无动力通风装置及隧道的制作方法

本发明涉及矿井或隧道的通风技术领域，具体地说，是涉及一种无动力通风装置及隧道。

背景技术：

现有技术中，隧道本体内腔中的空气滞留会严重影响空气质量，对过往人员的健康不利，尤其是一些狭长隧道本体，越往隧道本体的内腔中深入，隧道本体的内腔中的空气与隧道本体外大气之间的气体交换就越少，导致隧道本体的内腔中的空气质量越差。

为解决上述问题，现有技术提出了各式各样的通风装置，然而现有的通风装置大多是依靠外接电力驱动风机为隧道本体通风，这种通风方式常年累月下来耗电量巨大，提高了交通运营上上的费用支出，经济性差；还有一些通风装置不加设外力驱动，其通风能力又很弱，不能满足隧道本体的通风要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种经济性好且通风性能优良的无动力通风装置。

为了实现上述目的，本发明提供的无动力通风装置包括通风管道和鼓风组件，通风管道上设有第一风口和第二风口；鼓风组件包括旋转风扇和无动力风球，无动力风球包括旋转叶轮，旋转风扇安装于通风管道的内腔中，旋转风扇的扇风方向沿通风管道的延伸方向，无动力风球安装于通风管道外，旋转叶轮安装于无动力风球的风道中，旋转风扇与旋转叶轮传动连接；无动力风球将吹于其上的气流引导至风道中，风道中的气流带动安装于其上的旋转叶轮旋转，旋转风扇在同组的旋转叶轮的带动下旋转。

由上可见，本发明通过对无动力通风装置的设置和结构设计，通过将设于通风管道内的旋转风扇与设于通风管道外的旋转叶轮传动连接，这样旋转叶轮在通风管道外气流的带动下旋转，继而带动旋转风扇旋转，通风管道内的气体在旋转风扇的旋转扇动下流动，继而实现无外加动力便鼓动通风管道内的气体流动的目的；然而，由于通风管道外的气流大小和方向均可能不稳定，因此可能造成旋转叶轮有时正向旋转，有时反向旋转；继而造成旋转风扇有时正向扇风，有时反向扇风；因此设置无动力风球，无动力风球的旋转外壳能将吹于其上的各个方向的气流转化为其内部的同向涡旋气流，无动力风球中的旋转叶轮跟随该同向涡旋气流同向旋转，继而带动旋转风扇同向转动，使旋转风扇能在无人工施加动力的情况下扇动通风管道中的气体持续同向流动，增强通风管道的通风效率；此外由于无动力风球的旋转外壳能够将吹于其上的大多数方向上的气流转化为同向涡旋气流，也有利于提升鼓风组件对通风管道外气流动能的利用率，有利于加速通风管道内的气流速率。

一个优选的方案是，鼓风组件还包括传动轴，传动轴沿垂直于通风管道的延伸方向穿设于通风管道的侧壁上，旋转风扇的旋转轴上设有第一锥齿轮，传动轴的位于通风管道的内腔中的一端上设有第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动；传动轴的位于通风管道外的一端与旋转叶轮传动连接。

由上可见，传动轴沿垂直于通风管道的延伸方向可转动地穿设于通风管道的侧壁上，便于通过传动轴将安装于通风管道内的旋转风扇和安装于通风管道外的旋转叶轮传动连接。

另一个优选的方案是，通风管道的内壁上连接有沿横截面布置的支架，支架由至少两根辐条组成，各辐条互相交叉于通风管道的横截面中心上，旋转风扇可旋转地安装于各辐条的交叉位置。

由上可见，由交叉于通风管道横截面上的辐条来安装旋转风扇，能够实现将旋转风扇安装于通风管道内；各辐条交叉于通风管道的横截面中心上，且将旋转风扇安装于各辐条的交叉位置，使得旋转风扇至通风管壁各处的距离相当，便于旋转风扇的安装使用，也便于采用更大尺寸的旋转风扇；此外，辐条的设置对通风管道的通风性能影响不大。

再一个优选的方案是，还包括通风保护罩，无动力风球位于通风保护罩内。

由上可见，由于无动力风球位于通风管道外，如果将无动力风球裸露于通风管道外的环境中，在气流的影响下可能会有飞鸟或漂浮物撞至无动力风球，甚至可能会有固态杂物被吸入无动力风球的风道中，影响旋转叶轮的正常旋转，造成旋转叶轮损坏；因此设置通风保护罩，能够通过通风保护罩保护旋转叶轮免收飞鸟或漂浮物撞击。

又一个优选的方案是，通风管道还包括第一过滤网，第一过滤网覆盖第一风口；和/或，通风管道还包括第二过滤网，第二过滤网覆盖第二风口。

由上可见，第一过滤网和第二过滤网的设置，能够有效避免较大体积的固态杂物通过第一风口和第二风口进入到通风管道内，避免这些固态杂物影响旋转风扇的运转，也避免这些固态杂物堵塞通风管道。

还一个优选的方案是，鼓风组件设为至少两组，各组鼓风组件沿通风管道的延伸方向分布，沿通风管道的延伸方向，各旋转风扇的扇风方向相同。

由上可见，各组鼓风组件中旋转风扇的扇风方向相同，使各旋转风扇对通风管道内的气流形成叠加效应，设置鼓风组件的组数越多，越有利于提升通风管道内气流的流通速率，有利于提升通风管道的换气效率。

为了解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种经济性好且通风性能优良的隧道。

为了实现上述目的，本发明提供的隧道包括隧道本体和前述的无动力通风装置，通风管道沿隧道本体的延伸方向布置，第一风口位于隧道本体外，第二风口位于隧道本体内，无动力风球位于隧道本体内，无动力风球的旋转轴线垂直于隧道本体的延伸方向。

由上可见，由于隧道本体一般为狭长空间，在隧道本体的狭长空间内的越靠近隧道本体出口的位置，其气体与隧道本体外气体的交换越多，越远离隧道本体出口的位置，其气体与隧道本体外气体的交换越少；导致隧道本体的内腔中越远离出口的位置气体质量越差；受温差、车流以及隧道本体外气流的影响，在隧道本体的内腔中容易形成沿隧道本体的延伸方向的气流，然而这一气流不足以带动隧道本体内腔深处的气体与隧道本体外的大气进行气体交换；现有技术中采用外接电力驱动风机为隧道本体通风，能够有效促进隧道本体的内腔中外气体的交换，能有效改善隧道本体的内腔中的气体质量，然而此种方式耗电量巨大，且长期使用容易导致用电设备损坏，适用范围有限；因此为隧道本体设置前述的无动力通风装置，旋转风扇安装于通风管道内，无动力风球安装于通风管道外但位于隧道本体的内腔中，并将旋转风扇与无动力风球中的旋转叶轮传动连接，无动力风球的外壳在隧道本体的内腔中的气流带动下产生涡旋气流，旋转叶轮在该涡旋气流的作用下同向旋转，进而带动旋转风扇同向旋转，旋转风扇扇动通风管道中的气体形成持续稳定地同向气流，使得隧道本体内腔中的气体能够通过通风管道与隧道本体外气体更好地实现交换；之所以将无动力风球的旋转轴线设置为与隧道本体的延伸方向垂直，是由于隧道本体的内腔中往往会有沿隧道延伸方向的气流，而无动力风球在垂直于其轴线方向上的气流下运行效率最高，因此此种设置有利于提升无动力风球的运行效率，进而提升通风管道内的气流速率。

一个优选的方案是，旋转风扇的扇风方向为从第二风口向第一风口，第一风口的外侧设有挡风板，通风管道与挡风板之间留有通风通道，沿通风管道的延伸方向，挡风板覆盖第一风口。

由上可见，本发明中主要通过两种方式来加速隧道本体的内腔中外气体的交换，实现隧道本体的内腔中气流改善的目的，一种方式为通过鼓风组件将隧道本体内腔中的质量较差的气体鼓出隧道本体，另一种方式为通过鼓风组件将隧道本体外的新鲜空气鼓入隧道本体内腔中；本技术方案采用将隧道本体内腔中质量较差的气体鼓出隧道本体的方式，通过将通风管道内的气流限制为向隧道本体外的方向流动来实时抽出隧道本体中远离隧道本体出口处的质量较差的气体，继而改善隧道本体中的气体质量，然而，隧道本体外的气流可能通过第一风口向通风管道内吹入气体，从隧道本体外吹入的气体与从隧道本体的内腔中导出的气体之间形成碰撞，不利于隧道本体的内腔中气体的排出，因此设置挡风板，挡风板能够避免隧道本体外的气流直接吹向第一风口，减少隧道本体外气流对通风管道内的气流的影响，有利于无动力通风装置顺利将隧道本体的内腔中的质量较差的气体排出。

另一个优选的方案是，第二风口设为多个，各第二风口均位于任一旋转风扇的背离第一风口的一侧。

由上可见，多个第二风口使得能够通过同一通风管道为隧道本体的内腔中多个位置换气，有利于改善隧道本体的内腔中多个位置的气体质量，使通风管道对隧道本体的内腔中各处的气体质量的改善更加均匀。

为了解决上述问题，本发明的目的之三在于提供一种经济性好且通风性能优良的隧道。

为了实现上述目的，本发明提供的隧道包括隧道本体和前述的无动力通风装置，各通风管道均沿隧道本体的延伸方向布置，每一通风管道连通隧道本体主体的内腔与隧道本体主体的外部环境；各无动力风球位于隧道本体内，各无动力风球的旋转轴线垂直于隧道本体的延伸方向；一部分无动力通风装置中，旋转风扇从隧道本体外向隧道本体内的方向扇风；另一部分无动力通风装置中，旋转风扇从隧道本体内向隧道本体外的方向扇风。

由上可见，由于采用前述的无动力通风装置，在无动力风球的作用下，鼓风组件能够将吹于其上的沿隧道方向的气流的动能转移为旋转风扇的旋转动能，进而带动通风管道内的气体流动，有利于促使通风管道内的气体持续稳定地同向流动，也有利于提升通风管道内的气流速率；此外，一部分无动力通风装置将隧道本体的内腔中的较差质量的气体抽出至隧道本体外，另一部分无动力通风装置将隧道本体外的新鲜空气补充至隧道本体的内腔中，使隧道本体的内腔中既能实时排出质量较差的气体，又能实时补充新鲜空气，使隧道本体的内腔中的气体能够通过不同的通风装置实现与隧道本体外气体的交换，更加有利于提升隧道本体的内腔中的空气质量。

附图说明

图1是本发明无动力通风装置的示意图；

图2是图1中a处的局部放大图；

图3是本发明隧道的示意图。

具体实施方式

无动力通风装置实施例：

参见图1与图2，本实施例提供的无动力通风装置包括通风管道1和鼓风组件2，通风管道1上设有第一风口101和第二风口102；鼓风组件2包括旋转风扇201和无动力风球202，无动力风球202包括旋转叶轮2021，旋转风扇201安装于通风管道1的内腔中，旋转风扇201的扇风方向沿通风管道1的延伸方向，无动力风球202安装于通风管道1外，旋转叶轮2021安装于无动力风球202的风道中，旋转风扇201与旋转叶轮2021传动连接；无动力风球202将吹于其上的气流引导至风道中，风道中的气流带动安装于其上的旋转叶轮2021旋转，旋转风扇201在同组的旋转叶轮2021的带动下旋转。

通过将设于通风管道1内的旋转风扇201与设于通风管道1外的旋转叶轮2021传动连接，这样旋转叶轮2021在通风管道1外气流的带动下旋转，继而带动旋转风扇201旋转，通风管道1内的气体在旋转风扇201的旋转扇动下流动，继而实现无外加动力便鼓动通风管道1内的气体流动的目的；然而，由于通风管道1外的气流大小和方向均可能不稳定，因此可能造成旋转叶轮2021有时正向旋转，有时反向旋转；继而造成旋转风扇201有时正向扇风，有时反向扇风；因此设置无动力风球202，无动力风球202的旋转外壳2022能将吹于其上的各个方向的气流转化为其内部的同向涡旋气流，无动力风球202中的旋转叶轮2021跟随该同向涡旋气流同向旋转，继而带动旋转风扇201同向转动，使旋转风扇201能在无人工施加动力的情况下扇动通风管道1中的气体持续同向流动，增强通风管道1的通风效率；此外由于无动力风球202的旋转外壳2022能够将吹于其上的大多数方向上的气流转化为同向涡旋气流，也有利于提升鼓风组件2对通风管道1外气流动能的利用率，有利于加速通风管道1内的气流速率。

关于旋转风扇201的扇风方向，设置为沿通风管道1的延伸方向，通风管道1的延伸方向包括正反两个具体的方向，只需要旋转风扇201的扇风方向朝向其中一个，同时背离另外一个即可。

需要指出的是，旋转风扇201的扇风方向沿通风管道1的延伸方向并不是指需要使旋转风扇201的扇风方向与通风管道1的延伸方向平行，而是指旋转风扇201扇动下气流能沿通风管道1的延伸方向流动；当然，优选旋转风扇201的扇风方向与通风管道1的延伸方向平行，也即旋转风扇201的旋转轴线平行于通风管道1的延伸方向，这样在旋转风扇201扇动下，气流能更快速地沿通风管道1的延伸方向流动。

关于鼓风组件2旋转风扇201与旋转叶轮2021的传动连接方式，可以按如下方式设置：鼓风组件2增设第一锥齿轮206、第二锥齿轮207和传动轴205，传动轴205沿垂直于通风管道1的延伸方向可转动地穿设于通风管道1的侧壁上，第一锥齿轮206设于旋转风扇201的旋转轴204上，第二锥齿轮207设于传动轴205的位于通风管道1的内腔中的一端，第一锥齿轮206与第二锥齿轮207啮合传动；传动轴205的位于通风管道1外的一端与旋转叶轮2021固定连接或传动连接。传动轴205沿垂直于通风管道1的延伸方向可转动地穿设于通风管道1的侧壁上，便于通过传动轴205将安装于通风管道1内的旋转风扇201和安装于通风管道1外的旋转叶轮2021传动连接。

关于旋转风扇201的安装，可以在通风管道1的内壁上连接沿横截面布置的支架，支架由两根辐条203组成，两根辐条203互相交叉于通风管道1的横截面中心上，旋转风扇201可旋转地安装于各辐条203的交叉位置。由交叉于通风管道1横截面上的辐条203来安装旋转风扇201，能够实现将旋转风扇201安装于通风管道1内；各辐条203交叉于通风管道1的横截面中心上，且将旋转风扇201安装于各辐条203的交叉位置，使得旋转风扇201至通风管壁各处的距离相当，便于旋转风扇201的安装使用，也便于采用更大尺寸的旋转风扇201；此外，辐条203的设置对通风管道1的通风性能影响不大。当然，辐条203的数量可以不止两根，也可少于两根。

优选地，还包括通风保护罩(图中未示出)，无动力风球202位于通风保护罩内。由于无动力风球202位于通风管道1外，如果将无动力风球202裸露于通风管道1外的环境中，在气流的影响下可能会有飞鸟或漂浮物撞至无动力风球202，甚至可能会有固态杂物被吸入无动力风球202的风道中，影响旋转叶轮2021的正常旋转，造成旋转叶轮2021损坏；因此设置通风保护罩，能够通过通风保护罩保护旋转叶轮2021免收飞鸟或漂浮物撞击。

优选地，通风管道1还包括第一过滤网3，第一过滤网3覆盖第一风口101；通风管道1还包括第二过滤网4，第二过滤网4覆盖第二风口102。第一过滤网3和第二过滤网4的设置，能够有效避免较大体积的固态杂物通过第一风口101和第二风口102进入到通风管道1内，避免这些固态杂物影响旋转风扇201的运转，也避免这些固态杂物堵塞通风管道1。

当然，当需要无动力通风装置鼓动气流从第一风口101的位置向第二风口102的位置流动时，也可以在通风管道1的第一风口101处安装无动力风球202，有安装于第一风口101的无动力风球202能够在外部气流的作用下将第一风口101一侧的气流鼓入通风管道1中，加速气体在通风管道1中的流动；同理，当需要无动力通风装置鼓动气流从第二风口102的位置向第一风口101的位置流动时，也可以在通风管道1的第二风口102处安装无动力风球202，有安装于第二风口102的无动力风球202能够在外部气流的作用下将第二风口102一侧的气流鼓入通风管道1中，加速气体在通风管道1中的流动。

优选地，鼓风组件2设为至少两组，各组鼓风组件2沿通风管道1的延伸方向分布，沿通风管道1的延伸方向，各旋转风扇201的扇风方向相同。各组鼓风组件2中旋转风扇201的扇风方向相同，使各旋转风扇201对通风管道1内的气流形成叠加效应，设置鼓风组件2的组数越多，越有利于提升通风管道1内气流的流通速率，有利于提升通风管道1的换气效率。需要说明的是，各旋转风扇201的扇风方向相同，并不一定指各旋转风扇201朝同一方向扇风，而是指各旋转风扇201扇动通风管道1内的气流在沿通风管道1的方向上朝同一方向流动。

隧道实施例一：

参见图3，本实施例提供的隧道包括隧道本体6和前述的无动力通风装置，通风管道1沿隧道本体6的延伸方向布置，鼓风组件2位于隧道本体6外，第二风口102位于隧道本体6内，无动力风球202位于隧道本体6内，无动力风球202的旋转轴线垂直于隧道本体6的延伸方向。

由于隧道本体6一般为狭长空间，在隧道本体6的狭长空间内的越靠近隧道本体6出口的位置，其气体与隧道本体6外气体的交换越多，越远离隧道本体6出口的位置，其气体与隧道本体6外气体的交换越少；导致隧道本体6的内腔中越远离出口的位置气体质量越差；受温差、车流以及隧道本体6外气流的影响，在隧道本体6的内腔中容易形成沿隧道本体6的延伸方向的气流，然而这一气流不足以带动隧道本体6内腔深处的气体与隧道本体6外的大气进行气体交换；现有技术中采用外接电力驱动风机为隧道本体6通风，能够有效促进隧道本体6的内腔中外气体的交换，能有效改善隧道本体6的内腔中的气体质量，然而此种方式耗电量巨大，且长期使用容易导致用电设备损坏，适用范围有限；因此为隧道本体6设置前述的无动力通风装置，旋转风扇201安装于通风管道1内，无动力风球202安装于通风管道1外但位于隧道本体6的内腔中，并将旋转风扇201与无动力风球202中的旋转叶轮2021传动连接，无动力风球202的旋转外壳2022在隧道本体6的内腔中的气流带动下产生涡旋气流，旋转叶轮2021在该涡旋气流的作用下同向旋转，进而带动旋转风扇201同向旋转，旋转风扇201扇动通风管道1中的气体形成持续稳定地同向气流，使得隧道本体6内腔中的气体能够通过通风管道1与隧道本体6外气体更好地实现交换；之所以将无动力风球202的旋转轴线设置为与隧道本体6的延伸方向垂直，是由于隧道本体6的内腔中往往会有沿隧道延伸方向的气流，而无动力风球202在垂直于其轴线方向上的气流下运行效率最高，因此此种设置有利于提升无动力风球202的运行效率，进而提升通风管道1内的气流速率。

需要说明的是，将无动力风球202设置为旋转轴线垂直于隧道本体6的延伸方向，并不应当解释为限制无动力风球202的旋转轴线与隧道本体6的延伸方向绝对垂直；之所以将无动力风球202设置为旋转轴线垂直于隧道本体6的延伸方向，是因为隧道内的气流主要沿隧道的延伸方向，这样使得无动力风球202的旋转轴线垂直于大多数情况下的气流方向，有利于无动力风球202更好地将隧道内气流的动能转化为旋转叶轮2021的动能，即使无动力风球202的旋转轴线不绝对垂直于隧道本体6的延伸方向也能实现发明目的。

关于无动力通风装置设于隧道本体6的位置，为了布置方便，可以将无动力通风装置设于隧道本体6的内腔中，例如悬挂于隧道本体6的顶部；当然也可以将通风管道1嵌于形成隧道本体6的实体中，而将无动力风球202置于隧道本体6的内腔中，例如在山体下挖有隧道本体6，通风管道1可以嵌于山体中，无动力风球202置于隧道本体6的内腔中。

优选地，在旋转风扇201的扇风方向为从第二风口102向鼓风组件2的情况下，鼓风组件2的外侧设有挡风板5，通风管道1与挡风板5之间留有通风通道，沿通风管道1的延伸方向，挡风板5覆盖鼓风组件2。本发明中主要通过两种方式来加速隧道本体6的内腔中外气体的交换，实现隧道本体6的内腔中气流改善的目的，一种方式为通过鼓风组件2将隧道本体6内腔中的质量较差的气体鼓出隧道本体6，另一种方式为通过鼓风组件2将隧道本体6外的新鲜空气鼓入隧道本体6内腔中；本技术方案采用将隧道本体6内腔中质量较差的气体鼓出隧道本体6的方式，通过将通风管道1内的气流限制为向隧道本体6外的方向流动来实时抽出隧道本体6中远离隧道本体6出口处的质量较差的气体，继而改善隧道本体6中的气体质量，然而，隧道本体6外的气流可能通过鼓风组件2向通风管道1内吹入气体，从隧道本体6外吹入的气体与从隧道本体6的内腔中导出的气体之间形成碰撞，不利于隧道本体6的内腔中气体的排出，因此设置挡风板5，挡风板5能够避免隧道本体6外的气流直接吹向鼓风组件2，减少隧道本体6外气流对通风管道1内的气流的影响，有利于无动力通风装置顺利将隧道本体6的内腔中的质量较差的气体排出。

优选地，第二风口102设为多个，各第二风口102均位于任一旋转风扇201的背离鼓风组件2的一侧。多个第二风口102使得能够通过同一通风管道1为隧道本体6的内腔中多个位置换气，有利于改善隧道本体6的内腔中多个位置的气体质量，使通风管道1对隧道本体6的内腔中各处的气体质量的改善更加均匀。

隧道实施例二：

参见图3，本实施例提供的隧道包括隧道本体6和前述的无动力通风装置，各通风管道1均沿隧道本体6的延伸方向布置，每一通风管道1连通隧道本体6主体的内腔与隧道本体6主体的外部环境；各无动力风球202位于隧道本体6内，各无动力风球202的旋转轴线垂直于隧道本体6的延伸方向；一部分无动力通风装置中，旋转风扇201从隧道本体6外向隧道本体6内的方向扇风；另一部分无动力通风装置中，旋转风扇201从隧道本体6内向隧道本体6外的方向扇风。由于采用前述的无动力通风装置，在无动力风球202的作用下，鼓风组件2能够将吹于其上的沿隧道方向的气流的动能转移为旋转风扇201的旋转动能，进而带动通风管道1内的气体流动，有利于促使通风管道1内的气体持续稳定地同向流动，也有利于提升通风管道1内的气流速率；此外，一部分无动力通风装置将隧道本体6的内腔中的较差质量的气体抽出至隧道本体6外，另一部分无动力通风装置将隧道本体6外的新鲜空气补充至隧道本体6的内腔中，使隧道本体6的内腔中既能实时排出质量较差的气体，又能实时补充新鲜空气，使隧道本体6的内腔中的气体能够通过不同的通风装置实现与隧道本体6外气体的交换，更加有利于提升隧道本体6的内腔中的空气质量。

当然隧道本体6上所设置的无动力通风装置的数量并不限于两套，只要有至少一套无动力通风装置向隧道本体6中部补充新鲜空气，另外有至少一套无动力通风装置将隧道本体6中部的质量较差的气体抽出至隧道本体6外，就能实现隧道本体6中部的气体与隧道本体6外部气体的交换，就能保证隧道本体6中部的空气质量得到有效提升。

当然，无动力通风装置的位于隧道本体6的内腔中的风口不一定设于隧道本体6的中部，无动力装置的位于隧道本体6的内腔中的风口可以设于任意一个通风不良的位置，以实现对隧道本体6的内腔中通风不良位置的空气质量的改善。

隧道实施例二的其余部分同隧道实施例一。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。