专利名称：高梯度分层旋转立式集沙仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种野外风沙地区风沙流运动形式的观测仪器，具体涉及ー种高梯度分层旋转立式集沙仪。
背景技术：
风沙研究的ー项重要任务是确定输沙率随高度位置变化的规律和风沙流的结构。而集沙仪是研究风沙流结构的重要工具，通过集沙仪测得的风沙流结构可用以准确认识和掌握地区风沙运动性质，从而为防沙手段的准确选择提供科学的技术依据。因此，选用的集沙仪的测试精度直接影响对当地风沙流结构和风沙流运动规律的判断，进而影响防沙措施设定的有效性和合理性。目前，国内普遍采用的集沙仪在设计和适用性方面存在一定的问题。首先，在设计中只考虑了 3m以下的输沙量，在对青藏高原风沙流和新疆强风地区风砾流的观测中，我们发现，风沙流或风砾流的飞扬高度可达IOm以上，且其在3m以上的沙粒含量达40%以上。其次，集沙筒的通气条件较差。有的集沙仪没有考虑输沙筒内的风压，导致许多沙粒被筒内的风压憋出，降低集沙率；有的虽然考虑了风压，在集沙筒上设置不锈钢网排气孔、进沙口上部设排气ロ、数个贯通上下边的方形孔、在筒顶部开排气孔等，但在现场实测中，发现有许多沙粒被吹出或者钢网在使用一段时间后发生破损现象而影响测试精度。第三，许多集沙仪设计中集沙器都固定在ー个方向进行沙样采集，无法实现准确收集来自不同方向的沙粒，有的虽然可以旋转，但灵敏度较低，或长时间受风吹日晒后，转动轴生锈而无法实现自动灵活旋转。第四，集沙筒(盒)设计中只考虑了短时期的小容量输沙量，无法针对大风区、高梯度、长时间的大容量输沙量的测试。第五，集沙仪在设计中只能固定測定某一高度的积沙，不能随着科研试验的进度和要求进行自我调节。
实用新型内容为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种可适用干戈壁强风地区、青藏高原高海抜地区以及普通沙漠地区的高梯度分层旋转立式集沙仪，能调整观测高度，观测不同高度的风沙运动情况，集沙筒内的气压与气流中的气压一致，能准确采集沙粒，提高测试精度。为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种高梯度分层旋转立式集沙仪，包括竖直设置的主杆，主杆上至少水平安装有四根第一连接杆，第一连接杆在主杆上的位置可上下调节；第一连接杆上设有集沙单体；每根第一连接杆上方的主杆上均水平安装有一根第二连接杆，该第二连接杆的方向与该第一连接杆的方向位于180°方向上；第ニ连接杆在主杆上的位置可上下调节，第二连接杆上分別安装有风向仪和风速仪，集沙单体进沙口轴线的位置与风向仪轴线的位置相平齐。集沙单体包括竖直设置的集沙筒，集沙筒的上端固接有水平设置的进沙管，进沙管的一端与集沙筒固接，进沙管的另一端为进沙口 ；进沙管的顶部分别设有风向标和排气管；排气管的轴线与进沙管的轴线相平行，排气管的内孔为锥孔；排气管内孔直径较大的一端与进沙管的内孔相连接，排气管内孔直径较小的一端沿背离进沙管进沙口的方向设置，集沙筒的下端与竖直设置的筒形的转动轴的上端固接，转动轴的下端为排沙口 ；转动轴设置于筒形的防风沙罩内，转动轴可沿其自身轴线转动，防风沙罩与第一连接杆相连接。本实用新型集沙仪的优点和产生的积极效果是I、结构简单、操作方便、实用性强、适用范围广、成本较低。2、设计合理。排气孔与集沙筒之间建立压力平衡，携沙气流进入集沙仪后，通过排气口消减了集沙筒内的压力，使集沙筒内外压差一致，保证沙粒沉降到集沙筒内，从而真实的收集到断面的输沙量。3、风向标可依据现场风况进行自由前后调整，采用了双轴承的转动轴，和全封闭式的防风沙罩，确保了集沙筒能够长期、灵活、自动旋转。4、采用抽拉式底板，方便了现场取样，并确保了取样的真实、可靠。5、具有较强的抗风沙侵蚀能力，使用寿命长，适用于风沙大，尤其是戈壁、青藏高原等高海拔强风地区风沙运动的长期监测。
图I是本实用新型集沙仪的结构示意图。图2是本实用新型集沙仪中集沙单体的结构示意图。图中1.可调式风向标，2.排气管，3.进沙口，4.集沙筒，5.防风沙罩，6.转动轴，7.排沙口，8.第一连接杆，9.风向仪，10.风速仪，11.主杆，12.基座，13.第二连接杆，14.集沙单体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。现有集沙器只考虑了 3m以下的输沙量，不能测试在此高度以上的风沙流，影响风沙流的准确测定；集沙筒内的风压和外部风压不平衡，影响测试精度；还存在着容易损坏、灵敏度低、容量较小等缺陷。为解决上述现有集沙仪存在的缺点，新型的集沙仪必须要求观测设备的抗风沙侵蚀能力强、集沙筒采集沙量大；能观测不同高度的风沙运动情况而且可以自由调整观测高度；要使集沙筒内气压与气流中气压一致，保证仪器能准确采集不同方向的沙粒；另外必须能长期实现集沙筒的灵活自动旋转和现场取沙样方便，真实掌握该地区的长年风沙运动规律，为防沙治沙提供科学的技术支持。为此，本实用新型提供了一种适用于戈壁强风地区、青藏高原高海拔地区以及普通沙漠地区的集沙仪。该集沙仪的结构如图I所示，包括底座12，底座12上竖直安装有主杆11，主杆11由多个首尾顺次相连的杆件组成。主杆11上至少水平安装有四根第一连接杆8，第一连接杆8的一端与主杆11相连接，第一连接杆8在主杆11上的位置可上下调节；第一连接杆8的另一端设有集沙单体14 ;每根第一连接杆8上方的主杆11上均水平安装有一根第二连接杆13，该第二连接杆13的方向与该第一连接杆8的方向位于180°方向上；第二连接杆13的一端与主杆11相连接，第二连接杆13在主杆11上的位置可上下调节，第二连接杆13的另一端设有支杆，该支杆的轴线与该第二连接杆13的轴线相垂直，该支杆的两端分别安装有风向仪9和风速仪10，风向仪9的高度和风速仪10的高度相同。如图2所示，本实用新型集沙仪中集沙单体14的结构，包括竖直设置的中空的集沙筒4，集沙筒4的上端固接有水平设置的进沙管3，进沙管3的一端与集沙筒4固接，进沙管3的另一端为进沙口，进沙管3的轴线与风向仪9的轴线相平齐；进沙管3的轴线与集沙筒4的轴线相垂直，进沙管3的顶部分别设有安装板15和排气管2 ;安装板15的长度方向与进沙管3的轴线相平行，沿安装板15的长度方向设置有多个连接孔，安装 板15通过该多个连接孔与风向标I相连接，通过连接板15可调节风向标I与进沙管3的连接长度，风向标为楔形，其上的斜面与进沙管3的进沙口同向设置。排气管2的轴线与进沙管3的轴线相平行，排气管2的内孔为锥孔，优选圆锥孔；排气管2内孔直径较大的一端与进沙管3的内孔相连接，排气管2内孔直径较小的一端沿背离进沙管3进沙口的方向设置。集沙筒4的下端为漏斗形的桶底，该桶底的出口与筒形的转动轴6的上端相连接，转动轴6的下端为排沙口 7，排沙口 7上设有抽拉式的底板。集沙筒4的内部和转动轴6的内孔相通，转动轴6设置于筒形的防风沙罩5内，并通过并排设置的两套轴承与防风沙罩5相连接，转动轴6可沿其自身轴线转动，防风沙罩5与第一连接杆8相连接，排沙口 7位于防风沙罩5外。进沙管3的内径为IOcm 20cm。为了避免测量过程中集沙单体14对风流场的干扰，而影响到风向仪9和风速仪10的测量精度，本实用新型集沙仪将集沙单体14和风向仪9、风速仪10分设在方向成180°的两根连接杆上，使风向仪9和风速仪10测得的风向和风速更能代表测量点的实际风向风
速，测量更准确。在风沙流现场观测中，根据风沙流的高度选取适当高度主杆11，然后在主杆11上安装相应数量的第一连接杆8和第二连接杆13，调整第一连接杆8和第二连接杆13在主杆11上的高度位置，并固定，根据现场风况调整风向标I与进沙管3的连接长度。风吹在风向标I的端面上，迫使风向标I通过进沙管3和集沙筒4带动转动轴6转动,最终使得风向标I的斜面对准风向，也就使进沙管3的进沙口始终对准风向，保证进沙管3的进沙口正对着风向，携带大量沙砾的气流进入进沙管3，由于排气管2与集沙筒4之间的压力平衡，携带沙砾的气流进入进沙管3后，气体从排气管2中排出，减小了集沙筒4内上冲气流的速度，同时由于排气管2的内孔为锥孔，避免了在气压作用下，集沙筒4内的沙粒被带出，使得集沙筒4内的实际集沙量减少的现象。进入进沙管3的气流中裹挟的沙砾自然沉降到集沙筒4内，避免了收集沙粒的流失。当收集完毕时，拉出排沙口 7上的底板，使收集的沙粒从排沙口 7中排出。在实际应用过程中，通过调节风向标I与进沙管3的连接长度，可以保证在野外现场观测中集沙单体14更灵敏、更自由的旋转，更能真实、准确的采集到这一高度的沙量。采用防风沙罩5可以避免轴承遭受风吹日晒和沙粒的磨蚀、塞堵，保障集沙单体14能常年的自由旋转。本实用新型集沙仪可在野外风沙流的现场观测中随时调整集沙筒4的高度；在一定的风速情况下，不同高度的集沙单体14会长年随风向自动灵活旋转，保证进沙ロ准确对准来风方向；流动的沙粒通过进沙ロ进入集沙筒4，气流则从排气管2中主动排出，使得沙 粒全部沉降在大容量的集沙筒4中。
权利要求1.一种高梯度分层旋转立式集沙仪，包括竖直设置的主杆(11 )，其特征在于，所述的主杆(11)上至少水平安装有四根第一连接杆(8 )，第一连接杆(8 )在主杆(11)上的位置可上下调节；第一连接杆(8)上设有集沙单体(14);每根第一连接杆(8)上方的主杆(11)上均水平安装有一根第二连接杆(13 )，该第二连接杆(13 )的方向与该第一连接杆(8 )的方向位于180°方向上；第二连接杆(13)在主杆(11)上的位置可上下调节，第二连接杆(13)上分别安装有风向仪(9)和风速仪(10)，集沙单体(14)进沙口轴线的位置与风向仪(9)轴线的位置相平齐。
2.如权利要求I所述的高梯度分层旋转立式集沙仪，其特征在于，所述的集沙单体(14)包括竖直设置的集沙筒(4)，集沙筒(4)的上端固接有水平设置的进沙管(3)，进沙管(3)的一端与集沙筒(4)固接，进沙管(3)的另一端为进沙口 ；进沙管(3)的顶部分别设有风向标(I)和排气管(2);排气管(2)的轴线与进沙管(3)的轴线相平行，排气管(2)的内孔为锥孔；排气管(2)内孔直径较大的一端与进沙管(3)的内孔相连接，排气管(2)内孔直径较小的一端沿背离进沙管(3)进沙口的方向设置，集沙筒(4)的下端与竖直设置的筒形的转动轴(6)的上端固接，转动轴(6)的下端为排沙口(7);转动轴(6)设置于筒形的防风沙罩(5 )内，转动轴(6 )可沿其自身轴线转动，防风沙罩(5 )与第一连接杆(8 )相连接。
3.如权利要求2所述的高梯度分层旋转立式集沙仪，其特征在于，所述的进沙管(3)通过安装板(15)与风向标(I)相连接，安装板(15)的长度方向与进沙管(3)的轴线相平行，沿安装板(15)的长度方向设置有多个连接孔，安装板(15)通过该多个连接孔与风向标(I)相连接，通过连接板(15)可调节风向标(I)与进沙管(3)的连接长度。
4.如权利要求2或3所述的高梯度分层旋转立式集沙仪，其特征在于，所述的风向标(I)为楔形，其上的斜面与进沙管(3)的进沙口同向设置；所述进沙管(3)的内径为IOcm 20cmo
5.如权利要求3所述的高梯度分层旋转立式集沙仪，其特征在于，所述的转动轴(6)通过双轴承与防风沙罩(5)相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种高梯度分层旋转立式集沙仪，包括竖直设置的主杆，主杆上至少水平安装有四根第一连接杆，第一连接杆在主杆上的位置可上下调节；第一连接杆上设有集沙单体；每根第一连接杆上方的主杆上均水平安装有一根第二连接杆，该第二连接杆的方向与该第一连接杆的方向位于180°方向上；第二连接杆在主杆上的位置可上下调节，第二连接杆上分别安装有风向仪和风速仪，集沙单体进沙口轴线的位置与风向仪轴线的位置相平齐。该集沙仪可在野外风沙流的现场观测中随时调整集沙筒高度；不同高度的集沙单体会长年随风向自动灵活旋转，保证进沙口准确对准来风方向；进入进沙管的沙粒全部沉降在集沙筒内，测试精度较高。
文档编号G01M9/00GK202511956SQ20122009741
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者张芳, 朱本珍, 李凯崇, 李勇, 杨印海, 熊治文, 蒋富强, 薛春晓, 达益正, 郑静, 魏永梁 申请人:中铁西北科学研究院有限公司