CN109283040B - 一种仿新月形沙丘的气体富集装置 - Google Patents

Abstract

一种仿新月形沙丘的气体富集装置属机械工程技术领域，本发明中外壳和螺旋富集片经两个螺旋富集片支架固接，仿生新月形富集块以均匀排列分布在螺旋富集片上，凸起密集排布在仿生新月形富集块背风曲面，在仿生富集块的背风曲面涂覆相应气体富集剂，整流板经细杆与细轴安装在整流板支架上，其中细杆一端与电磁套筒相连并通过电磁套筒的驱动改变整流板的朝向从而改变进气流的方向；本发明在富集状态下能在仿生新月形富集块的背风曲面形成回旋涡流，达到最佳富集效果和富集速率，同时整流板能对进气流场的流向进行调节，保证解富集时被富集的气体完全、快速流向下方，能有效提高富集装置的整体效率。

Description

一种仿新月形沙丘的气体富集装置

技术领域

本发明属机械工程技术领域，具体涉及一种仿生气体富集装置。

背景技术

时代革新人们对其身边的环境质量越来越重视，对有毒有害气体的检测至关重要。但有毒、有害气体种类较多、浓度较低，需要先通过吸附装置对气体富集采样之后再进行测量，因此，气体的有效富集对气体检测精度和准确度具有重要影响。而监测力度和采样要求的逐步提高，对富集装置的要求也越来越严格和多样化，且实际吸附时面临环境复杂多变，如所测气味流浓度低、气味流流向不稳定等问题，需要更加便捷、高效的富集装置，以提高富集效率，从而提高监测装置的灵敏度。

在沙漠中新月形沙丘形成于单向输沙风的无植被区域，新月形沙丘(crescentdune或barchan dune)是一种典型的横向沙丘，走向与风向垂直；沙丘两侧有顺风向延伸的两个兽角(翼)，其间交角与相应的主导风强度呈反比关系；迎风坡面凸出而平缓，背风坡凹而陡。研究发现沙丘顶端的流体分离线将来流风场、风沙流，分为稳定的边界层流动和回旋流体；其中回旋涡流形成于背风坡面，由于旋流速度的减缓，流体夹带的沙土在此处沉积。风沙流持续的流经，则沙丘不断地发育。

气体富集装置是一个收集和预浓缩装置，对目标分析物进行预富集，可以较大地提升系统的选择性和灵敏度，增加探测器的实用性能。在持续气体六中富集低浓度气体，需要保证富集区域处气体流速缓慢，且该区域内流过富集单元的气体可以及时由外部流体带走；天然的新月形沙丘可以实现这两个要求，据此对气体富集装置其结构进行仿生设计，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高气体富集效率的仿生低浓度气体富集装置。该仿生装置根据新月形沙丘的特定结构形态可将风沙流中的沙土沉积于背风坡处，设计气体富集装置的富集块结构，提高气体富集效率；根据富集装置的吸附与解吸附要求，设计朝向可变的整流装置，从而实现对解吸附载气风向的调节，提高装置整体的效率。

本发明由外壳体Ⅰ、螺旋富集片Ⅱ和整流装置Ⅲ组成，其中螺旋富集片Ⅱ的前端与外壳体Ⅰ中前支架3的后面固接，螺旋富集片Ⅱ的后端与外壳体Ⅰ中后支架2的前面固接；整流装置Ⅲ经其支架板组件ⅠⅤ的上支架板18、支架板组件ⅡⅥ的右支架板21、支架板组件ⅢⅦ的下支架板24和支架板组件ⅣⅧ的左支架板27固接于外壳体Ⅰ中外壳1的近前部内壁，且与外壳体Ⅰ中前支架3的间距L5为50mm；整流装置Ⅲ中定位杆15后端固接于外壳体Ⅰ中前支架3前面的中心。

所述的外壳体Ⅰ由外壳1、后支架2和前支架3组成，其中外壳1为圆台筒形，其后端直径d1为185-195mm，前端直径d2为155-165mm，长度L1为445-455mm、厚度L7为1.5-2.5mm；后支架2为十字形架，固接于外壳1近后端内壁，其距外壳1后端的长度L2为75-85mm，前支架3为十字形架，固接于外壳1中部内壁，其距后支架2的长度L3为215-225mm。

所述的螺旋富集片Ⅱ为横截面呈螺旋状的卷板，卷板外表面设有828个仿生富集块4；卷板的长度L3为220mm，厚度L7为2mm；其横截面轮廓线由c-d-e曲线构成，828个仿生富集块4分为36列，每列23个；每列的螺旋角α为10°，且各列之间的距离L10为40mm；在同一列中相邻的仿生富集块4的间距L9为20mm；仿生富集块4的宽度L11为10-13mm，高度h1为1-2mm，其侧翼长度L12为9-9.6mm，迎风曲面5前端至丘顶的水平距离L13为3.4-3.8mm；迎风曲面5与水平面的夹角γ为20°-24°，背风曲面6与水平面的夹角θ为36°-40°；每个仿生富集块4左右相对于中心线D-D对称布置，迎风曲面5由曲线段f-j、曲线段j-k和曲线段k-f共同围成，背风曲面由由曲线段f-i、曲线段i-j和曲线段j-f共同围成，直径为0.2-0.3mm的凸起Ⅹ在背风曲面6表面的分布率为80％-90％；加热条7位于仿生富集块4腔内与背风曲面6相距0.3-0.8mm，其中螺旋富集片轮廓曲线c-d-e曲线参数方程为：

r＝10

angle＝1440*t

s＝1*pi*r*t

y0＝s*sinangle

x0＝s*cosangle

x＝x0+s*sinangle

y＝y0-s*cosangle

z＝0

其中:o点为三维坐标原点；r为初始螺旋线直径；s为在t时刻螺旋线直径，即与原点的距离；z为曲线竖直方向高度；pi为π。

仿生富集块f-j段曲线方程为：

y＝-0.068x²-1.6618x-4.6182

其中：-12.9≤x≤-3.6；k点为坐标原点；

仿生富集块j-k段曲线方程为：

y＝-0.0094x²-0.3245x-0.0027

其中：-3.6≤x≤0；k点为坐标原点；

-3.6≤x≤0

仿生富集块k-f段曲线方程为：

y＝-0.0515x²-0.9772x+0.09651

其中：-12.9≤x≤-9.3；k点为坐标原点；

仿生富集块f-i段曲线方程为：

y＝-0.055x²-1.8711x-9.25

其中：-9.3≤x≤-3.6；点k为坐标原点；

仿生富集块i-j段曲线方程为：

y＝0.1684x²+1.9343x+5.5361

其中：-12.9≤x≤0；点k为坐标原点；

仿生富集块j-f段曲线方程为：

y＝0.0042x²+0.1641x+1.4792

其中：-12.9≤x≤-3.6；点k为坐标原点。

所述的整流装置Ⅲ由整流板支架Ⅳ、定位杆15、厚整流板Ⅰ34、厚整流板Ⅱ35、厚整流板Ⅲ36、厚整流板Ⅳ37、薄整流板组38、轴座组Ⅺ和细轴组Ⅻ组成，其中整流板支架Ⅳ由支架板组件ⅠⅤ、支架板组件ⅡⅥ、支架板组件ⅢⅦ、支架板组件ⅣⅧ、旋转套筒组Ⅸ、细杆组Ⅰ8、分板Ⅰ9、细杆组Ⅱ10、分板Ⅱ11、细杆组Ⅲ12、分板Ⅲ13、细杆组Ⅳ14和分板Ⅳ16组成，其中细杆组长度L8均为90-94mm，直径d4为1-3mm；支架板组件ⅠⅤ由电磁套筒组Ⅰ17、上支架板18和电磁套筒组Ⅱ19组成，其中上支架板18的长度L16为15-20mm，宽度L15为5-8mm，厚度为3mm；电磁套筒组的直径d5均为4-6mm、长度L18为4-8mm，且电磁套筒组Ⅰ17和电磁套筒组Ⅱ19的各两个电磁套筒呈45度角固接于上支架板18两面；支架板组件ⅡⅥ由电磁套筒组Ⅲ20右支架板21和电磁套筒组Ⅳ22组成，且电磁套筒组Ⅲ20和电磁套筒组Ⅳ22的各两个电磁套筒呈45度角固接于右支架板21两面；支架板组件ⅢⅦ由电磁套筒组Ⅴ23下支架板24和电磁套筒组Ⅵ25组成，且电磁套筒组Ⅴ23和电磁套筒组Ⅵ25的各两个电磁套筒呈45度角固接于下支架板24两面；支架板组件ⅣⅧ由电磁套筒组Ⅶ26、左支架板27和电磁套筒组Ⅷ28组成，且电磁套筒组Ⅶ26和电磁套筒组Ⅷ28的各两个电磁套筒呈45度角固接于左支架板27两面；旋转套筒组Ⅸ上设有定位孔30和呈十字形排列的旋转套筒Ⅰ29、旋转套筒Ⅱ31、旋转套筒Ⅲ32和旋转套筒Ⅳ33；细杆组Ⅰ8的二细杆一端与支架板组件ⅠⅤ的电磁套筒组Ⅰ17二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅰ8的二细杆另一端与支架板组件ⅣⅧ的电磁套筒组Ⅷ28二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅱ10的二细杆一端与支架板组件ⅠⅤ的电磁套筒组Ⅱ19二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅱ10的二细杆另一端与支架板组件ⅡⅥ的电磁套筒组Ⅲ20二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅲ12的二细杆一端与支架板组件ⅡⅥ的电磁套筒组Ⅳ22二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅲ12的二细杆另一端与支架板组件ⅢⅦ的电磁套筒组Ⅴ23二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅳ14的二细杆一端与支架板组件ⅢⅦ的电磁套筒组Ⅵ25二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅳ14的二细杆另一端与支架板组件ⅣⅧ的电磁套筒组Ⅶ26二电磁套筒间隙配合；分板Ⅰ9上端固接于支架板组件ⅠⅤ的上支架板18下端，分板Ⅰ9下端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29和旋转套筒Ⅱ31之间；分板Ⅱ11右端固接于支架板组件ⅡⅥ的右支架板21左端，分板Ⅱ11左端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅱ31和旋转套筒Ⅲ32之间；分板Ⅲ13下端固接于支架板组件ⅢⅦ的下支架板24上端，分板Ⅲ13上端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅲ32和旋转套筒Ⅳ33之间；分板Ⅳ16左端固接于支架板组件ⅣⅧ的左支架板27右端，分板Ⅳ16右端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29和旋转套筒Ⅳ33之间；厚整流板Ⅰ34内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅰ8在该处的凸球环；厚整流板Ⅱ35内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅱ31，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅱ10在该处的凸球环；厚整流板Ⅲ36内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅲ32，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅲ12在该处的凸球环；厚整流板Ⅳ37内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅳ33，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅳ14在该处的凸球环；其中凸球环40最大外径尺寸稍大于细杆组为1-3.2mm，凹球环槽41最大外径尺寸稍大于凸球为1-3.8mm；薄整流板组38的56块薄整流板分为8份，分别在厚整流板Ⅰ34、分板Ⅰ9、厚整流板Ⅱ35、分板Ⅱ11、厚整流板Ⅲ36、分板Ⅲ13、厚整流板Ⅳ37和分板Ⅳ16所分隔的8部分均布，其中厚整流板厚度均为2-2.4mm、薄整流板组厚度均为0.8-1.2mm，且56块薄整流板两端均经细轴组Ⅻ的细轴与固接于轴座组Ⅺ中的轴承组(39)的轴承活动连接，所有薄整流板都通过中端的凹球环槽间隙连接于细杆组上的凸球环，其中轴座组Ⅺ的轴座固接在对应的分板Ⅰ9、分板Ⅱ11、分板Ⅲ13和分板Ⅳ16的两面；轴座组Ⅺ的直径d7均为4-6mm，细轴组Ⅻ的直径d6均为0.8-2mm；定位杆15近前端与旋转套筒组Ⅸ的定位孔30固接。

本发明的工作过程和原理如下：

当富集装置工作在富集状态时，薄整流板组38和所有厚整流板在整流板支架Ⅳ、细杆组、电磁套筒组等的做作用下保持与轴线平行，帮助气流垂直流向螺旋富集片上的仿生富集块4，使之能够在仿生新月形富集块的背风曲面6产生回旋涡流；装置处于解吸附时，薄整流板组38、所有厚整流板在电磁套筒的驱动下经整流板支架Ⅳ、所有细杆、旋转套筒组Ⅸ、所有小轴承、轴座组(Ⅺ)、凸球环40和凹球环槽41的共同作用顺时针转动40°-45°，破坏回旋涡流的产生条件，同时在加热条7的作用下随载气流向下方。

仿生富集块4的背风曲面6处能过产生回旋涡流，提高气流与富集涂层的接触时长，达到富集饱和度，提高富集效率。

可适应的整流板结构，可以在解吸附时改变来流的流向，使气流流场发生变化，让解吸附出来的气体更快速的流向下方，提高整体的效率。

本发明在富集工作状态下，其仿生富集块的背风曲面会产生回旋涡流，气体的富集时间长，富集效率高；根据需求解吸附时，整流板改变对载气流体的作用方向，还能有效提高富集装置的整体效率。

附图说明

图1为仿新月形沙丘的气体富集装置的结构示意图

图2为外壳体Ⅰ的剖视图

图3为螺旋富集片Ⅱ的结构示意图

图4为图3中螺旋富集片Ⅱ的局部视图

图5为螺旋富集片Ⅱ的侧视图

图6为仿生富集块4的俯视图

图7为图6中B-B截面视图

图8为整流装置Ⅲ的骨架结构示意图

图9为支架板组件Ⅰ的结构示意图

图10为支架板组件Ⅱ的结构示意图

图11为支架板组件Ⅲ的结构示意图

图12为支架板组件Ⅳ的结构示意图

图13为整流装置Ⅲ的电磁套筒结构图

图14为整流装置Ⅲ的主视图

图15为整流装置Ⅲ的侧视图

图16为图14中a区局部视图

图17为图14中b区局部视图

图18为整流装置旋转套筒主视图

图19为整流装置整流板与细杆组连接结构示意图

图20为细杆的侧视图

图21为整流板的侧视图

其中：Ⅰ.外壳体 Ⅱ.螺旋富集片 Ⅲ.整流装置 Ⅳ整流板支架 Ⅴ.支架板组件ⅠⅥ.支架板组件Ⅱ Ⅶ.支架板组件Ⅲ Ⅷ.支架板组件Ⅳ Ⅸ.旋转套筒组 Ⅹ.凸起Ⅺ.轴座组 Ⅻ.细轴组 1.外壳 2.后支架 3.前支架 4.仿生富集块 5.迎风曲面6.背风曲面 7.加热条 8.细杆组Ⅰ 9.分板Ⅰ 10.细杆组Ⅱ 11.分板Ⅱ 12.细杆组Ⅲ13.分板Ⅲ 14.细杆组Ⅳ15.定位杆 16.分板Ⅳ 17.电磁套筒组Ⅰ 18.上支架板19.电磁套筒组Ⅱ 20.电磁套筒组Ⅲ21.右支架板 22.电磁套筒组Ⅳ 23.电磁套筒组Ⅴ24.下支架板 25.电磁套筒组Ⅵ 26.电磁套筒组Ⅶ 27.左支架板 28.电磁套筒组Ⅷ29.旋转套筒Ⅰ 30.中孔 31.旋转套筒Ⅱ 32.旋转套筒Ⅲ 33.旋转套筒Ⅳ 34.厚整流板Ⅰ 35.厚整流板Ⅱ 36.厚整流板Ⅲ 37.厚整流板Ⅳ 38.薄整流板组 39.小轴承组40.凸球环 41.凹球环槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细叙述：

如图1、图2所示，外壳体Ⅰ、螺旋富集片Ⅱ和整流装置Ⅲ组成，其中螺旋富集片Ⅱ的前端与外壳体Ⅰ中前支架3的后面固接，螺旋富集片Ⅱ的后端与外壳体Ⅰ中后支架2的前面固接；外壳体Ⅰ由外壳1、后支架2和前支架3组成，其中外壳1为圆台筒形，其后端直径d1为185-195mm，前端直径d2为155-165mm，长度L1为445-455mm、厚度L7为1.5-2.5mm；后支架2为十字形架，固接于外壳1近后端内壁，其距外壳1后端的长度L2为75-85mm，前支架3为十字形架，固接于外壳1中部内壁，其距后支架2的长度L3为215-225mm。整流装置Ⅲ经其支架板组件ⅠⅤ的上支架板18、支架板组件ⅡⅥ的右支架板21、支架板组件ⅢⅦ的下支架板24和支架板组件ⅣⅧ的左支架板27固接于外壳体Ⅰ中外壳1的近前部内壁，且与外壳体Ⅰ中前支架3的间距L5为50mm；整流装置Ⅲ中定位杆15后端固接于外壳体Ⅰ中前支架3前面的中心。

如图3至图7所示，螺旋富集片Ⅱ为横截面呈螺旋状的卷板，卷板外表面设有828个仿生富集块4；卷板的长度L3为220mm，厚度L7为2mm；其横截面轮廓线由c-d-e曲线构成，828个仿生富集块4分为36列，每列23个；每列的螺旋角α为10°，且各列之间的距离L10为40mm；在同一列中相邻的仿生富集块4的间距L9为20mm。

仿生富集块4的宽度L11为10-13mm，高度h1为1-2mm，其侧翼长度L12为9-9.6mm，迎风曲面5前端至丘顶的水平距离L13为3.4-3.8mm；迎风曲面5与水平面的夹角γ为20°-24°，背风曲面6与水平面的夹角θ为36°-40°；每个仿生富集块4左右相对于中心线D-D对称布置，迎风曲面5由曲线段f-j、曲线段j-k和曲线段k-f共同围成，背风曲面由由曲线段f-i、曲线段i-j和曲线段j-f共同围成。直径为0.2-0.3mm的凸起Ⅹ在背风曲面6表面的分布率为80％-90％；加热条7位于仿生富集块4腔内与背风曲面6相距0.3-0.8mm。

如图8所示整流板支架Ⅳ由支架板组件ⅠⅤ、支架板组件ⅡⅥ、支架板组件ⅢⅦ、支架板组件ⅣⅧ、旋转套筒组Ⅸ、细杆组Ⅰ8、分板Ⅰ9、细杆组Ⅱ10、分板Ⅱ11、细杆组Ⅲ12、分板Ⅲ13、细杆组Ⅳ14和分板Ⅳ16组成，其中细杆组长度L8均为90-94mm，直径d4为1-3mm。

如图8至图12、图17所示分板Ⅰ9上端固接于支架板组件ⅠⅤ的上支架板18下端，分板Ⅰ9下端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29和旋转套筒Ⅱ31之间；分板Ⅱ11右端固接于支架板组件ⅡⅥ的右支架板21左端，分板Ⅱ11左端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅱ31和旋转套筒Ⅲ32之间；分板Ⅲ13下端固接于支架板组件ⅢⅦ的下支架板24上端，分板Ⅲ13上端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅲ32和旋转套筒Ⅳ33之间；分板Ⅳ16左端固接于支架板组件ⅣⅧ的左支架板27右端，分板Ⅳ16右端固接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29和旋转套筒Ⅳ33之间。

如图9至图13、图16所示支架板组件ⅠⅤ由电磁套筒组Ⅰ17、上支架板18和电磁套筒组Ⅱ19组成，其中上支架板18的长度L16为15-20mm，宽度L15为5-8mm，厚度为3mm；电磁套筒组的直径d5均为4-6mm、长度L18为4-8mm，且电磁套筒组Ⅰ17和电磁套筒组Ⅱ19的各两个电磁套筒呈45度角固接于上支架板18两面；支架板组件ⅡⅥ由电磁套筒组Ⅲ20右支架板21和电磁套筒组Ⅳ22组成，且电磁套筒组Ⅲ20和电磁套筒组Ⅳ22的各两个电磁套筒呈45度角固接于右支架板21两面；支架板组件ⅢⅦ由电磁套筒组Ⅴ23下支架板24和电磁套筒组Ⅵ25组成，且电磁套筒组Ⅴ23和电磁套筒组Ⅵ25的各两个电磁套筒呈45度角固接于下支架板24两面；支架板组件ⅣⅧ由电磁套筒组Ⅶ26、左支架板27和电磁套筒组Ⅷ28组成，且电磁套筒组Ⅶ26和电磁套筒组Ⅷ28的各两个电磁套筒呈45度角固接于左支架板27两面。

细杆组Ⅰ8的二细杆一端与支架板组件ⅠⅤ的电磁套筒组Ⅰ17二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅰ8的二细杆另一端与支架板组件ⅣⅧ的电磁套筒组Ⅷ28二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅱ10的二细杆一端与支架板组件ⅠⅤ的电磁套筒组Ⅱ19二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅱ10的二细杆另一端与支架板组件ⅡⅥ的电磁套筒组Ⅲ20二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅲ12的二细杆一端与支架板组件ⅡⅥ的电磁套筒组Ⅳ22二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅲ12的二细杆另一端与支架板组件ⅢⅦ的电磁套筒组Ⅴ23二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅳ14的二细杆一端与支架板组件ⅢⅦ的电磁套筒组Ⅵ25二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅳ14的二细杆另一端与支架板组件ⅣⅧ的电磁套筒组Ⅶ26二电磁套筒间隙配合。

如图17所示，薄整流板组38的56块薄整流板分为8份，分别在厚整流板Ⅰ34、分板Ⅰ9、厚整流板Ⅱ35、分板Ⅱ11、厚整流板Ⅲ36、分板Ⅲ13、厚整流板Ⅳ37和分板Ⅳ16所分隔的8部分均布，其中厚整流板厚度均为2-2.4mm、薄整流板组厚度均为0.8-1.2mm，且56块薄整流板两端均经细轴组Ⅻ的细轴与固接于轴座组Ⅺ中的轴承组39的轴承活动连接，。

如图17和图18所示，整流装置Ⅲ由整流板支架Ⅳ、定位杆15、厚整流板Ⅰ34、厚整流板Ⅱ35、厚整流板Ⅲ36、厚整流板Ⅳ37、薄整流板组38、轴座组Ⅺ和细轴组Ⅻ组成。

轴座组Ⅺ的轴座固接在对应的分板Ⅰ9、分板Ⅱ11、分板Ⅲ13和分板Ⅳ16的两面；轴座组Ⅺ的直径d7均为4-6mm，细轴组Ⅻ的直径d6均为0.8-2mm。

旋转套筒组Ⅸ上设有定位孔30和呈十字形排列的旋转套筒Ⅰ29、旋转套筒Ⅱ31、旋转套筒Ⅲ32和旋转套筒Ⅳ33；定位杆15近前端与旋转套筒组Ⅸ的定位孔30固接。

如图19至图21所示，厚整流板Ⅰ34内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅰ29，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅰ8在该处的凸球环；厚整流板Ⅱ35内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅱ31，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅱ10在该处的凸球环；厚整流板Ⅲ36内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅲ32，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅲ12在该处的凸球环；厚整流板Ⅳ37内端间隙连接于旋转套筒组Ⅸ的旋转套筒Ⅳ33，厚整流板Ⅰ34中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅳ14在该处的凸球环，所有薄整流板都通过中端的凹球环槽间隙连接于细杆组上的凸球环；其中凸球环40最大外径尺寸稍大于细杆组为1-3.2mm，凹球环槽41最大外径尺寸稍大于凸球为1-3.8mm。

进行二氧化碳气体富集时，仿生富集块的背风曲面可以涂覆二氧化碳富集剂；

进行甲烷气体富集时，仿生富集块的背风曲面可以涂覆甲烷富集剂；

进行甲醛气体富集时，仿生形富集块的背风曲面可以涂覆甲醛富集。

Claims (1)

1.一种仿生气体富集装置，其特征在于，由外壳体(Ⅰ)、螺旋富集片(Ⅱ)和整流装置(Ⅲ)组成，其中所述的外壳体(Ⅰ)由外壳(1)、后支架(2)和前支架(3)组成，其中外壳(1)为圆台筒形，其后端直径d1为185-195mm，前端直径d2为155-165mm，长度L1为445-455mm、厚度L7为1.5-2.5mm；后支架(2)为十字形架，固接于外壳(1)近后端内壁，其距外壳(1)后端的长度L2为75-85mm；前支架(3)为十字形架，固接于外壳(1)中部内壁，其距后支架(2)的长度L3为215-225mm；所述螺旋富集片(Ⅱ)为横截面呈螺旋状的卷板，卷板外表面设有828个仿生富集块(4)；卷板的长度L3为220mm，厚度L7为2mm；其横截面轮廓线由c-d-e曲线构成， 828个仿生富集块(4)分为36列，每列23个；每列的螺旋角α为10°，且各列之间的距离L10为40mm；在同一列中相邻的仿生富集块(4)的间距L9为20mm；仿生富集块(4)的宽度L11为10-13mm，高度h1为1-2mm，其侧翼长度L12为9-9.6mm，迎风曲面(5)前端至丘顶的水平距离L13为3.4-3.8mm；迎风曲面(5)与水平面的夹角γ为20°-24°，背风曲面(6)与水平面的夹角θ为36°-40°；每个仿生富集块(4)左右相对于中心线D-D对称布置，迎风曲面(5)由曲线段f-j、曲线段j-k和曲线段k-f共同围成，背风曲面由由曲线段f-i、曲线段i-j和曲线段j-f共同围成，直径为0.2-0.3mm的凸起(Ⅹ)在背风曲面(6)表面的分布率为80%-90%；加热条(7)位于仿生富集块(4)腔内与背风曲面(6)相距0.3-0.8mm，其中螺旋富集片轮廓曲线c-d-e曲线参数方程为：

r=10

angle=1440*t

 s=1*pi*r*t

  yo=s*sin(angle)

  xo=s*cos(angle)

    x=xo+s*sin(angle)

    y=yo-s*cos(angle)

z=0

其中: o点为三维坐标原点；r为初始螺旋线直径；s为在t时刻螺旋线直径，即与原点的距离；z为曲线竖直方向高度；pi为π；

仿生富集块f-j段曲线方程为：

y = -0.068x² - 1.6618x - 4.6182

其中：-12.9 ≤ x ≤ -3.6； k点为坐标原点；

仿生富集块j-k段曲线方程为：

y = -0.0094x² - 0.3245x - 0.0027

其中： -3.6 ≤ x ≤ 0； k点为坐标原点；

(-3.6 ≤ x ≤ 0)

仿生富集块k-f段曲线方程为：

y = -0.0515x² - 0.9772x + 0.09651

其中： -12.9 ≤ x ≤ -9.3； k点为坐标原点；

仿生富集块f-i段曲线方程为：

y = -0.055x² - 1.8711x - 9.25

其中：-9.3≤ x ≤ -3.6；点k为坐标原点；

仿生富集块i-j段曲线方程为：

y = 0.1684x² + 1.9343x + 5.5361

其中： -12.9 ≤ x ≤ 0；点k为坐标原点；

仿生富集块j-f段曲线方程为：

y = 0.0042x² + 0.1641x + 1.4792

其中：-12.9 ≤ x ≤ -3.6；点k为坐标原点；

所述的整流装置(Ⅲ)由整流板支架(Ⅳ)、定位杆(15)、厚整流板Ⅰ(34)、厚整流板Ⅱ(35)、厚整流板Ⅲ(36)、厚整流板Ⅳ(37)、薄整流板组(38)、轴座组(Ⅺ)和细轴组(Ⅻ)组成，其中整流板支架(Ⅳ)由支架板组件Ⅰ(Ⅴ)、支架板组件Ⅱ(Ⅵ)、支架板组件Ⅲ(Ⅶ)、支架板组件Ⅳ(Ⅷ)、旋转套筒组(Ⅸ)、细杆组Ⅰ(8)、分板Ⅰ(9)、细杆组Ⅱ(10)、分板Ⅱ(11)、细杆组Ⅲ(12)、分板Ⅲ(13)、细杆组Ⅳ(14)和分板Ⅳ(16)组成，其中细杆组长度L8均为90-94mm，直径d4为1-3mm；支架板组件Ⅰ(Ⅴ)由电磁套筒组Ⅰ(17)、上支架板(18)和电磁套筒组Ⅱ(19)组成，其中上支架板(18)的长度L16为15-20mm，宽度L15为5-8mm，厚度为3mm；电磁套筒组的直径d5均为4-6mm、长度L18为4-8mm，且电磁套筒组Ⅰ(17)和电磁套筒组Ⅱ(19)的各两个电磁套筒呈45度角固接于上支架板(18)两面；支架板组件Ⅱ(Ⅵ)由电磁套筒组Ⅲ(20)右支架板(21)和电磁套筒组Ⅳ(22)组成，且电磁套筒组Ⅲ(20)和电磁套筒组Ⅳ(22) 的各两个电磁套筒呈45度角固接于右支架板(21)两面；支架板组件Ⅲ(Ⅶ)由电磁套筒组Ⅴ(23) 下支架板(24)和电磁套筒组Ⅵ(25)组成，且电磁套筒组Ⅴ(23)和电磁套筒组Ⅵ(25)的各两个电磁套筒呈45度角固接于下支架板(24)两面；支架板组件Ⅳ(Ⅷ)由电磁套筒组Ⅶ(26)、左支架板(27)和电磁套筒组Ⅷ(28)组成，且电磁套筒组Ⅶ(26)和电磁套筒组Ⅷ(28)的各两个电磁套筒呈45度角固接于左支架板(27)两面；旋转套筒组(Ⅸ)上设有定位孔(30)和呈十字形排列的旋转套筒Ⅰ(29)、旋转套筒Ⅱ(31)、旋转套筒Ⅲ(32)和旋转套筒Ⅳ(33)；细杆组Ⅰ(8)的二细杆一端与支架板组件Ⅰ(Ⅴ)的电磁套筒组Ⅰ(17)二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅰ(8)的二细杆另一端与支架板组件Ⅳ(Ⅷ)的电磁套筒组Ⅷ(28)二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅱ(10)的二细杆一端与支架板组件Ⅰ(Ⅴ)的电磁套筒组Ⅱ(19)二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅱ(10)的二细杆另一端与支架板组件Ⅱ(Ⅵ)的电磁套筒组Ⅲ(20)二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅲ(12)的二细杆一端与支架板组件Ⅱ(Ⅵ)的电磁套筒组Ⅳ(22)二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅲ(12)的二细杆另一端与支架板组件Ⅲ(Ⅶ)的电磁套筒组Ⅴ(23)二电磁套筒间隙配合；细杆组Ⅳ(14)的二细杆一端与支架板组件Ⅲ(Ⅶ)的电磁套筒组Ⅵ(25)二电磁套筒间隙配合，细杆组Ⅳ(14)的二细杆另一端与支架板组件Ⅳ(Ⅷ)的电磁套筒组Ⅶ(26)二电磁套筒间隙配合；分板Ⅰ(9)上端固接于支架板组件Ⅰ(Ⅴ)的上支架板(18)下端，分板Ⅰ(9)下端固接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅰ(29)和旋转套筒Ⅱ(31)之间；分板Ⅱ(11)右端固接于支架板组件Ⅱ(Ⅵ)的右支架板(21)左端，分板Ⅱ(11)左端固接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅱ(31)和旋转套筒Ⅲ(32)之间；分板Ⅲ(13)下端固接于支架板组件Ⅲ(Ⅶ)的下支架板(24)上端，分板Ⅲ(13)上端固接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅲ(32)和旋转套筒Ⅳ(33)之间；分板Ⅳ(16)左端固接于支架板组件Ⅳ(Ⅷ)的左支架板(27) 右端，分板Ⅳ(16)右端固接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅰ(29) 和旋转套筒Ⅳ(33)之间；厚整流板Ⅰ(34)内端间隙连接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅰ(29)，厚整流板Ⅰ(34)中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅰ(8)在该处的凸球环；厚整流板Ⅱ(35)内端间隙连接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅱ(31)，厚整流板Ⅰ(34) 中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅱ(10)在该处的凸球环；厚整流板Ⅲ(36)内端间隙连接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅲ(32)，厚整流板Ⅰ(34) 中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅲ(12)在该处的凸球环；厚整流板Ⅳ(37)内端间隙连接于旋转套筒组(Ⅸ)的旋转套筒Ⅳ(33)，厚整流板Ⅰ(34) 中端通过凹球环槽间隙连接于细杆组Ⅳ(14)在该处的凸球环；其中凸球环(40)最大外径尺寸稍大于细杆组为1-3.2mm，凹球环槽(41)最大外径尺寸稍大于凸球为1-3.8mm；薄整流板组(38)的56块薄整流板分为8份，分别在厚整流板Ⅰ(34)、分板Ⅰ(9)、厚整流板Ⅱ(35)、分板Ⅱ(11)、厚整流板Ⅲ(36)、分板Ⅲ(13)、厚整流板Ⅳ(37)和分板Ⅳ(16)所分隔的8部分均布，其中厚整流板厚度均为2-2.4mm、薄整流板组厚度均为0.8-1.2mm，且56块薄整流板两端均经细轴组(Ⅻ)的细轴与固接于轴座组(Ⅺ)中的轴承组(39)的轴承活动连接，所有薄整流板都通过中端的凹球环槽间隙连接于细杆组上的凸球环，其中轴座组(Ⅺ)的轴座固接在对应的分板Ⅰ(9)、分板Ⅱ(11)、分板Ⅲ(13)和分板Ⅳ(16)的两面；轴座组(Ⅺ)的直径d7均为4-6mm，细轴组(Ⅻ)的直径d6均为0.8-2mm；定位杆(15)近前端与旋转套筒组(Ⅸ)的定位孔(30)固接；

螺旋富集片(Ⅱ)的前端与外壳体(Ⅰ)中前支架(3)的后面固接，螺旋富集片(Ⅱ)的后端与外壳体(Ⅰ)中后支架(2)的前面固接；整流装置(Ⅲ)经其支架板组件Ⅰ(Ⅴ)的上支架板(18)、支架板组件Ⅱ(Ⅵ)的右支架板(21)、支架板组件Ⅲ(Ⅶ)的下支架板(24)和支架板组件Ⅳ(Ⅷ)的左支架板(27)固接于外壳体(Ⅰ)中外壳(1)的近前部内壁，且与外壳体(Ⅰ)中前支架(3)的间距L5为50mm；整流装置(Ⅲ)中定位杆(15)后端固接于外壳体(Ⅰ)中前支架(3)前面的中心。

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