一種可開閉的柱狀空氣渦旋側吸排風裝置的制作方法

本發明涉及一種空氣調節裝置，具體涉及一種可開閉的柱狀空氣旋渦側吸排風裝置。

背景技術：

工業生產中經常產生大量的污染氣體、煙塵、蒸汽等有害物質，嚴重威脅到了產品質量、生產安全和工人的健康。因此，局部排風罩被廣泛的應用于工業生產中對于污染源處散發污染物的捕集和控制。由于在生產過程中許多散發污染源的位置需要在其上部進行加料、操作、觀察等活動，故不能加裝半封閉排風罩和頂吸排風罩，因此為了及時捕集散發的污染物，經常采用側吸排風罩，如鑄造工業中捕集鑄造煙塵，電解鋁采用槽邊側吸罩捕集槽內酸霧等。但根據流體力學的匯流場原理，排風口附近的風速快速下降，距離排風口位置一倍直徑時，排風速度即降低到排風口最大風速的約10％左右，這就導致一般側吸排風罩存在控制距離近、控制范圍小、易受橫風干擾等缺點，因此捕集效率不高。如果要提高捕集效率，則必須增大排風量，這樣勢必會增大能耗；同時隨著排風量增大，側吸排風罩的捕集效率提高速率逐漸減小，導致經濟性很差。同時，對于某些帶有背板的散發污染物槽，當背板關閉時由于污染物被封閉在槽中的密閉空間內，因此槽邊側吸排風罩捕集效果較好；而在槽的背板打開進行檢修、加料、觀察等操作時，側吸排風罩無法控制槽內污染物的散發，造成大量污染物在打開背板的過程中逃逸到建筑內，嚴重惡化了室內環境。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于，提供一種可開閉的柱狀空氣渦旋側吸排風裝置，可將操作容器中的污染物通過空氣渦旋輸運到排風口處排出，防止污染物產生逸散，大大提高側吸排風系統的捕集效率。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種可開閉的柱狀空氣渦旋側吸排風裝置，包括兩端通透的操作容器，操作容器的頂部設置有背板以及側板，其中：側板垂直于背板，且側板為可折疊結構；所述的側板邊緣設置有可折疊的擋板，擋板的一端與背板頂部連接，擋板的另一端與操作容器的頂端連接；所述的背板可繞操作容器的頂部旋轉，旋轉范圍為0°～90°；所述的背板的內側設置有送風口和排風口，送風口的送風方向為指向側板方向，送風口位于背板下端的邊角處，排風口位于背板上端；所述的背板的外側設置有與送風口連通的送風管，以及與排風口連通的排風管。

進一步地，所述的送風口包括端板、弧板以及底板，其中端板、弧板相互垂直，并垂直固定在背板上，弧板的一側固定在背板上，另一側與底板相連，且弧板的一個端部與端板連接；所述的弧板內部的背板上開設有通風口，通風口與送風管連通。

進一步地，所述的操作容器和背板的外側設置有固定裝置，固定裝置包括設置在背板上的凸起以及設置在操作容器上的旋軸，其中凸起上開設有側槽，旋軸上安裝有與所述側槽配合的卡板。

進一步地，所述的操作容器的橫截面為矩形結構，操作容器由四塊側壁板依次垂直連接而構成。

進一步地，所述的送風管的直徑小于排風管的直徑。

進一步地，所述的側板展開后呈圓心角為90°的扇形結構，擋板展開后呈弧形結構。

進一步地，所述的側板和擋板為一體式結構，包括骨架桿和無紡布，其中骨架桿設置有多個，骨架桿為由第一支桿和第二支桿構成的l形結構，所述的無紡布有兩片，一片為扇形結構，另一片為條形結構；所述的多個第一支桿的一端共同安裝在一根轉軸上，其余部分均勻分布在所述的扇形結構的無紡布的側面；所述的第二支桿分布在條形結構的無紡布的側面。

進一步地，所述的多個骨架桿中，第一個骨架桿固定在背板上，最后一個骨架桿活動式連接在操作容器上。

進一步地，所述的操作容器的內壁上側設置有支撐柱，支撐柱與操作容器內壁的上端部之間開設有滑槽，滑槽的端部設置有擋塊，滑槽中裝配有滑塊；所述的最后一個骨架桿與所述的滑塊連接。

本發明與現有技術相比具有以下技術特點：

本發明裝置有開啟和閉合兩種工作狀態。當無工作人員操作時，背板關閉時，送風口不工作，排風口正常工作，操作容器內部可形成封閉空間，在其中散發的污染物通過排風口被排走，阻止其擴散到容器外部；有工作人員操作時，將背板打開，與操作容器呈90°夾角，送風口正常工作，送風口的送風氣流經過可折疊側板和可折疊柔性擋板形成帶有角動量的氣流配合排風口處的排風氣流，根據空氣動力學原理，形成彎曲的柱狀空氣渦旋，造成強大的負壓梯度和氣流上升速度，可將操作容器中的污染物通過空氣渦旋輸運到排風口處排出，防止污染物產生逸散，大大提高側吸排風系統的捕集效率。

附圖說明

圖1為本發明的開啟狀態整體結構正面示意圖；

圖2為本發明的開啟狀態整體結構背面示意圖；

圖3為本發明的關閉狀態整體結構示意圖；

圖4為送風口部分的結構示意圖；

圖5為骨架桿與操作容器活動式連接部分的結構示意圖；

圖6為固定裝置的結構示意圖；

圖7為操作容器開口平面氣流速度矢量圖；

圖8為操作容器開口平面壓力分布圖；

圖9為數值模擬中本發明的操作容器開口污染物運動流線與傳統側吸式排風罩的操作容器開口污染物運動流線對比圖，其中(a)為傳統排風罩，(b)為本發明裝置；

圖中標號代表：1—背板，1-1—排風口，1-2—送風口，1-2-1—端板，1-2-2—弧板，1-2-3—底板，1-3—合頁，1-4—進風口，1-5—提手，2—側板，3—擋板，3-1—滑塊，3-2—骨架桿，3-3—無紡布，4—操作容器，5—排風管，6—送風管，7—支撐柱，8—滑槽，9—擋塊，10—凸起，11—側槽，12—旋軸，13—卡板，a—污染物散發面，b—送風氣流。

具體實施方式

遵從上述技術方案，如圖所示，本發明公開了一種可開閉的柱狀空氣渦旋側吸排風裝置，包括兩端通透的操作容器4，在使用時，操作容器4可以作為局部排風罩，固定在氣體污染源的上方位置；操作容器4的頂部設置有背板1以及側板2，其中：側板2垂直于背板1，且側板2為可折疊結構；這里的可折疊是指側板2是與背板1聯動的，當背板1旋轉時，可實現側板2的折疊或打開。所述的側板2邊緣設置有可折疊的擋板3，擋板3的一端與背板1頂部連接，擋板3的另一端與操作容器4的頂端連接。在圖1給出的示例中，操作容器4的橫截面為矩形結構，操作容器4由四塊側壁板依次垂直連接而構成，即擋板3的另一端是連接在與安裝背板1的側壁板平行的另一塊側壁板上的。這樣當擋板3展開后，擋板3的兩端將橫跨操作容器4的上方。

所述的背板1可繞操作容器4的頂部旋轉，旋轉范圍為0°～90°；這里的旋轉范圍是指，如圖1所示，當背板1旋轉至與操作容器4的軸向(即側壁板的高度方向)平行時為90°，旋轉至與操作容器4的軸向垂直時為0°。背板1的大小和操作容器4端部大小相仿，當旋轉至0°時，背板1剛好扣在操作容器4的上部，將操作容器4上端的開口封住。為便于旋轉操作，背板1的外側設置有提手1-4。如圖2、圖5所示，操作容器4和背板1的外側設置有固定裝置，固定裝置包括設置在背板1上的凸起10以及設置在操作容器4上的旋軸12，其中凸起10上開設有側槽11，旋軸12上安裝有與所述側槽11配合的卡板13。當背板1旋轉至90°時，將卡板13旋轉至卡入到所述的側槽11中，以實現對背板1位置的固定，使背板1能保持90°。背板1和操作容器4采用合頁1-3連接。

所述的背板1的內側設置有送風口1-2和排風口1-1，送風口1-2的送風方向，即送風口1-2的開口方向為指向側板2方向，送風口1-2位于背板1下端的邊角處，排風口1-1位于背板1上端；這里的上端、下端可以借助圖1來理解，如圖1所示，在背板1旋轉至90°時，遠離操作容器4的一端為上端。送風口1-2的安裝位置為背板1上最遠離側板2的邊角處，排風口1-1可以設置在背板1上端的中部位置，或者中部一側靠近側板2的位置。所述的背板1的外側設置有與送風口1-2連通的送風管6，以及與排風口1-1連通的排風管5，送風管6的直徑小于排風管5的直徑。

如圖3所示，送風口1-2包括端板1-2-1、弧板1-2-2以及底板1-2-3，其中端板1-2-1、弧板1-2-2相互垂直，并垂直固定在背板1上，弧板1-2-2的一側固定在背板1上，另一側與底板1-2-3相連，且弧板1-2-2的一個端部與端板1-2-1連接；所述的弧板1-2-2內部的背板1上開設有通風口，通風口與送風管6連通。由端板1-2-1、弧板1-2-2、底板1-2-3和背板1圍成了一個相對封閉的空間，僅在送風口1-2上留出了一個出口，這個出口的軸向即所述的送風方向，該方向與背板1平行，并指向側板2。如3中的b即為送風氣流的方向。送風口1-2整體固定在背板1上，跟隨背板1轉動。

如圖1和圖2所示，本方案中，側板2展開后呈圓心角為90°的扇形結構，擋板3展開后呈弧形結構。具體地，側板2和擋板3為一體式結構，包括骨架桿3-2和無紡布3-3，其中骨架桿3-2設置有多個，骨架桿3-2為由第一支桿和第二支桿構成的l形結構，所述的無紡布3-3有兩片，一片為扇形結構，另一片為條形結構；所述的多個第一支桿的一端共同安裝在一根轉軸上，其余部分均勻分布在所述的扇形結構的無紡布3-3的側面，使得第一支桿和這塊無紡布3-3共同構成類似于扇子的結構；所述的第二支桿分布在條形結構的無紡布3-3的側面；這樣設置后，側板2和擋板3即為聯動結構，且可以實現打開和折疊。打開和折疊過程由背板1來控制；當背板1旋轉至90°時，擋板3和側板2為打開狀態，此時無紡布3-3完全展開；背板1扣在操作容器4上方，即0°位置時，擋板3和側板2全部收縮，此時骨架桿3-2相互貼在一起，無紡布3-3也處于折疊狀態。擋板3的寬度為容器頂端開口寬度的1/5。

如圖2和圖4所示，所述的多個骨架桿3-2中，第一個骨架桿3-2固定在背板1上，最后一個骨架桿3-2活動式連接在操作容器4上。這樣旋轉背板1時，擋板3和側板2就能像扇子一樣打開或閉合。為了使背板1能完全扣在操作容器4上方，本方案中，操作容器4的內壁上側設置有支撐柱7，支撐柱7與操作容器4內壁的上端部之間開設有滑槽8，滑槽8的端部設置有擋塊9，滑槽8中裝配有滑塊3-1；擋塊9限定了滑塊3-1只能在滑槽8端部、擋塊9之間滑動；所述的最后一個骨架桿3-2與所述的滑塊3-1連接，這是一種活動式的連接方式。在側板2和擋板3折疊后，折疊后的骨架桿3-2、無紡布3-3將被支撐在所述的支撐柱7上，不會繼續下滑，以使得背板1能緊貼操作容器4的上端邊緣，實現對操作容器4上端的密封。當側板2和擋板3展開后，滑塊3-1滑動到擋塊9處不能繼續滑動，也就固定住了擋板3和側板2下端的位置。所述的無紡布3-3采用耐高溫、耐腐蝕的玻璃纖維無紡布3-3。

參見圖1，當有工作人員操作時，將背板1打開至90°并進行位置的固定，將送風管6與送風裝置連接，排風管5與抽風裝置連接，送風口1-2的送風氣流經過可折疊的側板2和擋板3形成帶有角動量的氣流，配合排風口1-1處的排風氣流，形成彎曲的柱狀空氣渦旋，造成強大的負壓梯度和氣流上升速度，可將操作容器4中的污染物通過空氣渦旋輸運到排風口1-1處排出，防止污染物產生逸散，大大提高側吸排風系統的捕集效率，在這種情況下，不影響通過上部進行加料、操作和觀察等活動。

參見圖3，當無工作人員操作時，背板1旋轉至扣合在操作容器4上端，關閉送風裝置，送風口1-2不工作，排風口1-1正常工作，操作容器4內部可形成封閉空間，在其中散發的污染物通過排風口1-1被排走，阻止其擴散到操作容器4外。

驗證實例

為了驗證本裝置對污染物的控制和捕集作用，根據實際使用情況建立了數值模模型，操作容器開口和背板的尺寸都為1.2m×1.2m，排風口直徑為0.2m，送風管直徑為0.1m，排風速度為5m/s，送風速度為2m/s。背板為4mm厚有機玻璃。通過對速度進行分析，進一步驗證了開閉式柱狀空氣渦旋側吸排風裝置有效性。

排風裝置附近的氣體流動基本為馬赫數小于0.3的低速流動，故可將空氣視為不可壓縮流體；同時空氣溫差較小，即密度變化較少，因此可認為室內空氣流動符合boussinesq假設。為此選用采用rngk-ε雙方程模型進行模擬計算，控制方程式在上面假設的基礎上，得到k-ε湍流數學模型的各時均值控制方程。最終建立控制方程組如下所示：

連續性方程：

動量方程：

能量方程：

濃度方程：

式中u為氣流速度；k為湍流脈動動能；t為室內空氣溫度；μ為層流動力粘性系數；μt為湍流動力粘性系數；p為空氣壓力；ρ為空氣密度；cp為空氣定壓比熱容；q為熱流密度；β為流體體積膨脹系數；c為污染物濃度；fc為污染物釋放率；cc為常數；pr為普朗特數。

采用有限體積法(fvm)對上述控制方程進行離散，離散格式選用二階迎風格式，并采用simple算法對離散方程進行求解，當速度項和壓力項殘差值均小于10^-3，同時溫度和組分的殘差值均小于10^-6時，控制方程組收斂，此時即可得到排風罩內各個位置的速度與壓力分布。

設操作容器開口的尺寸長×寬×高為1200×1200×750mm，圓形排風口的排風量為0.157m³/s，送風口形狀為四分之一圓形，半徑為50mm，速度為1.5m/s，假設操作容器中污染物的釋放量為0.18576km³/s。在背板打開條件下，依據空氣動力學原理，送風口送出的氣流與側板和擋板相結合產生彎曲柱狀空氣渦旋，如圖7操作容器開口附近速度矢量截圖所示，操作容器開口附近氣流形成了明顯的渦旋結構，并形成了如圖8所示的負壓區，將操作容器中釋放的污染物通過“人造龍卷風”效應高效捕集，吸入排風口內。

本發明與本發明的操作容器開口污染物運動流線與傳統側吸式排風罩的操作容器開口污染物運動流線對比如圖9所示。傳統側吸式排風罩是在操作容器的外部開口附近設置條縫型排風口，根據空氣動力學原理，排風口的匯流流暢速度快速衰減，難以控制整個操作容器散發的污染物，特別是遠端位置。本發明所涉及的新型側吸式排風系統，有效的加強了排風罩對遠端污染物的控制和捕集。如圖7所示，在排風口排風量和污染物散發量都相同的情況下，傳統側吸式排風罩無法對容器開口遠處污染物進行有效捕集，大量污染物散發到室內空間。而本發明的渦旋側吸式排風裝置，利用柱狀空氣渦旋原理產生的負壓，有效控制和捕集了容器中所釋放的污染物，污染物的逃逸率大大降低。