專利名稱：沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于沙塵暴輸沙量與風(fēng)沙流輸沙量的采樣設(shè)備，特別一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置。
背景技術(shù)：
荒漠化是近幾十年來(lái)全球研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，而沙塵暴是荒漠化過(guò)程的一種典型表現(xiàn)形式，因此，關(guān)于沙塵暴的研究越來(lái)越受到世界各國(guó)政府和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。沙塵暴的輸沙量則是反映沙塵暴強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，然而，沙塵暴的輸沙量觀測(cè)是一個(gè)困擾沙塵暴觀測(cè)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。20世紀(jì)60年代我國(guó)引進(jìn)了原蘇聯(lián)的積沙儀，近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)有人設(shè)計(jì)出了各種各樣的沙塵收集筒，但共同的缺陷是在收集器內(nèi)都設(shè)置了阻擋沙塵的裝置，因而大大降低了收集器內(nèi)氣體的流速，亦即通過(guò)收集器內(nèi)的氣流遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于收集器外的氣流，收集到的沙塵僅僅是沙塵暴運(yùn)動(dòng)中靠慣性進(jìn)入收集器中的沙塵；還有的是在氣流管內(nèi)裝置了一個(gè)類似于吸塵器的過(guò)濾袋，然而過(guò)濾袋嚴(yán)重阻止了氣流管內(nèi)氣流速度，且隨著過(guò) 濾袋中沙塵量的增多，過(guò)濾袋的通透性還會(huì)進(jìn)一步降低。發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種磁場(chǎng)式沙塵暴輸沙量采集儀，其專利號(hào)為ZL 2007 2 0194590. 1，因其需要電力，不便于在沒(méi)有電力供給的曠野應(yīng)用。關(guān)于風(fēng)沙流是輸沙量的觀測(cè)也存在同樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反映真實(shí)的輸沙量、能夠在不具備電力條件的野外使用的沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置；使用該裝置，能使進(jìn)入收集器內(nèi)氣流速率等于外界氣流速度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，包括沙塵收集筒，其特征在于還包括排氣系統(tǒng)和風(fēng)扇；沙塵收集筒設(shè)有進(jìn)氣管與排氣管，沙塵收集筒筒壁外面設(shè)有軸承支架；排氣系統(tǒng)包括曲軸、曲軸傳動(dòng)齒輪、活塞拉桿與活塞；曲軸由軸承安裝于軸承支架，活塞位于排氣管，活塞拉桿通過(guò)活塞連動(dòng)頭與活塞連接，活塞拉桿的另一端活動(dòng)式連接于曲軸，曲軸一端安裝曲軸傳動(dòng)齒輪；風(fēng)扇包括葉片與風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪固定于葉片；風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪與曲軸傳動(dòng)齒輪哨合。進(jìn)氣管進(jìn)氣口面與地面大致垂直，進(jìn)氣管出氣口伸入沙塵收集筒內(nèi)并位于排氣管下沿的下面。排氣管置于沙塵收集筒內(nèi)的一端封頭上設(shè)排氣管氣門，排氣管氣門安裝有繞水平銷軸、向排氣管里面活動(dòng)開(kāi)啟的排氣管氣門蓋；活塞設(shè)有活塞氣門，活塞氣門外側(cè)安裝有繞水平銷軸、向排氣管外面活動(dòng)開(kāi)啟的活塞氣門蓋(2010)。風(fēng)扇還包括底座和豎軸，豎軸固定于底座，豎軸上端經(jīng)風(fēng)扇軸安裝葉片。豎軸上部安裝軸套管，沙塵收集筒固定于旋轉(zhuǎn)支架，旋轉(zhuǎn)支架的另一端安裝于軸套管。使用時(shí)，向沙塵收集筒注水，進(jìn)氣管的進(jìn)氣口位于水位液面下方，排氣管的下邊緣位于水位液面上方，將本發(fā)明安裝在地面或地面以上任意高度，就可以收集到觀測(cè)時(shí)間內(nèi)該收集儀進(jìn)氣管口面上的水平沙塵通量，從而為沙塵暴研究和風(fēng)沙流研究提供輸沙量的真實(shí)數(shù)據(jù)和樣品。
當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定程度時(shí)，風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在風(fēng)扇葉片上的風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)曲軸傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)曲軸帶動(dòng)活塞拉桿，活塞拉桿再帶動(dòng)活塞在排氣管中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉活塞上的氣門而打開(kāi)排氣管與沙塵收集筒連通的氣門，從而抽出沙塵收集筒水面上部的氣體，使得外界氣流從進(jìn)氣管中進(jìn)入并通過(guò)水體補(bǔ)充到沙塵收集筒水面上部；當(dāng)活塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)活塞上的氣門而關(guān)閉排氣管與沙塵收集筒連通的氣門，阻止外界氣流進(jìn)入沙塵收集筒中。通過(guò)設(shè)置風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪的周長(zhǎng)和活塞傳動(dòng)齒輪的周長(zhǎng)的比例使得排氣速率與外界風(fēng)速相等。沙塵收集筒由旋轉(zhuǎn)支架連接在風(fēng)扇豎軸上套上，風(fēng)扇可隨風(fēng)向改變方向，從而使得沙塵收集筒的進(jìn)沙管口始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)方向。本沙塵自動(dòng)收集儀的關(guān)鍵技術(shù)在于一是風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪和曲軸傳動(dòng)齒輪的周長(zhǎng)比 要設(shè)置合理，要使得排氣管中的排氣速率與外界風(fēng)速相等；二是要用材質(zhì)輕且不生銹的材料制作，以盡可能減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性，同時(shí)還要盡可能減小摩擦阻力和防止生銹。本發(fā)明克服了已有沙塵收集儀的氣流通量小于外界實(shí)際通量的缺陷，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)
一是排氣管中的排氣速率與外界風(fēng)速相等，即收集到的是真實(shí)的輸沙量，從而克服了已有沙塵收集儀進(jìn)入收集器的氣流速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外界氣流速度的缺陷。二是風(fēng)扇由風(fēng)提供動(dòng)力，不需要提供電力，方便野外使用。三是沙塵收集儀的方向由風(fēng)扇葉片自動(dòng)調(diào)整，使得進(jìn)氣管的管口始終對(duì)準(zhǔn)于主風(fēng)向。作為本發(fā)明的補(bǔ)充說(shuō)明，由于沙塵收集在水中，因而對(duì)于沙塵物質(zhì)中可能有的水溶性物質(zhì)，可通過(guò)其他方式收集同一場(chǎng)沙塵暴的沙塵物質(zhì)的少量樣品，測(cè)定其中水溶性物質(zhì)所占比例，然后按比例計(jì)算即可。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是排氣系統(tǒng)與沙塵收集筒和風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖，
圖3風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪、排氣系統(tǒng)及沙塵收集筒的平面示意圖，
圖4是活塞向外抽出時(shí)的狀態(tài)示意圖，
圖5是活塞向內(nèi)壓入時(shí)的狀態(tài)示意圖。圖中I一沙塵收集筒，101—進(jìn)氣管，102—排氣管，103—排水龍頭，104—水位液面，105—進(jìn)氣管出氣口，106—沙塵；2—排氣系統(tǒng)，201 —曲軸，202—曲軸傳動(dòng)齒輪，203—軸承，204—軸承支架，205—活塞拉桿，206—活塞，207—活塞連動(dòng)頭，208—活塞氣門，209—排氣管氣門，210—活塞氣門蓋，211—排氣管氣門蓋；3—風(fēng)扇，301—葉片，302—風(fēng)扇軸，303—風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪，304—軸套管，305—旋轉(zhuǎn)支架，306—豎軸，307—底座。
具體實(shí)施例方式 如圖I、圖2與圖3所示，一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，包括沙塵收集筒1，還包括排氣系統(tǒng)2和風(fēng)扇3 ;沙塵收集筒I設(shè)有進(jìn)氣管101與排氣管102，沙塵收集筒筒壁外面設(shè)有軸承支架204 ;排氣系統(tǒng)2包括曲軸201、曲軸傳動(dòng)齒輪202、活塞拉桿205與活塞206 ；曲軸201由軸承203安裝于軸承支架204上，活塞206位于排氣管102內(nèi)，活塞拉桿205通過(guò)活塞連動(dòng)頭207與活塞206連接，活塞拉桿205的另一端活動(dòng)式連接于曲軸201，曲軸201一端安裝曲軸傳動(dòng)齒輪202 ;風(fēng)扇3包括葉片301與風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303固定于葉片301 ;風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303與曲軸傳動(dòng)齒輪202嚙合。進(jìn)氣管進(jìn)氣口面與地面大致垂直，進(jìn)氣管出氣口 105伸入沙塵收集筒I內(nèi)并位于排氣管102下邊沿下面。排氣管102置于沙塵收集筒I內(nèi)的一端封頭上設(shè)排氣管氣門209，排氣管氣門209安裝有繞水平銷軸、向排氣管102里面活動(dòng)開(kāi)啟的排氣管氣門蓋211 ;活塞206設(shè)有活塞氣門208，活塞氣門208外側(cè)安裝有繞水平銷軸、向排氣管102外面活動(dòng)開(kāi)啟的活塞氣門蓋210。風(fēng)扇3還包括底座307和豎軸306，豎軸306固定于底座307，豎軸306上端經(jīng)風(fēng)扇軸302安裝葉片301。豎軸306上部安裝軸套管304，軸套管304上端經(jīng)風(fēng)扇軸302安裝葉片301。沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置還包括旋轉(zhuǎn)支架305，沙塵收集筒I固定于旋轉(zhuǎn)支架305，旋轉(zhuǎn)支架305的另一端安裝于軸套管304 ;風(fēng)扇可隨風(fēng)向改變方向，沙塵收集筒I隨風(fēng)向繞豎軸306旋轉(zhuǎn)，從而使得進(jìn)氣管進(jìn)氣口始終對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)向。沙塵收集筒I中盛有水，進(jìn)氣管出氣口位于水位液面104下方，排氣管102的下邊緣位于水位液面104上方；沙塵收集筒I安裝排水龍頭103，以控制每次觀測(cè)前灌水的水位。當(dāng)風(fēng)速增大，出現(xiàn)沙塵暴或風(fēng)沙流時(shí)，風(fēng)扇3的葉片301在風(fēng)力作用下繞風(fēng)扇軸302轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)固定在葉片301上的風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303再帶動(dòng)固定在曲軸201 —端的曲軸傳動(dòng)齒輪202轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸傳動(dòng)齒輪202帶動(dòng)曲軸201繞曲軸軸承203轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸201帶動(dòng)活塞拉桿205并通過(guò)活塞連動(dòng)頭207帶動(dòng)活塞206在排氣管102
中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。參見(jiàn)圖4 :當(dāng)風(fēng)扇3通過(guò)風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303和曲軸傳動(dòng)齒輪202、活塞拉桿205帶動(dòng)活塞206向外即圖3所示的向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，在外界氣壓作用下，活塞氣門蓋210關(guān)閉，排氣管102中的氣壓迅速降低，排氣管氣門209向排氣管管內(nèi)方向打開(kāi)，沙塵收集筒水位液面104上部氣體被從排氣管102中抽出而氣壓降低，從而使得攜帶沙塵的氣流從進(jìn)氣管進(jìn)氣口進(jìn)入，而進(jìn)入進(jìn)氣管的氣流由進(jìn)氣管出氣口進(jìn)入到水中，沙塵106沉淀到沙塵收集筒I中水的底部，而氣體通過(guò)水體補(bǔ)充到水位液面104的上部空間。同理，參見(jiàn)圖5 :當(dāng)風(fēng)扇3通過(guò)風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪303和曲軸傳動(dòng)齒輪202、活塞拉桿205帶動(dòng)活塞206向內(nèi)即圖4所示的向左壓入時(shí)，排氣管氣門蓋211關(guān)閉，活塞氣門蓋210打開(kāi)，排氣管102內(nèi)的氣體被向外排除，外界氣流不能進(jìn)入沙塵收集筒。假定活塞在排氣管中沖程為15cm，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪的周長(zhǎng)是曲軸傳動(dòng)齒輪的周長(zhǎng)的10倍，風(fēng)速為每秒6m，則風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為每秒鐘4轉(zhuǎn)，即每分鐘360轉(zhuǎn)，公式如下
600ct k60s XJ_ = 240(
15cm10
權(quán)利要求
1.一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，包括沙塵收集筒，其特征在于還包括排氣系統(tǒng)(2)和風(fēng)扇(3);沙塵收集筒(I)設(shè)有進(jìn)氣管(101)與排氣管(102)，沙塵收集筒筒壁外面設(shè)有軸承支架(204);排氣系統(tǒng)(2)包括曲軸(201 )、曲軸傳動(dòng)齒輪(202)、活塞拉桿(205)與活塞(206);曲軸(201)由軸承(203)安裝于軸承支架(204)上，活塞(206)位于排氣管(102)內(nèi)，活塞拉桿(205)通過(guò)活塞連動(dòng)頭(207)與活塞(206)連接，活塞拉桿(205)的另一端活動(dòng)式連接于曲軸(201 )，曲軸(201) —端安裝曲軸傳動(dòng)齒輪(202);風(fēng)扇(3)包括葉片(301)與風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪(303)，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪(303)固定于葉片(301);風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪(303)與曲軸傳動(dòng)齒輪(202)嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于進(jìn)氣管進(jìn)氣ロ面與地面大致垂直，進(jìn)氣管出氣ロ( 105)伸入沙塵收集筒(I)內(nèi)并位 于排氣管(102)下邊沿下面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于排氣管(102)置于沙塵收集筒(I)內(nèi)的一端封頭上設(shè)排氣管氣門(209)，排氣管氣門(209)安裝有繞水平銷軸、向排氣管(102)里面活動(dòng)開(kāi)啟的排氣管氣門蓋(211);活塞(206)設(shè)有活塞氣門(208)，活塞氣門(208)外側(cè)安裝有繞水平銷軸、向排氣管(102)外面活動(dòng)開(kāi)啟的活塞氣門蓋(210)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于風(fēng)扇(3)還包括底座(307)和豎軸(306)，豎軸(306)固定于底座(307)，豎軸(306)上端經(jīng)風(fēng)扇軸(302)安裝葉片(301)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于豎軸(306)上面安裝軸套管(304)，軸套管(304)上端經(jīng)風(fēng)扇軸(302)安裝葉片301。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置還包括旋轉(zhuǎn)支架(305)，沙塵收集筒(I)固定于旋轉(zhuǎn)支架(305)，旋轉(zhuǎn)支架(305)的另一端安裝于軸套管(304)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于沙塵收集筒(I)中盛有水，進(jìn)氣管出氣ロ位于水位液面(104)下方，排氣管(102)的下邊緣位于水位液面(104)上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，其特征在于沙塵收集筒(I)安裝排水龍頭(103)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種沙塵暴輸沙量自動(dòng)收集裝置，包括沙塵收集筒，還包括排氣系統(tǒng)和風(fēng)扇；沙塵收集筒設(shè)有進(jìn)氣管與排氣管，沙塵收集筒筒壁外面設(shè)有軸承支架；排氣系統(tǒng)包括曲軸、曲軸傳動(dòng)齒輪、活塞拉桿與活塞；曲軸由軸承安裝于軸承支架，活塞位于排氣管，活塞拉桿通過(guò)活塞連動(dòng)頭與活塞連接，活塞拉桿的另一端活動(dòng)式連接于曲軸，曲軸一端安裝曲軸傳動(dòng)齒輪；風(fēng)扇包括葉片與風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪，風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪固定于葉片；風(fēng)扇傳動(dòng)齒輪與曲軸傳動(dòng)齒輪嚙合。沙塵收集筒由旋轉(zhuǎn)支架連接在風(fēng)扇豎軸，風(fēng)扇可隨風(fēng)向改變方向，使得沙塵收集筒的進(jìn)沙管口始終對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)方向。本發(fā)明排氣管中的排氣速率與外界風(fēng)速相等，收集真實(shí)的輸沙量，不需要電力，方便野外使用。
文檔編號(hào)G01M9/06GK102735419SQ20121022108
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者常兆豐 申請(qǐng)人:甘肅省治沙研究所