CN115575073A - 一种智能空气动力学分析系统及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能空气动力学分析系统及其分析方法，涉及空气动力学检测技术领域，数据采集单元包括测量外壳、风速管、测风仪、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器，测量外壳的轴向两端分别与设置在通风管道直线段的相邻风管相连通，测量外壳内设置有风速管，风速管上设置有测风仪，气体密度传感器、海拔测量传感器、温度传感器均设置在测量外壳的外壁上；本发明中实现了对通风管道的分段式检测，进而可有针对性对通风管道的问题区段进行改进，另外可根据测量数据获得空气动力学曲线、动风压、所有风压损失、风量、回风速度以及漏风率等数据，客户可根据需求，改进及智能调试及/或控制地下工程临时通风系统统。

Description

一种智能空气动力学分析系统及其分析方法

技术领域

本发明涉及空气动力学检测技术领域，特别是涉及一种智能空气动力学分析系统及其分析方法。

背景技术

一般在进行地下区域挖掘过程中，会产生大量的灰尘和有害气体，为了保证空气的流通性，并将灰尘吹离工作区域，会选择在隧道中布设地下通风设备，地下通风设备包括风机、进风配件以及通风管道，通过风机将外界的新鲜空气导入至工作区域，置换工作区域的污染空气和稀释有害气体，风机需要长时间工作，且通风管道的布设以及一些进风配件会影响空气的流动性能，不仅会降低工作面的进风效果，而且会增加能源的消耗，因此地下通风设备的空气流动性能变得尤为重要，但是现有技术中只能利用测风仪等装置在通风管道的出口处进行风力检测需要使用不同的仪器进行多种类型的测量,而且会存在不能同步测量的情况，会降低检测的精度，而且当测量结果较差时，需要对整体的通风管道进行排查改进，无法有针对性的对单一问题区段进行改进，导致工程量过大的问题。

对管道输出的风量进行测量的问题和困难:第一：工作障碍，可以影响到工地无法正常施工；第二：出口端的风速非常高，很难正确进行测量。

因此人们亟需一种用于检测通风管道内空气流动数据，进而可有针对性对通风管道进行改进的智能空气动力学分析系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能空气动力学分析系统及其分析方法，以解决上述现有技术存在的问题，在通风管道直线段的相邻风管之间设置测量外壳，利用测量外壳内外的各项检测器实时检测通风管道内外的空气流动数据，实现了对通风管道的分段式检测，进而可有针对性对通风管道的区段进行改进，从而提高进风效果并减少能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种智能空气动力学分析系统，包括数据采集单元以及数据处理单元，所述数据采集单元包括圆筒形的测量外壳、风速管、测风仪、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器，所述测量外壳的轴向两端分别与设置在通风管道直线段的相邻风管相连通，且所述测量外壳的内径与所述风管的内径相同，所述测量外壳内设置有所述风速管，且所述风速管与所述测量外壳的轴线垂直，所述风速管上设置有所述测风仪，所述风速管以及所述测风仪的进风口正对风流来向设置，所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器以及所述温度传感器均设置在所述测量外壳的外壁上，所述风速管、所述测风仪、所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器以及所述温度传感器均与所述数据处理单元电连接。

优选的，所述测量外壳内设置有若干个所述风速管，若干个所述风速管沿所述测量外壳的轴线交叉设置，且每个所述风速管上均设置有所述测风仪，所述风速管通过气动管与风压变送器连接。

优选的，若干个所述风速管的交叉点位于所述测量外壳的轴线上，且相邻所述风速管之间的夹角均相等，若干个所述测风仪与所述测量外壳的轴线之间的距离相同。

优选的，所述数据处理单元包括控制柜、处理主板以及用于显示数据信息的显示屏，所述处理主板设置在所述控制柜内，所述显示器设置在所述控制柜外表面，所述风压变送器、所述测风仪、所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器以及所述温度传感器均与所述处理主板电连接，所述处理主板与所述显示屏电连接。

优选的，所述处理主板与地下通风设备中的风机电连接，所述控制柜上设置有用于调控风机输出功率的控制按钮。

优选的，所述测量外壳的底部通过支撑架设置在地面上。

优选的，所述测量外壳通过支架设置在隧道的天花板或墙壁上。

优选的，所述测量外壳的外壁上设置有用于搬运的吊耳。

优选的，所述测量外壳的外壁上设置有提手。

本发明还提供一种智能空气动力学分析系统的分析方法，包括以下步骤：

S1：将测量外壳安装通风管道直线段的相邻风管之间；

S2：启动通风管道的风机，风流穿过测量外壳的过程中，风速管与风压变送器测量当前气流的总压与静压、测风仪测量当前风速信息、气体密度传感器测量当前气体密度、海拔测量传感器测量当前海拔高度、温度传感器测量当前温度信息，处理主板接收并处理得到所需数据，并将数据信息输送至显示器进行显示。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中在通风管道直线段的相邻风管之间设置有测量外壳，测量外壳内外的各项检测器将同步并实时的检测通风管道内外的空气流动数据，不仅能够同步检测提高检测的精确度，而且通过相邻测量外壳处检测器检测数据的对比，实现了对通风管道的分段式检测，进而可有针对性对通风管道的问题区段进行改进，另外可根据项目规定的隧道距离、隧道断面、通风管道截面积以及测量外壳处各项检测数据，通过空气动力学公式并分析得出获得空气动力学曲线、动风压、所有风压损失、风量、回风速度以及漏风率等数据，客户可根据需求，改进及智能调试及/或控制地下工程临时通风系统。

2、本发明中若干个风速管以及测风仪的设置，能够在实际测量中取平均值，提高检测精度。

3、本发明中可实现实时监控和检测漏风率情况，可并尽快修复，避免不必要的能源消耗，并保持隧道内的良好通风。

4、本发明中可实现实时监控和检测风管安装或放置不当的情况，可并尽快改善，避免不必要的能源消耗，并保持隧道内的良好通风。

5、本发明中可以通过智能调试/控制通风设备，避免操作人在恶劣天气或高海拔等极端环境中要到现场操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明智能空气动力学分析系统的结构示意图；

图2为本发明测量外壳的结构示意图；

其中，1、隧道；2、风机；3、通风管道；4、测量外壳；5、风速管；6、测风仪；7、控制柜；8、显示屏；9、控制按钮；10、支撑架；11、吊耳；12、提手；13、气动管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种智能空气动力学分析系统及其分析方法，以解决现有技术存在的问题，在通风管道直线段的相邻风管之间设置测量外壳，利用测量外壳内外的各项检测器实时检测通风管道内外的空气流动数据，实现了对通风管道的分段式检测，进而可有针对性对通风管道的区段进行改进，从而提高进风效果并减少能耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考如图1～2所示，提供一种智能空气动力学分析系统，包括数据采集单元以及数据处理单元，数据采集单元包括圆筒形的测量外壳4、风速管5、测风仪6、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器，测量外壳4的轴向两端分别与设置在通风管道3直线段的相邻风管相连通，具体设置方式为：测量外壳4的两端分别与风管法兰连接，并做密封处理，且测量外壳4的内径与风管的内径相同，防止出现内径不同而导致的气流紊乱的问题，测量外壳4内设置有风速管5，用于测量空气流动的总风压以及静风压，风速管5与测量外壳4的轴线垂直，风速管5上设置有测风仪6，用于测量空气流动的风速，风速管5以及测风仪6的进风口正对风流来向设置，气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器均设置在测量外壳4的外壁上，用于测量空气流的密度、海拔以及温度数据，风速管5、测风仪6、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器均与数据处理单元电连接，在通风管道3直线段的相邻风管之间设置有测量外壳4，测量外壳4内外的各项检测器将同步并实时的检测通风管道3内外的空气流动数据，不仅能够同步检测提高检测的精确度，而且通过相邻测量外壳4处检测器检测数据的对比，实现了对通风管道3的分段式检测，进而可有针对性对通风管道3的问题区段进行改进，另外可根据项目规定的隧道距离、隧道断面、通风管道3截面积以及测量外壳4处各项检测数据，通过空气动力学公式并分析得出获得空气动力学曲线、动风压、所有风压损失、风量、回风速度以及漏风率等数据，客户可根据需求，改进及智能调试及/或控制地下工程临时通风系统。

当实际通风管道3的长度较短时，只需直接在通风管道3的末端设置数据采集单元即可。

也可以将数据采集单元通过法兰连接至其他需要测量风流数据的设备上。

动压计算公式为：Pd＝Pt-Ps(Pd＝动压，Pt＝总压，Ps＝静压)。

风量计算公式为：

(Pd＝动压，ρ＝空气密度，Q＝风量，S＝横截面)。

回风速度计算公式为：

(V＝回风速度，Q＝风量，S＝隧道横截面)。

漏风率(％/100m)计算公式为：(第N个数据采集单元和第N+1个数据采集单元之间)

(Q＝风量，L＝距离)。

本装置未在弯道处设置测量外壳4的目的是为了避免弯道处的紊流对检测精度造成影响，具体的，可设置测量外壳4远离转弯区至少10-20m。

测量外壳4内设置有若干个风速管5，若干个风速管5沿测量外壳4的轴线交叉设置，且每个风速管5上均设置有测风仪6，若干个风速管5以及测风仪6的设置，能够在实际测量中取平均值，提高检测精度。

风速管5通过气动管13与风压变送器连接，用于直观的显示当前风压数据，风压变送器可设置在测量外壳4的外壁上。

若干个风速管5的交叉点位于测量外壳4的轴线上，且相邻风速管5之间的夹角均相等，若干个测风仪6与测量外壳4的轴线之间的距离相同，可以保证风速管5以及测风仪6分布的均匀性，进一步提高装置的检测精度。

数据处理单元包括控制柜7、处理主板以及用于显示数据信息的显示屏8，处理主板内置PLC编程系统，处理主板设置在控制柜7内，显示器设置在控制柜7外表面，风速管5通过风压变送器与处理主板电连接，测风仪6、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器均与处理主板有线电连接，或者采用无线连接的方式，即风压变送器、测风仪6、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器均与无线信号发生器，处理主板上设置有无线信号接收器，无线信号发生器接收各检测数据并将数据传递至PLC编程内进行计算得到所需的数据，处理主板与显示屏8电连接，用于将各个测量外壳4上检测器的检测数据以及经过计算后得出的空气动力学曲线、动风压、所有风压损失、风量、回风速度以及漏风率等数据传递至显示屏8显示。

处理主板与地下通风设备中的风机2电连接，控制柜7上设置有控制按钮9，通过按动控制按钮9调控风机2的输出功率，即可完成电机不同功率下通风管道3内外各项数据的检测。

测量外壳4的支撑固定方式可为：直接将测量外壳4的底部通过支撑架10设置在地面上，支撑架10可与测量外壳4接触连接，或与测量外壳4一体连接。

测量外壳4的其他支撑固定方式为：测量外壳4通过支架设置在隧道1的天花板或墙壁上，支架可与测量外壳4接触连接，或与测量外壳4一体连接，当测量外壳4固定在天花板上时，支架可为U型结构，U型的内腔用于承载测量外壳4，开口端通过锚杆等结构固定在天花板上，当测量外壳4固定在墙壁上时，支架可为平板型结构，平板型结构对应测量外壳4的位置设置有与测量外壳4外壁面相匹配的弧形凹槽，弧形凹槽用于承载测量外壳4，平板型结构的一端通过锚杆等结构固定在墙壁上。

为了便于测量外壳4的转运，测量外壳4的外壁上设置有用于搬运的吊耳11。

由于机器搬运后放置位置不会太精准，需要人工介入将测量外壳4移动至待安装位置，因此在测量外壳4的外壁上设置有提手12，便于人手提移动测量外壳4的位置，同时在测量外壳搬运完成后，可将风压变送器、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器设置在同一承载体上，在承载体的一端设置能够从上到下插入到提手12内的L型插接件，从而实现各类器械的便捷安装，承载体可选用承载板或承载箱等。

本发明还提供一种上述智能空气动力学分析系统的分析方法，包括以下步骤：

S1：将测量外壳4通过法兰安装通风管道3直线段的相邻风管之间；

S2：启动通风管道3的风机2，风机2抽动外界新鲜空气进入到通风管道3内，风流穿过测量外壳4的过程中，风速管5与风压变送器测量当前气流的总压与静压、测风仪6测量当前风速信息、气体密度传感器测量当前气体密度、海拔测量传感器测量当前海拔高度、温度传感器测量当前温度信息，处理主板接收并处理得到所需数据，并通过计算的方式得到空气动力学曲线、动风压、所有风压损失、风量、回风速度以及漏风率等数据，随后处理主板将数据信息输送至显示器进行显示供检测人员查看。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种智能空气动力学分析系统，其特征在于，包括数据采集单元以及数据处理单元，所述数据采集单元包括圆筒形的测量外壳、风速管、测风仪、气体密度传感器、海拔测量传感器以及温度传感器，所述测量外壳的轴向两端分别与设置在通风管道直线段的相邻风管相连通，且所述测量外壳的内径与所述风管的内径相同，所述测量外壳内设置有所述风速管，且所述风速管与所述测量外壳的轴线垂直，所述风速管上设置有所述测风仪，所述风速管以及所述测风仪的进风口正对风流来向设置，所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器以及所述温度传感器均设置在所述测量外壳的外壁上，所述风速管、所述测风仪、所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器以及所述温度传感器均与所述数据处理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述测量外壳内设置有若干个所述风速管，若干个所述风速管沿所述测量外壳的轴线交叉设置，且每个所述风速管上均设置有所述测风仪，所述风速管通过气动管与风压变送器连接。

3.根据权利要求2所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，若干个所述风速管的交叉点位于所述测量外壳的轴线上，且相邻所述风速管之间的夹角均相等，若干个所述测风仪与所述测量外壳的轴线之间的距离相同。

4.根据权利要求2所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述数据处理单元包括控制柜、处理主板以及用于显示数据信息的显示屏，所述处理主板设置在所述控制柜内，所述显示器设置在所述控制柜外表面，所述风压变送器、所述测风仪、所述气体密度传感器、所述海拔测量传感器、所述温度传感器均与所述处理主板电连接，所述处理主板与所述显示屏电连接。

5.根据权利要求4所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述处理主板与地下通风设备中的风机电连接，所述控制柜上设置有用于调控风机输出功率的控制按钮。

6.根据权利要求1所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述测量外壳的底部通过支撑架设置在地面上。

7.根据权利要求1所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述测量外壳通过支架设置在隧道的天花板或墙壁上。

8.根据权利要求1所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述测量外壳的外壁上设置有用于搬运的吊耳。

9.根据权利要求1所述的智能空气动力学分析系统，其特征在于，所述测量外壳的外壁上设置有提手。

10.一种智能空气动力学分析系统的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将测量外壳安装通风管道直线段的相邻风管之间；

S2：启动通风管道的风机，风流穿过测量外壳的过程中，风速管与风压变送器测量当前气流的总压与静压、测风仪测量当前风速信息、气体密度传感器测量当前气体密度、海拔测量传感器测量当前海拔高度、温度传感器测量当前温度信息，处理主板接收并处理得到所需数据，并将数据信息输送至显示器进行显示。

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