孔2被抽走。为此，本方案中在抽风口A周围布设了多个送风管1，送风管1上分布有送风孔1-2。为了便于产生空气涡旋，不同送风管1上的送风孔1-2的朝向是不同的，这样从不同送风管1上的送风孔1-2吹出的风力混合后，将形成柱状的空气涡旋，造成强大的负压梯度和气流上升速度；而背板3上开设有排风孔2，当抽风装置打开时，空气涡旋将裹挟污染物由排风孔2中被抽走，由此防止污染物产生逸散，大幅度提高侧吸排风系统的捕集效率，在这种情况下，不影响通过上部进行吊运、加料、搅拌、观察等生产操作。所述的抽风装置可采用轴流风机。

如图1至图3所示，本实施例中，所述的送风管1为弧形结构，所述的背板3铰接在固定台4的边缘上，所述的送风管1的一端连接在背板3上，送风管1的另一端与所述的固定台4活动连接，且可伸入到固定台4内部，从而使所述的背板3可扣在抽风口A上。

本方案中的背板3有多个重要作用，其一是用以安装送风管1，对送风管1的端部起到安装、支撑的作用；其二是由于背板3采用铰接的安装方式，使得背板3可以旋转至扣合在所述的固定台4的上表面上，以使排风孔2直接与所述的抽风口A对接。在污染源散发出的污染物的量较少时，可采用此种形式，此时将背板3盖在抽风口A上后，打开抽风装置，即可将污染源产生的少量污染物抽走，如图5、图6所示。而当污染源产生的污染物量较大时，为了避免污染物不能及时排除而散逸到周围空气中，可将背板3旋转至与固定台4垂直，如图1所示，此时打开抽风装置以送风装置，送风装置输送来的风力在抽风口A上方产生空气涡旋，对污染物进行捕集，而抽风装置对排风孔2处产生的负压将使空气涡旋能迅速被抽风装置抽走，如图1至图3所示。因此，本装置能根据不同的实际使用需求，调节排风的方式。排风管6可以采用软管，例如波纹管，以使其能跟随背板3的旋转而弯折。

所述的背板3可以为矩形板，其可以通过例如合页、限位转轴等安装在固定台4上，相对于固定台4的可旋转范围为0°～90°。在背板3扣合在抽风口A上时，送风管1的一端伸入到固定台4中，从而避免送风管1对背板3的旋转造成影响。为了便于背板3和送风管1的配合，本方案中，送风管1的后端与固定台4采用活动式连接的方式，并且将送风管1设置成弧形结构，弧形结构不仅可以增大送风孔1-2在送风管1上的布设面积，而且在背板3旋转时，送风管1可沿弧向伸入到固定台4中，更加节省空间，如图6所示。为便于开启和关闭操作，背板3的外侧设置有把手。

进一步地，所述的送风管1包括成对布设的第一送风管1-1和第二送风管1-3，例如本实施例中，第一送风管1-1、第二送风管1-3均设置一对；所述的固定台4上开设有卡孔1-4，所述的第一送风管1-1、第二送风管1-3的端部穿过卡孔1-4位于固定台4内部且安装有限位板1-5，限位板1-5的直径大于所述卡孔1-4的直径。限位板1-5的作用是当背板3相对于固定台4打开时，送风管1将逐渐从固定台4上的卡孔1-4抽出，直至限位板1-5与卡孔1-4底部接触后不能继续移动，此时背板3相对于固定台4完全打开，夹角为90°。

可选地，如图1至图3所示，所述的送风管1的横截面为矩形结构，所述的第一送风管1-1、第二送风管1-3均设置一对，所述的送风孔1-2包括开设在第一送风管1-1侧面上的第一送风孔1-2-2以及开设在第二送风管1-3侧面上的第二送风孔1-2-1。例如，本实施例中，固定台4为矩形台，第一送风管1-1、第二送风管1-3分别设置在固定台4的四个角上。其中，由于第二送风管1-3更加靠近背板3，因此其旋转时经历的路径较短，所以第一送风管1-1较长而第二送风管1-3较短，第一送风管1-1、第二送风管1-3相互平行，二者均为弧形结构，有利于背板3旋转时第一送风管1-1、第二送风管1-3进入固定台4中。本实施例中，送风管1为矩形管。为了有利于柱状空气涡旋的产生，所述的第一送风孔1-2-2、第二送风孔1-2-1中吹出的风的方向最好是所述柱状空气涡旋的切线方向，例如，本方案中，如图7所示，左侧的第二送风管1-3上的第二送风孔1-2-1指向左侧的第一送风管1-1，左侧的第一送风管1-1上的第一送风孔1-2-2指向右侧的第一送风管1-1，右侧的第一送风管1-1上的第一送风孔1-2-2指向右侧的第二送风管1-3，右侧的第二送风管1-3上的第二送风孔1-2-1指向左侧的第二送风管1-3。这里的指向是指送风孔1-2的轴向，也即从送风孔1-2中吹出的风力的方向。送风孔1-2采用这种逆时针指向的布设方式，使得抽风口A上方能产生逆时针方向的柱状空气涡旋。除了这种布设方式之外，还可以采用例如顺时针方向布设等布设方式。

优选地，由于第一送风管1-1较长，为了方便其进入到固定台4中，所述的第一送风管1-1为伸缩式结构，由多段节管级联构成，包括初节管1-1-1、末节管1-1-2以及至少一段连接在初节管1-1-1、末节管1-1-2之间的中节管1-1-3，其中：

所述的初节管1-1-1的末端、中节管1-1-3的末端均设置有环板1-1-4，所述的中节管1-1-3的前端、末节管1-1-2的前端均设置有卡板1-1-5；在自初节管1-1-1至末节管1-1-2的方向上，每一段节管的直径逐渐减小，相邻的节管中，直径较小的节管的端部伸入到直径较大的节管中。采用这种嵌套式的安装方式，使得背板3旋转时，第一送风管1-1上的末节管1-1-2端部与固定台4内的底部接触后，不能继续移动，此时继续旋转背板3，第一送风管1-1的节管将逐级嵌套，由此缩短第一送风管1-1的长度，使其能容纳于固定台4中。

当背板3打开时，第一送风管1-1逐节展开，展开时，相邻的节管端部之间由于受到环板1-1-4和卡板1-1-5的限制，当环板1-1-4与卡板1-1-5接触后，相邻的节管不能相对继续伸展，如图8和图9所示。前述的限位板1-5位于末节管1-1-2的末端，当背板3打开旋转至限位板1-5与卡孔1-4接触后，背板3不能继续旋转，此时第一送风管1-1也完全展开。

如图2、图3和图5所示，所述的背板3上设置有导风管7，所述的导风管7的两端分别连接一个第一送风管1-1和一个第二送风管1-3，导风管7上连接有供风管5，供风管5与送风装置连接。送风装置可采用送风机，送风机提供的新风经过供风管5进入到导风管7中，继而进入第一送风管1-1、第二送风管1-3。

优选地，如图4所示，所述的供风管5垂直连接在导风管7的中部，在导风管7内部供风管5正对的位置设置有分流板7-2，分流板7-2上设置有一对呈弧面状或斜面状的导流面，两个导流面连接的部位为一条棱，即所述的分流板7-2沿导风管7轴向的截面呈三角形结构；供风管5送来的新风由所述的棱一分为二，经过导流面的导流，分别进入第一送风管1-1、第二送风管1-3中。通过调整导流面的形状和所述棱的位置，亦或是调整分流板7-2的位置，均可以调整进入第一送风管1-1、第二送风管1-3中风量的比例，以满足不同的使用需求。所述的导风管7与第一送风管1-1、第二送风管1-3的连接处设置有导流叶片7-3，导流叶片7-3为弧形结构且间隔设置多个，以降低送风阻力损失。

可选地，所述的供风管5两侧的导风管7上分别安装有调节阀7-1，用以调节或阻断进入第一送风管1-1、第二送风管1-3中的风量。

验证实例

为了验证本装置对污染物的控制和捕集作用，根据实际使用情况建立了数值模模型，设固定台尺寸长×宽×高为1500×1200×500mm，背板的尺寸为1500×1200mm，排风孔直径设置为0.2m，送风管上每个送风孔直径设置为0.05m，排风速度为7m/s，送风速度为2m/s。抽风口中污染物的释放速度设置为0.1m/s。通过对速度进行分析，进一步验证了本发明装置有效性。

本发明的排风装置附近的气体流动基本为马赫数小于0.3的低速流动，故可将空气视为不可压缩流体；同时空气温差较小，即密度变化较少，因此可认为室内空气流动符合Boussinesq假设。为此选用采用RNG k-ε双方程模型进行模拟计算，控制方程式在上面假设的基础上，得到k-ε湍流数学模型的各时均值控制方程。最终建立控制方程组如下所示：

连续性方程：

动量方程：

能量方程：

浓度方程：

式中u为气流速度；k为湍流脉动动能；T为室内空气温度；μ为层流动力粘性系数；μ_t为湍流动力粘性系数；p为空气压力；ρ为空气密度；C_p为空气定压比热容；q为热流密度；β为流体体积膨胀系数；c为污染物浓度；F_c为污染物释放率；C_c为常数；Pr为普朗特数。

采用有限体积法(FVM)对上述控制方程进行离散，离散格式选用二阶迎风格式，并采用SIMPLE算法对离散方程进行求解，当速度项和压力项残差值均小于10^-3，同时温度和组分的残差值均小于10^-6时，控制方程组收敛，此时即可得到排风罩内各个位置的速度与压力分布。

在背板打开条件下，依据空气动力学原理，不同方向送风口送出的气流与排风气流相结合产生弯曲柱状空气涡旋，如图10所示，抽风口附近气流形成了明显的涡旋结构，并形成了如图11所示的负压区，将抽风口中释放的污染物通过“人造龙卷风”效应高效捕集，吸入排风口内。

本发明与传统侧吸式排风罩的抽风口附近污染物运动流线对比如图12所示。传统侧吸式排风罩是在抽风口附近设置条缝型排风口，根据空气动力学原理，排风口的汇流流场速度快速衰减，难以控制整个操作容器散发的污染物，特别是远端位置。本发明所涉及的新型侧吸式排风系统，有效的加强了排风罩对整个操作容器开口位置的控制和捕集效果。如图12所示，在排风口排风量和污染物散发量都相同的情况下，传统侧吸式排风罩无法对抽风口远处污染物进行有效捕集，大量污染物散发到室内空间。而本发明的涡旋侧吸式排风装置，利用柱状空气涡旋原理产生的抽吸作用，有效控制和捕集了抽风口中所释放的污染物，污染物的逃逸率大大降低。

Claims (9)

1.一种开敞式空气涡旋侧吸排风装置，包括固定台(4)，所述的固定台(4)上开设有抽风口(A)，其特征在于，所述的固定台(4)上围绕抽风口(A)分布有多个送风管(1)，其中：

所述的多个送风管(1)中，每一个送风管(1)上均开设有送风孔(1-2)，并且不同送风管(1)上送风孔(1-2)的朝向均不相同；所述的固定台(4)上活动式安装有背板(3)，背板(3)上开设有排风孔(2)，排风孔(2)通过排风管(6)与抽风装置连接。

2.如权利要求1所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的送风管(1)为弧形结构，所述的背板(3)铰接在固定台(4)的边缘上，所述的送风管(1)的一端连接在背板(3)上，送风管(1)的另一端与所述的固定台(4)活动连接，且可伸入到固定台(4)内部，从而使所述的背板(3)可扣在抽风口(A)上。

3.如权利要求1所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的送风管(1)包括成对布设的第一送风管(1-1)和第二送风管(1-3)，所述的固定台(4)上开设有卡孔(1-4)，所述的第一送风管(1-1)、第二送风管(1-3)的端部穿过卡孔(1-4)位于固定台(4)内部且安装有限位板(1-5)，限位板(1-5)的直径大于所述卡孔(1-4)的直径。

4.如权利要求3所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的送风管(1)的横截面为矩形结构，所述的第一送风管(1-1)、第二送风管(1-3)均设置一对，所述的送风孔(1-2)包括开设在第一送风管(1-1)侧面上的第一送风孔(1-2-2)以及开设在第二送风管(1-3)侧面上的第二送风孔(1-2-1)。

5.如权利要求3所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的第一送风管(1-1)较长而第二送风管(1-3)较短，第一送风管(1-1)、第二送风管(1-3)平行。

6.如权利要求3所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的背板(3)上设置有导风管(7)，所述的导风管(7)的两端分别连接一个第一送风管(1-1)和一个第二送风管(1-3)，导风管(7)上连接有供风管(5)，供风管(5)与送风装置连接。

7.如权利要求6所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的供风管(5)垂直连接在导风管(7)的中部，在导风管(7)内部设置有分流板(7-2)，分流板(7-2)上设置有一对呈弧面状或斜面状的导流面，所述的分流板(7-2)沿导风管(7)轴向的截面呈三角形结构；所述的导风管(7)与第一送风管(1-1)、第二送风管(1-3)的连接处设置有导流叶片(7-3)，导流叶片(7-3)为弧形结构且间隔设置多个。

8.如权利要求6所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的供风管(5)两侧的导风管(7)上分别安装有调节阀(7-1)。

9.如权利要求3所述的开敞式空气涡旋侧吸排风装置，其特征在于，所述的第一送风管(1-1)为伸缩式结构，由多段节管级联构成，包括初节管(1-1-1)、末节管(1-1-2)以及至少一段连接在初节管(1-1-1)、末节管(1-1-2)之间的中节管(1-1-3)，其中：

所述的初节管(1-1-1)的末端、中节管(1-1-3)的末端均设置有环板(1-1-4)，所述的中节管(1-1-3)的前端、末节管(1-1-2)的前端均设置有卡板(1-1-5)；在自初节管(1-1-1)至末节管(1-1-2)的方向上，每一段节管的直径逐渐减小，相邻的节管中，直径较小的节管的端部伸入到直径较大的节管中。