CN110594245B - 一种用于受限空间的涡旋通风装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业受限空间通风领域，具体涉及一种用于受限空间的涡旋通风装置，轴流风机产生的高速气流通过进风口进入涡旋导流器，在蜂窝器的作用下进行整流，在涡旋导流器中心分流并沿着伸展臂流动，在出风口处沿着受限空间的壁面流出，形成具有角动量的送风气流并进入受限空间内，由于出口处的轴流风机产生的排风气流可产生轴线牵引力，从而引导出风口处形成的弯曲的气流从受限空间3出口排出。形成弯曲的空气涡旋，可有效将受限空间内的烟尘通过空气涡旋输运并从出口处排出，有效的减少了有害烟尘对人体的影响。

Description

一种用于受限空间的涡旋通风装置

技术领域

本发明属于工业受限空间通风领域，具体涉及一种用于受限空间的涡旋通风装置。

背景技术

受限空间是指工厂的各种设备内部和城市(包括工厂)的隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、阀门间、污水处理设施等封闭、半封闭的设施及场所，以及农村储存红薯、土豆、各种蔬菜的井、窖等。通风不良的矿井也应视同受限空间。

在工业生产领域，工人在受限空间中进行焊接作业时会产生大量的烟尘，而其中的烟尘难以散发，传统的方法是采用轴流风机使气流从受限空间中较小管口进入，由于人员障碍及风口与管口无法紧密连接，导致通风效果较差，大量的焊接烟尘被人体吸收，严重影响工人作业环境及身体健康。

发明内容

针对上述现有技术中存在烟尘在柱状空间内不易散发，影响作业工人健康的问题，本发明提供一种用于柱状受限空间的涡旋通风装置，采用如下技术方案实现：

一种用于受限空间的涡旋通风装置，包括涡旋导流器和轴流风机；

所述轴流风机分别设置在受限空间的进口处和出口处，进口处的轴流风机用于产生高速气流送入受限空间，出口处的轴流风机用于产生排风气流；

所述涡旋导流器设置在受限空间的进口处，用于将进口处的轴流风机产生的高速气流转换成具有角动量的送风气流，所述送风气流与出口处的轴流风机产生的排出气流结合生成涡旋，实现受限空间的涡旋通风；

所述涡旋导流器包括蜂窝器和围绕蜂窝器等间隔均匀分布的多个涡流伸展臂，每个涡流伸展臂上开设有出风口；所述蜂窝器用于均匀送入的高速气流，所述多个涡流伸展臂用于对经过蜂窝器均匀后的气流进行分流，通过出风口输出具有角动量的送风气流。

进一步的，所述涡流伸展臂的形状为矩形腔体，所述矩形腔体由四块能够折叠的导流板围成，包括一号导流板、二号导流板、三号导流板和四号导流板。

更进一步的，所述涡流伸展臂的末端设置有弧形导流板，所述弧形导流板分别与二号导流板、三号导流板和四号导流板相接，未与弧形导流板相接的一号导流板上设置有出风口。

更进一步的，所述出风口上设置有均流板。

更进一步的，所述弧形导流板上设置有拉环。

更进一步的，所述均流板开孔率为80％，孔径在5mm-10mm之间。

更进一步的，所述送风口的形状为矩形，矩形的长度为一号导流板的直径，矩形的宽度为0.25D-0.1D，D为受限空间的直径。

更进一步的，蜂窝器的厚度在0.03-0.05m之间，蜂窝器上孔的孔径在0.01-0.05m之间。

进一步的，所述涡流伸展臂个数为2到4个。

更进一步的，所述涡流伸展臂个数为4个。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

受限空间内部靠近送风口处设置涡旋导流板，气流通过进风口，在涡旋导流板的作用下改变送风方向，成为具有角动量的送风气流，配合出口处的排风气流，形成柱状涡旋，从而保证焊接烟尘被有效排出，提高污染物的去除效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为涡旋导流器的结构图；

图3为涡流伸展臂示意图；

图4为涡旋导流器中气体流向图；

图5(a)为涡流伸展臂伸缩示意图；

图5(b)为拉环示意图；

图6(a)为蜂窝器截面示意图；

图6(b)为均流板截面示意图；

图7为本发明的气体流向图；

图8(a)为受限射流通风方式下流场矢量图；

图8(b)为旋流风口通风方式下流场矢量图；

图8(c)为受限涡流通风方式下流场矢量图；

图9(a)为受限射流通风方式下污染物的路径图；

图9(b)为旋流风口通风方式下污染物的路径图；

图9(c)为受限涡流通风方式下污染物的路径图。

图中各标号代表：1-轴流风机，2-涡流导流器，3-受限空间，2-1-蜂窝器，2-2涡流伸展臂，2-3-出风口，2-4-拉环，2-2-1-一号导流板，2-2-2-二号导流板，2-2-3三号导流板，2-2-4-四号导流板，2-2-5-弧形导流板，A-污染物散发点。以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

受限空间是指工厂的各种设备内部(炉、塔釜、罐、仓、池、槽车、管道、烟道等)和城市(包括工厂)的隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、阀门间、污水处理设施等封闭、半封闭的设施及场所(船舱、地下隐蔽工程、密闭容器、长期不用的设施或通风不畅的场所等)，以及农村储存红薯、土豆、各种蔬菜的井、窖等。通风不良的矿井也应视同受限空间。

实施例1

本实施例公开了一种用于受限空间的涡旋通风装置，包括涡旋导流器2和轴流风机1；

所述轴流风机1分别设置在受限空间3的进口处和出口处，进口处的轴流风机1用于产生高速气流送入受限空间3，出口处的轴流风机1用于产生排风气流；

所述涡旋导流器2设置在受限空间3的进口处，用于将进口处的轴流风机1产生的高速气流转换成具有角动量的送风气流，所述送风气流与出口处的轴流风机1产生的排出气流结合生成涡旋，实现受限空间3的涡旋通风；

所述涡旋导流器2包括蜂窝器2-1和围绕蜂窝器2-1等间隔均匀分布的多个涡流伸展臂2-2，每个涡流伸展臂2-2上开设有出风口2-3；所述蜂窝器2-1用于均匀送入的高速气流，所述多个涡流伸展臂2-2用于对经过蜂窝器2-1均匀后的气流进行分流，通过出风口2-3输出具有角动量的送风气流。

本发明在使用时，轴流风机1产生的高速气流通过进风口1进入涡旋导流器2，在蜂窝器2-1的作用下进行整流，在涡旋导流器2中心分流并沿着伸展臂2-2流动，在出风口2-3处沿着受限空间的壁面流出，形成具有角动量的送风气流并进入受限空间3内，由于出口处的轴流风机1产生的排风气流可产生轴线牵引力，从而引导出风口2-3处形成的弯曲的气流从受限空间3出口排出。利用涡流导流器将垂直于送风处的送风气流变为带有角动量的送风气流配合受限空间出口处的排风气流，形成弯曲的空气涡旋，可有效将受限空间内的烟尘通过空气涡旋输运并从出口处排出，有效的减少了有害烟尘对人体的影响。

具体的，所述每个涡流伸展臂紧靠在受限空间的侧壁面，且所述涡流伸展臂2-2的形状为矩形腔体，所述矩形腔体由四块能够折叠的导流板围成，可根据不同的受限结构进行伸缩，不使用时可将伸展臂2-2通过折叠收回至涡流导流器2内，包括一号导流板2-2-1、二号导流板2-2-2、三号导流板2-2-3和四号导流板2-2-4。

具体的，所述涡旋导流器2的高速气流进风直径小于受限空间3进口的内接正方形的尺寸，以方便将收缩后涡流导流器2从受限结构3中取用，并用于其他场合。

优选的，其特征在于，所述涡流伸展臂2-2的末端设置有弧形导流板2-2-5，其作用是为了减少气流的阻力，所述弧形导流板2-2-5分别与二号导流板2-2-2、三号导流板2-2-3和四号导流板2-2-4相接，未与弧形导流板2-2-5相接的一号导流板2-2-1上设置有出风口2-3，以保证气流在导流板的导流作用后沿着受限壁面贴壁送出，为实现涡旋通风提供基础。

具体的，所述出风口2-3上设置有均流板从而使得旋流器出风口处的气流均匀分布。

具体的，所述弧形导流板2-2-5上设置有拉环2-4，以方便伸展或收缩伸展臂。

优选的，所述均流板开孔率为80％，孔径在5mm-10mm之间。

优选的，所述送风口2-3的形状为矩形，矩形的长度为一号导流板2-2-1的直径，矩形的宽度为0.25D-0.1D，D为受限空间3的直径。

优选的，所述蜂窝器2-1的直径小于受限空间进口的直径，以保证送风及排风气流的均匀性，蜂窝器2-1的厚度在0.03-0.05m之间，蜂窝器2-1上孔的孔径在0.01-0.05m之间。

具体的，所述涡流伸展臂2-2个数为2到4个，优选为4个，涡流伸展臂2-2的个数不宜过多，伸展臂过多，在涡旋导流器中气流所分流的数目越多，出风口2-3的送风气流的角动量越小，不利于形成柱状涡旋，只有一组导流板会造成受限空间内气流的不对称分布，4组送风通道下的具有角动量的送风气流对称且涡旋强度最高。

实施例2

柱状受限结构是指前后管口缩小的柱状结构，柱状受限结构广泛存在于工业生产领域，由于柱状受限空间前后管口缩小的结构特点，其中的烟尘更难以散发。

本实施例公开了一种用于柱状受限空间的涡旋通风装置，本实施例具有以下技术特征，受限空间的长度为6.9m，直径为1.6m，进出口大小均为0.5m，涡旋导流器的进口直径为0.3m，进口蜂窝板厚度为0.03m，孔径0.01m，伸展臂内矩形空间的尺寸为0.03m×0.02m。即导流板2-2-1与2-2-3间距0.03m，导流板2-2-2与2-2-4间距0.02m。在此实施例情况下，对比传统通风方式、受限空间进口加旋流风口，与涡旋通风方式下受限空间内流场情况与污染物的滞留时间进行对比。

传统通风方式：由轴流风机出来的气流直接进入受限空间内，并通过出口排出。

旋流风口通风：由轴流风机出来的气流通过旋流风口的导流后进入受限空间内，并通过出口排出。

受限涡流通风：由轴流风机出来的气流通过本发明所设计的涡流导流器后进入受限空间内，并通过出口排出。

如图8所示，为不同通风方式下，受限空间内的流场的流动图。当采用传统的通风方式，气流直接从送风口进入受限空间后通过出口排出，由于送风口尺寸较小，使得高速气流进入受限空间中无法立即充满整个空间，壁面附近处的气流速度小压力大，导致壁面附近出现逆压梯度，壁面附近产生环流。当采用旋流风口的通风方式，由于气流经过旋流器后，气流的诱导比增大，气流会偏离轴心朝四周扩散，并不断卷吸四周的空气，但由于受限空间的限制，气流在沿着受限壁面的方向不断卷吸空气后无法继续卷吸，使得气流改变方向，朝着轴中心流动，这造成了靠近受限空间进口处产生回流区。回流区越大，污染物在空间内停留的时间越长，对人体造成的危害也就越大。相比前两种通风方式，在涡流导流器的作用下，气流布满整个受限空间，且流场中无明显的回流区，因此，受限涡流通风方式要优于前两种通风方式。

在壁面附近A点释放污染物，如图6所示为不同通风方式下颗粒物的流动图。为定量的对比不同通风方式的好坏，采用了颗粒物的滞留时间作为评估通风方式好坏的标准，滞留时间的具体形式如下所示：

如表1所示为不同通风方式下颗粒物的滞留时间，可以看到受限涡流通风下，颗粒物的滞留时间为18.42s，其滞留时间明显低于其他两种通风方式下的滞留时间。污染物的滞留时间越长，污染物在受限空间内越不能有效的排除。因此，相比传统的送风方式，污染物在涡流通风的形式下，可有效的被排出，从而有效保证了工人的身体健康。

表1不同通风方式下颗粒物的滞留时间

滞留时间	s
		受限射流通风	40.84
旋流风口通风	36.85
		受限涡流通风	18.42

Claims (10)

1.一种用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，包括涡旋导流器(2)和轴流风机(1)；

所述受限空间指前后管口缩小的柱状结构；

所述轴流风机(1)分别设置在受限空间(3)的进口处和出口处，进口处的轴流风机(1)用于产生高速气流送入受限空间(3)，出口处的轴流风机(1)用于产生排风气流；

所述涡旋导流器(2)设置在受限空间(3)的进口处，用于将进口处的轴流风机(1)产生的高速气流转换成具有角动量的送风气流，所述送风气流与出口处的轴流风机(1)产生的排出气流结合生成涡旋，实现受限空间(3)的涡旋通风；

所述涡旋导流器(2)包括蜂窝器(2-1)和围绕蜂窝器(2-1)等间隔均匀分布的多个涡流伸展臂(2-2)，每个涡流伸展臂(2-2)上开设有出风口(2-3)；每个涡流伸展臂紧靠在受限空间的侧壁面；所述蜂窝器(2-1)用于均匀送入的高速气流，所述多个涡流伸展臂(2-2)用于对经过蜂窝器(2-1)均匀后的气流进行分流，通过出风口(2-3)输出具有角动量的送风气流。

2.如权利要求1所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述涡流伸展臂(2-2)的形状为矩形腔体，所述矩形腔体由四块能够折叠的导流板围成，包括一号导流板(2-2-1)、二号导流板(2-2-2)、三号导流板(2-2-3)和四号导流板(2-2-4)。

3.如权利要求2所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述涡流伸展臂(2-2)的末端设置有弧形导流板(2-2-5)，所述弧形导流板(2-2-5)分别与二号导流板(2-2-2)、三号导流板(2-2-3)和四号导流板(2-2-4)相接，未与弧形导流板(2-2-5)相接的一号导流板(2-2-1)上设置有出风口(2-3)。

4.如权利要求3所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述出风口(2-3)上设置有均流板。

5.如权利要求4所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述弧形导流板(2-2-5)上设置有拉环(2-4)。

6.如权利要求4所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述均流板开孔率为80％，孔径在5mm-10mm之间。

7.如权利要求4所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述出风口(2-3)的形状为矩形，矩形的长度为一号导流板(2-2-1)的直径，矩形的宽度为0.25D-0.1D，D为受限空间(3)的直径。

8.如权利要求5所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，蜂窝器(2-1)的厚度在0.03-0.05m之间，蜂窝器(2-1)上孔的孔径在0.01-0.05m之间。

9.如权利要求1所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述涡流伸展臂(2-2)个数为2到4个。

10.如权利要求9所述的用于受限空间的涡旋通风装置，其特征在于，所述涡流伸展臂(2-2)个数为4个。