本發(fā)明涉及風(fēng)流控制裝置，尤其涉及一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

礦山井下生產(chǎn)在有限空間進(jìn)行，受礦塵和有毒有害氣體污染嚴(yán)重，因此良好的通風(fēng)是礦井安全生產(chǎn)的基本條件。在各種通風(fēng)方式中，采用局部通風(fēng)機(jī)配接導(dǎo)風(fēng)風(fēng)筒，將新鮮風(fēng)流壓入作業(yè)區(qū)域，以置換或排除污染空氣，這種方式被稱(chēng)為“壓入式通風(fēng)”，是礦井獨(dú)頭巷道最常見(jiàn)的通風(fēng)方式之一。通常實(shí)施方法是，將局部通風(fēng)機(jī)布設(shè)在有新鮮風(fēng)流的巷道里，利用通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓，通過(guò)風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流延送至作業(yè)面附近。為設(shè)備安全起見(jiàn)，風(fēng)筒出口通常需與迎頭面保持一定安全距離。在局部通風(fēng)機(jī)工作基本穩(wěn)定條件下，送出風(fēng)流的風(fēng)壓、風(fēng)速基本穩(wěn)定，可視為恒流壓風(fēng)。由于風(fēng)筒懸掛在巷道側(cè)幫，受空間限制，壓風(fēng)風(fēng)流為受限附壁射流。這種受限附壁射流會(huì)在巷道內(nèi)形成射流區(qū)、回流區(qū)和渦流區(qū)。風(fēng)流從風(fēng)筒口射出，進(jìn)入射流區(qū)，攜帶污染空氣由回流區(qū)返回?；亓鲄^(qū)距離風(fēng)筒出口越遠(yuǎn)，風(fēng)流清洗巷道的距離就越長(zhǎng)，而這段距離主要由風(fēng)流射程決定。渦流區(qū)是指回流區(qū)與獨(dú)頭巷道迎頭面之間的區(qū)域，渦流區(qū)內(nèi)的污染空氣以渦流方式流動(dòng)，一般視為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要依靠自行擴(kuò)散進(jìn)入回流區(qū)，而這一過(guò)程往往十分緩慢，使得作業(yè)面污染空氣長(zhǎng)期滯留。這也是目前獨(dú)頭巷道應(yīng)用恒流壓風(fēng)排塵效果普遍不佳的主要原因。研究和實(shí)驗(yàn)顯示，與恒流通風(fēng)相比，風(fēng)速不斷發(fā)生變化的風(fēng)流，對(duì)污染物的運(yùn)移更為有利，主要原因是速度變化的風(fēng)流，其紊流特性更強(qiáng)，能在一定程度上強(qiáng)化新鮮風(fēng)流與污染空氣之間的參混，還能破壞污染物聚集區(qū)的穩(wěn)定性(例如煤礦瓦斯在上隅角的聚集)，加速擴(kuò)散效應(yīng)。這種方式為變速通風(fēng)。

目前，實(shí)現(xiàn)變速通風(fēng)的方法主要有兩種，一是通過(guò)控制通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，二是調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量。兩種方法都可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。而風(fēng)量的變化在同一斷面尺寸巷道內(nèi)流動(dòng)，即會(huì)反映在風(fēng)速的變化上。

控制通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的常見(jiàn)方法是，給通風(fēng)機(jī)加裝一套變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定的程序來(lái)控制調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)供電的頻率，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。該方法存在的主要問(wèn)題是：需要給通風(fēng)機(jī)加裝變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，該類(lèi)系統(tǒng)為電子裝置，成本高，技術(shù)復(fù)雜，連接線(xiàn)路多，受到使用環(huán)境條件限制。一個(gè)典型的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)包括的基本單元有控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，造價(jià)較高，連接線(xiàn)路復(fù)雜。而獨(dú)頭巷道區(qū)域空間狹窄、通風(fēng)條件差，環(huán)境溫、濕度都較高，這些都屬于影響變頻調(diào)速控制系統(tǒng)正常工作的不利因素。另一方面，當(dāng)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到較低狀態(tài)時(shí)，風(fēng)流射程會(huì)顯著減小，嚴(yán)重影響作業(yè)面通風(fēng)效果。

調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的常見(jiàn)方法是在通風(fēng)機(jī)出口加裝風(fēng)門(mén)，用時(shí)間繼電器控制牽引電磁鐵的分離、吸合，通過(guò)連桿帶動(dòng)擋風(fēng)板的開(kāi)啟、閉鎖，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的大小切換。該方法存在的主要問(wèn)題有三個(gè)：一是風(fēng)門(mén)需要專(zhuān)門(mén)的操作控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，連線(xiàn)多；二是繼電器觸點(diǎn)易老化失靈，影響系統(tǒng)可靠性；三是風(fēng)門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中，風(fēng)阻快速加大，通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)快速上移，容易出現(xiàn)進(jìn)入非穩(wěn)定工作區(qū)現(xiàn)象，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)發(fā)生“喘振”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是構(gòu)造一種簡(jiǎn)單的純機(jī)械式的能自動(dòng)生成速度呈周期性變化脈動(dòng)風(fēng)流的裝置，無(wú)需增加控制裝置，就能在低成本、具有良好的環(huán)境適應(yīng)性、操作便捷和不影響風(fēng)流射程的條件下，提高驅(qū)塵排毒效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，包括風(fēng)筒連接件、外殼、軸固定件、固定軸、曲型葉片和第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，外殼為兩端開(kāi)口的桶狀物，風(fēng)筒連接件固定于外殼一端連接風(fēng)筒，外殼內(nèi)裝有固定軸，固定軸由軸固定件與外殼連接固定，曲型葉片有2片，曲型葉片通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承呈S狀對(duì)稱(chēng)安裝于固定軸兩側(cè)。

本發(fā)明還提供了一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，包括風(fēng)筒連接件、外殼、轉(zhuǎn)軸、曲型葉片和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，外殼為兩端開(kāi)口的筒狀物，風(fēng)筒連接件固定于外殼一端用于連接風(fēng)筒，外殼內(nèi)裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與外殼連接處安裝有第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，曲型葉片有2片，曲型葉片呈S狀對(duì)稱(chēng)固定于轉(zhuǎn)軸兩側(cè)。

進(jìn)一步地，本裝置的外殼為圓筒形，曲型葉片為半圓形，彎曲弧度為120°，曲型葉片與外殼的間隙寬度為外殼內(nèi)徑的0.1-0.2倍。

進(jìn)一步地，本裝置還包括安全網(wǎng)，安全網(wǎng)用合頁(yè)和/或插銷(xiāo)固定在所述外殼尾端。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，通過(guò)風(fēng)筒連接件連接到出風(fēng)筒，當(dāng)風(fēng)流通過(guò)本裝置時(shí)，雙曲面結(jié)構(gòu)的葉片在風(fēng)流的作用下自行滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)風(fēng)流形成周期性的遮擋，使得出風(fēng)口風(fēng)量和風(fēng)速發(fā)生周期性的變化，形成脈動(dòng)風(fēng)流。由于本裝置為簡(jiǎn)單的純機(jī)械式的裝置，無(wú)電子元器件，具有成本低、可靠性高和適用性良好的特點(diǎn)，能在不影響風(fēng)流射程的情況下產(chǎn)生脈動(dòng)風(fēng)流。

下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置示意圖；

圖2(a)和圖2(b)是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的葉片轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)-圖3(e)是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的風(fēng)流對(duì)葉片作用力分析圖。

圖中各標(biāo)號(hào)表示：

1、風(fēng)筒連接件；2、外殼；3、軸固定件；4、固定軸；5、曲型葉片；6、第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承；7、安全網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例1：參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例的一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，包括風(fēng)筒連接件1、外殼2、軸固定件3、固定軸4、曲型葉片5和第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6，外殼2為兩端開(kāi)口的筒狀物，風(fēng)筒連接件1固定于外殼2一端用于連接風(fēng)筒，外殼2內(nèi)裝有固定軸4，固定軸4由軸固定件3與外殼2連接固定，曲型葉片5有2片，曲型葉片5通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6呈S狀對(duì)稱(chēng)安裝于固定軸4兩側(cè)。本裝置通過(guò)風(fēng)筒連接件1安裝在風(fēng)筒尾端，使得風(fēng)筒出來(lái)的風(fēng)進(jìn)入本裝置。本裝置中安裝有一對(duì)通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6呈S狀安裝于固定軸4兩側(cè)的曲型葉片5，當(dāng)風(fēng)流通過(guò)曲型葉片5時(shí)，曲型葉片5在風(fēng)流作用下自行滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得過(guò)風(fēng)面積發(fā)生周期性的變化，出風(fēng)口風(fēng)量和風(fēng)速隨之發(fā)生周期性的變化，形成脈動(dòng)風(fēng)流。

參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例的一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，曲型葉片5通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6呈S狀對(duì)稱(chēng)安裝于固定軸4兩側(cè)，曲型葉片5既可以直接安裝在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6上，也可以在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6上安裝一連接桿，曲型葉片5安裝在連接桿上，第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6帶動(dòng)連接桿轉(zhuǎn)動(dòng)從而使曲型葉片5轉(zhuǎn)動(dòng)。連接桿的設(shè)置使得曲型葉片5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)或曲型葉片5發(fā)生微小形變時(shí)不會(huì)與固定軸4發(fā)生碰撞。

在本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)呈S型安裝的曲型葉片受力分析如圖3所示，圖3(a)所示為風(fēng)流受曲型葉片阻擋作用改變流動(dòng)方向。如圖3(b)所示，根據(jù)牛頓定律，風(fēng)流對(duì)曲型葉片形成反作用力。根據(jù)受力分析結(jié)果可知，在上下曲型葉片上分別作用兩個(gè)方向相反的水平方向作用分力，形成轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)曲型葉片旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩始終存在，參見(jiàn)圖3(c)。到達(dá)圖3(d)位置時(shí)，盡管上下曲型葉片轉(zhuǎn)矩相反，但由于力矩之差，轉(zhuǎn)動(dòng)仍然繼續(xù)，方向不變。盡管存在一個(gè)曲型上下葉片轉(zhuǎn)矩平衡位置，如圖3(e)所示，但由于慣性作用，曲型葉片瞬間離開(kāi)平衡位置，轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)。因此，只要風(fēng)筒持續(xù)的送風(fēng)，本裝置就可以持續(xù)的產(chǎn)生周期性的脈動(dòng)風(fēng)流。

本發(fā)明實(shí)施例中的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)原理也可由空氣動(dòng)力學(xué)原理得到解釋?zhuān)涸谕粋€(gè)風(fēng)流中，凸曲面流速快，受壓較小，而凹曲面流速受阻，受壓較大，壓差形成轉(zhuǎn)矩推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。由于上下曲型葉片反向安裝，且葉片具有質(zhì)量慣性，因此在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，力矩始終存在，從而保證葉片能夠連續(xù)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例中，外殼2為圓筒形，曲型葉片5為半圓形，曲型葉片5旋轉(zhuǎn)過(guò)程中其邊緣與外殼2始終保留間隙，間隙寬度為圓筒外殼2內(nèi)徑的0.1-0.2倍。即使外殼發(fā)生微小形變，也能保證曲型葉片5在本裝置的外殼2內(nèi)能自如的轉(zhuǎn)動(dòng)，又不會(huì)使得間隙過(guò)大造成產(chǎn)生脈動(dòng)風(fēng)流的效率下降。

本發(fā)明實(shí)施例中，曲型葉片5的彎曲弧度為120°，在該弧度下，曲型葉片5在風(fēng)流作用下形成的轉(zhuǎn)矩最大，即使風(fēng)流處于較小的時(shí)候，曲型葉片5也能形成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，保證曲型葉片5能夠連續(xù)自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例中，本裝置還包括安全網(wǎng)7，安全網(wǎng)7用合頁(yè)和/或插銷(xiāo)固定在外殼2尾端，由于安全網(wǎng)7的存在，阻斷了葉片與外部的接觸，既避免了物體進(jìn)入裝置對(duì)曲型葉片5造成損傷，又可以防止曲型葉片5對(duì)人體造成傷害。

實(shí)施例2：本發(fā)明實(shí)施例還包括一種脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，包括風(fēng)筒連接件1、外殼2、轉(zhuǎn)軸、曲型葉片5和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，外殼2為兩端開(kāi)口的筒狀物，風(fēng)筒連接件1固定于外殼2一端用于連接風(fēng)筒，外殼2內(nèi)裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與外殼2連接處安裝有第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，曲型葉片5有2片，所述曲型葉片5呈S狀固定于轉(zhuǎn)軸上。與上述方案不同的是，此方案是將曲型葉片5固定在轉(zhuǎn)軸上不動(dòng)，而通過(guò)轉(zhuǎn)軸本身的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)曲型葉片5轉(zhuǎn)動(dòng)從而產(chǎn)生脈動(dòng)風(fēng)流。

本發(fā)明實(shí)施例中，外殼2為圓筒形，曲型葉片5為半圓形，曲型葉片5旋轉(zhuǎn)過(guò)程中其邊緣與外殼2始終保留間隙，間隙寬度為圓筒外殼2內(nèi)徑的0.1-0.2倍。即使外殼發(fā)送微小形變，也能保證曲型葉片5在本裝置的外殼2內(nèi)能自如的轉(zhuǎn)動(dòng)，又不會(huì)使得間隙過(guò)大造成產(chǎn)生脈動(dòng)風(fēng)流的效率下降。

本發(fā)明實(shí)施例中，曲型葉片5的彎曲弧度為120°，在該弧度下，曲型葉片5在風(fēng)流作用下形成的轉(zhuǎn)矩最大，即使風(fēng)流處于較小的時(shí)候，曲型葉片5也能形成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，保證曲型葉片5能夠連續(xù)自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例中，本裝置還包括安全網(wǎng)7，安全網(wǎng)7用合頁(yè)和/或插銷(xiāo)固定在外殼2尾端，由于安全網(wǎng)7的存在，阻斷了葉片與外部的接觸，既避免了物體進(jìn)入裝置對(duì)曲型葉片5造成損傷，又可以防止曲型葉片5對(duì)人體造成傷害。

本裝置應(yīng)用于某礦山井下獨(dú)頭掘進(jìn)工作面爆破排煙，與恒流壓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行比較，當(dāng)安裝位置和爆破條件相同，恒流壓風(fēng)系統(tǒng)排出炮煙時(shí)間需32分鐘，而本裝置排出炮煙時(shí)間為25分鐘，減少了五分之一。

綜上所述，本發(fā)明構(gòu)造了一種能自動(dòng)生成速度呈周期性變化的滾動(dòng)曲葉脈動(dòng)風(fēng)流發(fā)生裝置，與其他變速通風(fēng)設(shè)備相比具有穩(wěn)定性高，不影響風(fēng)流射程，無(wú)需加裝控制裝置和電子器件的優(yōu)點(diǎn)，并具有成本低和適用性好的特點(diǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。