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CN111707588B - 测定粉尘吸入性的仿真实验装置 - Google Patents

测定粉尘吸入性的仿真实验装置 Download PDF

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CN111707588B CN202010530570.7A CN202010530570A CN111707588B CN 111707588 B CN111707588 B CN 111707588B CN 202010530570 A CN202010530570 A CN 202010530570A CN 111707588 B CN111707588 B CN 111707588B
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徐红
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Abstract

本发明公开了一种测定粉尘吸入性的仿真实验装置，包括仿真呼吸管道系统、产尘系统、测尘系统、注液系统、翻转系统和高速摄像系统；仿真呼吸管道系统包括透明封板、仿真纤毛和半开管；产尘系统包括气溶胶发生器和风机；测尘系统包括测尘仪和导气管；注液系统包括水管、水泵、储液仓和喷头；翻转系统包括外框架、驱动电机、转轴和底座，能带动仿真呼吸管道系统、产尘系统一起翻转；高速摄像系统安装在透明封板一侧，用于拍摄仿真呼吸道内粉尘的运移和沉积。专用于模拟粉尘在呼吸道中运移及沉积的过程，集注液、产尘、吸尘、翻转、测尘于一体，功能齐全，科学合理，能实现可视化，为探究煤矿开采环境粉尘致病机理提供数据支撑。

Description

测定粉尘吸入性的仿真实验装置
技术领域
本发明属于粉尘职业病安全健康仿真技术领域，主要适用于煤矿开采环境的粉尘吸入仿真。
背景技术
煤矿开采过程中，有大量的粉尘产生，污染巷道环境，工人长期吸入粉尘引发尘肺病，严重威胁工人的职业安全健康。
粉尘可随呼吸进入呼吸道，影响粉尘在呼吸道不同部位沉积的主要因素是尘粒的物理特性(如尘粒的大小、形状及密度等)，以及与呼吸有关的空气动力学条件(如流向、流速等)，不同粒径的粉尘在呼吸道不同部位沉积的比例也不同。目前，粉尘在呼吸道中如何运移及沉积这一过程尚不清晰。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种用于测定粉尘吸入性的仿真实验装置，用于模拟粉尘在呼吸道中运移及沉积的过程，为探究煤矿开采环境粉尘致病机理提供数据支撑。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种测定粉尘吸入性的仿真实验装置，包括仿真呼吸管道系统、产尘系统、测尘系统、注液系统、翻转系统和高速摄像系统；所述仿真呼吸管道系统包括透明封板、仿真纤毛和半开管，半开管与可拆卸安装的透明封板围成一个前大后小的仿真呼吸道，在半开管的内壁上安装有仿真纤毛，所述仿真呼吸道的外壁上前后间隔开设有不止一个测尘口，仿真呼吸道的前端设置有导流板；所述产尘系统包括气溶胶发生器和风机，气溶胶发生器产生的粉尘能在风机的吹动下，并结合导流板的导流作用进入仿真呼吸道；所述测尘系统包括测尘仪和导气管，每个测尘口通过导气管连接有一个测尘仪；所述注液系统包括水管、水泵、储液仓和喷头，所述喷头通过水管与储液仓相连，并能在拆下透明封板后，在水泵的加压作用下将液体喷洒至仿真纤毛上；所述翻转系统包括外框架、驱动电机、转轴和底座，所述驱动电机安装在底座上，外框架与底座通过转轴转动相连，并能在驱动电机驱动下带动仿真呼吸管道系统、产尘系统一起翻转；所述高速摄像系统安装在透明封板一侧，用于拍摄仿真呼吸道内粉尘的运移和沉积。
作为上述方案的优选，所述半开管由等径管和变径管交替分节拼装而成，并按直径由大到小的顺序前后依次拼接，每个等径管中部开设有一个测尘口。
进一步优选为，所述仿真纤毛粘接固定在半开管的内壁上，每节半开管对应一块仿真纤毛，相邻两块仿真纤毛采用拉链或者粘贴连接。
进一步优选为，所述透明封板与拼接后的半开管通过螺母螺栓组件或者管卡实现可拆卸安装。
进一步优选为，所述测尘口配备有阀门。
进一步优选为，所述气溶胶发生器的产尘量、风机的风量均可调，储液仓内可配置不同体质人体的呼吸道体液。
进一步优选为，所述仿真纤毛采用可吸水的纤毛毛毯制成。
本发明的有益效果：
(1)采用半开管+透明封板+仿真纤毛用于仿真呼吸道，能更真实地模拟呼吸道环境；进一步，采用变径拼接的方式，与人体呼吸系统管道的管径不一致的真实情况更加吻合，尽可能地模仿准确；
(2)采用半开管结合透明封板，而不是完整的圆管，以便于配合高速摄像系统进行拍摄，进行影像采集分析，实现仿真实验的可视化；
(3)透明封板采用可拆卸安装的方式，便于在实验前拆下透明封板用喷头均匀喷洒液体至仿真纤毛上，营造人体呼吸道纤毛润湿的环境；
(4)透明封板和仿真纤毛均采用可拆卸安装也便于实验结束后，将仿真纤毛取下来进行称重，称量的时候减去之前的纯水的毛毯重量，从而测试沉积粉尘的量；特别是，对于分块安装仿真纤毛的方式，每节半开管对应安装一块仿真纤毛，从而得到不同管径呼吸道粉尘沉积规律；仿真纤毛可拆卸还便于利用高速摄像系统近距离观察仿真纤毛内沉积的颗粒形态及分布情况；
(5)半开管上开设不止一个测尘口，配合测尘仪，能即时同时测量不同位置处粉尘浓度；
(6)仿真呼吸管道系统、产尘系统能一起翻转，用于模拟人体站立、平躺或者倾斜状态。
综上所述，本发明专用于模拟粉尘在呼吸道中运移及沉积的过程，集注液、产尘、吸尘、翻转、测尘于一体，功能齐全，科学合理，能实现可视化，为探究煤矿开采环境粉尘致病机理提供数据支撑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图2所示，一种测定粉尘吸入性的仿真实验装置，主要由仿真呼吸管道系统、产尘系统、测尘系统、注液系统、翻转系统和高速摄像系统六个部分组成。
仿真呼吸管道系统主要由透明封板1、仿真纤毛2和半开管3组成。半开管3与可拆卸安装的透明封板2围成仿真呼吸道。在半开管3的内壁上安装有仿真纤毛2，仿真呼吸道的外壁上前后间隔开设有不止一个测尘口4，仿真呼吸道的前端设置有导流板5。
最好是，半开管3由等径管3a和变径管3b交替分节拼装而成，并按直径由大到小的顺序前后依次拼接，每个等径管3a中部开设有一个测尘口4。仿真呼吸道采用拼接而成的变径管道，并在每个变径部位进行测尘，能更好地模拟人体呼吸管变径部位粉尘的运移和沉积情况。
仿真纤毛2采用可吸水的纤毛毛毯制成，但不限于此。仿真纤毛2粘接固定在半开管3的内壁上，每节半开管3对应一块仿真纤毛2，相邻两块仿真纤毛2采用拉链或者粘贴连接。透明封板1与拼接后的半开管3通过螺母螺栓组件或者管卡实现可拆卸安装。
每个测尘口4最好配备有一个阀门，测量时打开，不测量时关闭。
产尘系统主要由气溶胶发生器6和风机7组成。气溶胶发生器6产生的粉尘能在风机7的吹动下，并结合导流板5的导流作用进入仿真呼吸道，模拟吸尘的过程。
测尘系统主要由测尘仪8和导气管9组成。测尘仪8用于测量粉尘浓度，每个测尘口4通过导气管9连接有一个测尘仪8。可实现不用位置粉尘浓度的测量，从而掌握粉尘在不同位置的迁移扩散情况。
注液系统主要由水管10、水泵11、储液仓12和喷头13组成。喷头13通过水管10与储液仓12相连，并能在拆下透明封板1后，在水泵11的加压作用下将液体喷洒至仿真纤毛2上。液体是配制的人体呼吸道体液，储液仓12内可配置不同体质人体的呼吸道体液。透明封板1与半开管3可拆卸安装，在仿真实验前，先将两者分离，用喷头13均匀喷洒液体至仿真纤毛2上，营造人体呼吸道纤毛润湿的环境。
翻转系统主要由外框架14、驱动电机15、转轴16和底座17组成。仿真呼吸管道系统、产尘系统与外框架14固定安装在一起，具体设置时，可采用半开管3焊接在外框架14上，气溶胶发生器6、风机7分别通过各自的安装支架安装在外框架14上。底座17固定安装在地面上，驱动电机15安装在底座17上。外框架14与底座17通过转轴16转动相连，并能在驱动电机15驱动下带动仿真呼吸管道系统、产尘系统一起翻转，从而模拟人体站立、平躺或者倾斜状态。
高速摄像系统(图中未示出)安装在透明封板1一侧，高速摄像机能透过透明封板1，用于拍摄仿真呼吸道内粉尘的运移和沉积。
气溶胶发生器6的产尘量、风机7的风量均可调，通过调节气溶胶发生器，实现吸尘的数量多少；通过调整风机的风量实现对呼吸强度的调整。
为测量吸尘前、后仿真纤毛的重量差，还需要配备一个称重系统，比如电子秤。

Claims (7)

1.一种测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：包括仿真呼吸管道系统、产尘系统、测尘系统、注液系统、翻转系统和高速摄像系统；所述仿真呼吸管道系统包括透明封板(1)、仿真纤毛(2)和半开管(3)，半开管(3)与可拆卸安装的透明封板(2)围成仿真呼吸道，在半开管(3)的内壁上安装有仿真纤毛(2)，所述仿真呼吸道的外壁上前后间隔开设有不止一个测尘口(4)，仿真呼吸道的前端设置有导流板(5)；所述产尘系统包括气溶胶发生器(6)和风机(7)，气溶胶发生器(6)产生的粉尘能在风机(7)的吹动下，并结合导流板(5)的导流作用进入仿真呼吸道；所述测尘系统包括测尘仪(8)和导气管(9)，每个测尘口(4)通过导气管(9)连接有一个测尘仪(8)；所述注液系统包括水管(10)、水泵(11)、储液仓(12)和喷头(13)，所述喷头(13)通过水管(10)与储液仓(12)相连，并能在拆下透明封板(1)后，在水泵(11)的加压作用下将液体喷洒至仿真纤毛(2)上；所述翻转系统包括外框架(14)、驱动电机(15)、转轴(16)和底座(17)，所述驱动电机(15)安装在底座(17)上，外框架(14)与底座(17)通过转轴(16)转动相连，并能在驱动电机(15)驱动下带动仿真呼吸管道系统、产尘系统一起翻转；所述高速摄像系统安装在透明封板(1)一侧，用于拍摄仿真呼吸道内粉尘的运移和沉积。
2.根据权利要求1所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述半开管(3)由等径管(3a)和变径管(3b)交替分节拼装而成，并按直径由大到小的顺序前后依次拼接，每个等径管(3a)中部开设有一个测尘口(4)。
3.根据权利要求2所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述仿真纤毛(2)粘接固定在半开管(3)的内壁上，每节半开管(3)对应一块仿真纤毛(2)，相邻两块仿真纤毛(2)采用拉链或者粘贴连接。
4.根据权利要求3所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述透明封板(1)与拼接后的半开管(3)通过螺母螺栓组件或者管卡实现可拆卸安装。
5.根据权利要求1所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述测尘口(4)配备有阀门。
6.根据权利要求1所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述气溶胶发生器(6)的产尘量、风机(7)的风量均可调，储液仓(12)内可配置不同体质人体的呼吸道体液。
7.根据权利要求1所述的测定粉尘吸入性的仿真实验装置，其特征在于：所述仿真纤毛(2)采用可吸水的纤毛毛毯制成。
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