CN101391842B - 一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，本发明涉及环保领域，具体地说是环境工程学科中的一种充氧曝气水质净化装置技术。其特点是：由风力发电机，太阳能电池板，整流装置，保护开关，交流接触器，检修开关，蓄电池，逆变器，直流监测仪，蓄电池欠压保护触点，蓄电池过压保护触点组成，实施本发明后的积极效果是：利用风光互补系统发电供电，解决了由风能或太阳能单一发电供电过程中提供能源不稳定的问题，节约了煤碳能源；实现了曝气设备的自动开启功能，并自动累计曝气设备工作时间；实现曝气设备用电过量而导致蓄电池电压不足及风光发电过量而导致蓄电池过饱和的自动保护作用，保证了设备能长期稳定安全地工作。

Description

一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置 
技术领域
本发明涉及环保领域，具体地说是环境工程学科中的一种充氧曝气水质净化装置技术。 
背景技术
目前，湖泊、河道等的水体富营养化问题已经成为全世界面临的非常严重的环境问题。作为一项重要的水质修复技术，人工充氧曝气技术作为临时性或应急性措施已成功地应用在许多湖泊、河流的生态修复、生态整治工程中， 
但是该技术从根本上将是一种水体被污染后采用的被动的治理技术，也可以说是“先污染、后治理”的技术，或者说是“治标不治本”的技术，其治理效果取决于外来污染源的存在与否和大小，常因外污染源的存在而功亏一篑；而且虽其建设成本不高，但从长时间运行的角度，能源消耗较高，运行费用较大。针对上述问题，近年来为降低运行费用而采用可再生能源或清洁能源曝气组合技术做了一些研究，包括李海燕等(2004)在实验室进行城市景观水体曝气净化实验中应用了太阳能作为电能来源。武汉科技学院曾庆福教授经过4年努力，开发成功“太阳能湖水净化技术及装备”，并在武汉市部分湖泊水域应用。因投资成本相对太阳能低，风能的应用研究相对较早。薛文源(1993)在天津市汉沽区污水库改造工程中，较早应用了风力曝气装置。殷肇君(1994)在经过认真细致的调查研究后认为，在我国利用风能作为增氧机的驱动能源是定全可行的，并对风力增氧机的结构设计进行了详细研究。2001年章永泰(专利申请号：01105470.0)设计的一套污水治理组合式风能曝气装置，主要组件包括风力发电机、表层曝层装置、深层曝气装置等。组合装置充分利用风能提供充氧曝气动力，可进行表层和深层曝气，在最小工件风速为1.6m/s条件下，接受风能为动力而工作，混合上下层水体，从而提高水体的溶解氧。在风速大于6m/s时，通过气水高速混流，使气相 向液相质的传递，并在深层水体中实现了高效充氧。2006年上海久能能源科技发展有限公司的李钊明(专利申请号：200620048059.9)设计了一种太阳能曝气船，主要构件包括蓄电池、太阳能电池、曝气船、曝气机、曝气管等。太阳能曝气船利用太阳能电池连接蓄电池，蓄电池连接曝气机，曝气机连接曝气管。通过太阳能曝气船的运用，有效的利用了自然界的能源，为曝气机提供充足的能源，避免了资源的严重浪费和环境污染。2001年章永泰(专利申请号：01274293.7)设计的一套带风能曝气和生物治理的污水净化浮床，组件包括风力发电机、植物、生物滤料、曝气装置、浮筒、蓄电池等。风能发电机在风速高于2.5米/秒时开始运行，将风能转化为电能，驱动曝气装置进行充氧曝气，释放出直径小于0.1～0.5mm的微小气泡，为生物滤材的硝化和反硝化过程提供适宜的环境，有效提高了整个浮床的处理效果。上海佛欣爱建河道治理有限公司(2004)开发了风力曝气机的专利设备，并在北京什刹海治理中得到应用。 
以上研究或从节约能源出发，对传统曝气依靠市电进行了革新，充分利用清洁能源(太阳能或风能)提供运行动力，或从曝气效果出发，对曝气方式进行改善，最大限度的提高充氧效率。但总体来说，无论是利用风能还是太阳能，由于受到气象条件的限制，风机或太阳能发电不能提供充足的能源，致使曝气设备都无法稳定运行；同时所有装置都对曝气方式的改进，都是单一的改进，没有针对不同的现场进行曝气方式的调节和改变，因此应用范围受到限制，目前很难在大范围推广。因此如何为曝气设备提供稳定的能源，并针对不同现场的水质情况进行曝气方式的调整在国内还是空白点。 
为此本研究设计出一种风光互补曝气组合装置，利用风能和太阳能的互补作用，最大限度的为曝气设备提供稳定的长期不间断的动力能源，但使用中常常出现过充使蓄电池损坏，或者在欠压状态曝气设备还在工作，会造成损坏设备。 
发明内容
本发明提供一种能为曝气设备提供长期稳定的不间断动力能源，使用中不出现能使蓄电池损坏的过充状态，且避开会造成损坏设备的欠压状态的一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置。 
本发明采取的技术方案： 
一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，包含曝气充氧机，其方案是：由风力推动的风力发电机和能产生电能的太阳能电池板的电能输出端，分别与风机整流装置和太阳能电源系统整流装置的输入端相接，整流装置输出端与保护开关的交流接触器1KM的总端相接，交流接触器1KM的常开接点与地端构成回路的卸载电阻相接，交流接触器1KM的常闭接点与检修开关的一端相接，另一端接蓄电池的充电端，蓄电池的输出端与逆变器的输入端相接，蓄电池的电压检测端接直流监测仪，逆变器的输出端与自动控制开关的交流接触器KM的常开端相连接，交流接触器KM的另一端接曝气机的电动机，自动控制开关的交流接触器KM的常闭端，并接于累时器两控制端，直流监测仪的监测表VKA的一组用于蓄电池欠压保护的常开触点VKA(1)，直流监测仪的监测表VKA的另一组用于蓄电池过压保护的常开触点VKA(2)。 
实施本发明后的积极效果是： 
利用风光互补系统发电供电，解决了由风能或太阳能单一发电供电过程中提供能源不稳定的问题，节约了煤碳能源；实现了曝气设备的自动开启功能，并自动累计曝气设备工作时间；实现曝气设备用电过量而导致蓄电池电压不足及风光发电过量而导致蓄电池过饱和的自动保护作用。使设备能长期稳定安全地工作。 
附图说明
图1、本发明组成的方框结构示意图 
图2风光互补组合示意图 
图3风光互补控制柜控制线路图 
图4曝气机示意图 
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明 
一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，包含曝气充氧机，其构成是：由风力推动的风力发电机1产生的电能输出端和能产生电能的太阳能电池板2的电能输出端，分别与风机整流装置3和太阳能电源系统整流装置4的输入端相接，整流装置3，4输出端与保护开关5的交流接触器1KM的总端相接，交流接触器1KM的常开接点与地端构成回路的卸载电阻6相接，交流接触器1KM的常闭接点与检修开关7的一端相接，另一端接蓄电池8的充电端，蓄电池8的输出端与逆变器9的输入端相接，蓄电池8的电压检测端接直流监测仪10，逆变器9的输出端与自动控制开关11的交流接触器KM的常开端相连接，交流接触器KM的另一端接曝气机12的电动机14，自动控制开关11的交流接触器KM的常闭端，并接于累时器13的两控制端，直流监测仪10的监测表VKA的一组触点用于蓄电池欠压保护的第一常开触点VKA(1)，直流监测仪10的监测表VKA的另一组触点用于蓄电池过压保护的第二常开触点VKA(2)。所述的直流监测仪10的监测表VKA的一组触点用于蓄电池欠压保护的第一常开触点VKA(1)，是与欠压保护的第一中间继电器KA1线包相串接于工作电压上，并第一中间继电器KA1触点与交流接触器KM工作线包串接于工作电压上。所述的直流监测仪10的监测表VKA的另一组触点用于蓄电池过压保护的第二常开触点VKA(2)，是与过压保护的第二中间继电器KA2线包相串接于工作电压上，并第二中间继电器KA2触点与交流接触器1KM工作线包串接于工作电压上。
以下结合附图对本发明工作过程作一说明： 
参看图1和图2。风力发电机1和太阳能电池板2分别通过风机整流装置3和太阳能电源系统整流装置4与电瓶过欠压保护开关5连接，然后通过电瓶过压保护开关5内的交流接触器1KM分别与卸载电阻6及检修开关7连接，检修开关7后连接蓄电池8，蓄电池8后接逆变器9，逆变器9通过自动控制开关11与曝气机12相连，其中间自动开关11通过交流接触器KM的来自动控制曝气机12的开启。直流监测仪10同时与蓄电池8、过压保护开关5及自动控制开关11相连接，直流监测仪通过对蓄电池8的测定和监控，实现对过压保护开关5及自动控制开关11的控制。累时器13连接在自动控制开关11后，主要作用是当监测自动控制开关为开启状态时累计曝气机12的工作时间。通过线路连接，实现了风力发电机1和太阳能电池板2将电能同时储存到蓄电池8中，同时如果没太阳能的情况下风力发电机1可单独向蓄电池8充电，同样在没风能的情况下，太阳能电池板2向蓄电池8单独充电，从而可有效的通过风光互补作用最大限度的保证曝气机12工作能源。实施该装置后，风光互相系统弥补了单一太阳能，风 能受地区，昼夜，气候等自然条件限制，使供电系统更具安全性、保障性、可靠性，且充分利用空间，地面与高空合理利用。同时有效的利用自然界的清洁能源，为水体曝气充氧提供了长期不竭的能源，避免了资源浪费和环境污染。 
参看图1和图3，由于逆变器工作范围在低于DC43V以下会造成逆变器欠压输出，为了保护整套供电曝气系统正常运行，设计增添了一套风光互补控制柜，采用监测表VKA监测蓄电池8电压波动，将蓄电池8输出电压范围设定为DC44V-DC48V及过饱和保护电压范围为DC50V-DC51V。当蓄电池8电压高于DC48V时，监测表VKA(1)输出开关闭合，中间继电器KA1开始启动，交流接触器KM闭合，蓄电池8通过逆变器9向曝气机12供电，曝气机12启动向水体曝气充氧，同时交流接触器KM辅助常闭触点断开，累时器LKT开始累计曝气机12工作时间；当监测表VKA监测到蓄电池8电压于DC44V时，监测表VKA(1)输出开关由闭合转为断开(为保护蓄电池过欠压对整个控制系统的供电需要)，中间继电器KA1断开，蓄电池8暂停向曝气机12供电，曝气机12向水体曝气充氧停止，同时交流接触器KM常闭触点闭合，累时器LKT停止计时；在充电状态下，当监测表VKA监测到蓄电池8电压大于DC51V时，认为蓄电池8已过饱和状态，为防止蓄电池8过饱和而损坏，此时监测表VKA(2)输出开关闭合，中间继电器KA2闭合，交流接触器1KM常闭触点断开，风机1和太阳能电池板2不再向蓄电池8充电，同时交流接触器1KM常开触点闭合，风机1和太阳能电池板2产生的电能通过卸载电阻(电热丝)6放电；相反当监测表VKA监测到蓄电池8电压于DC50V时，此时VKA(2)断开，风机1和太阳能电池板2所产生电能的不通过卸载电阻6而恢复正常充电。 
参看图4。曝气机设计通过电动机14直接与空心驱动轴15联接，带动安装在驱动轴前端的叶轮16高速旋转；推进叶轮在水下高速旋转，沿轴向推动水流高速旋转；水流的高速旋转轴方向上端形成真空度而快速吸进空气；空气通过上口切割，沿轴向内管传至水中，与水流再次切割，充分混合，产生的流动方式促使气泡存留时间延长，提高氧气的传送率，达到提高水体曝气效率的目的。 

Claims (3)

1.一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，包含曝气充氧机，其特征是：由风力推动的风力发电机(1)产生的电能输出端和能产生电能的太阳能电池板(2)的电能输出端，分别与风机整流装置(3)和太阳能电源系统整流装置(4)的输入端相接，整流装置(3，4)输出端与保护开关(5)的交流接触器1KM的总端相接，交流接触器1KM的常开接点与地端构成回路的卸载电阻(6)相接，交流接触器1KM的常闭接点与检修开关(7)的一端相接，另一端接蓄电池(8)的充电端，蓄电池(8)的输出端与逆变器(9)的输入端相接，蓄电池(8)的电压检测端接直流监测仪(10)，逆变器(9)的输出端与自动控制开关(11)的交流接触器KM的常开端相连接，交流接触器KM的另一端接曝气机(12)的电动机(14)，自动控制开关(11)的交流接触器KM的常闭端，并接于累时器(13)的两控制端，直流监测仪(10)的监测表(VKA)的一组触点用于蓄电池欠压保护的第一常开触点(VKA(1))，直流监测仪(10)的监测表(VKA)的另一组触点用于蓄电池过压保护的第二常开触点(VKA(2))。
2.根据权利要求1所述的一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，其特征是：所述的直流监测仪(10)的监测表(VKA)的一组触点用于蓄电池欠压保护的第一常开触点(VKA(1))，是与欠压保护的第一中间继电器(KA1)线包相串接于工作电压上，并第一中间继电器(KA1)触点与交流接触器KM工作线包串接于工作电压上。
3.根据权利要求1所述的一种由风光互补供电的曝气充氧机的控制、保护装置，其特征是：所述的直流监测仪(10)的监测表(VKA)的另一组触点用于蓄电池过压保护的第二常开触点(VKA(2))，是与过压保护的第二中间继电器(KA2)线包相串接于工作电压上，并第二中间继电器(KA2)触点与交流接触器1KM工作线包串接于工作电压上。
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