CN102765823A - 一种风力直驱循环充氧设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力直驱循环充氧设备，包括竖向传力轴，在竖向传力轴由上至下依次安装有风轮，浮伐系统，齿轮转换装置，提水涡轮和固定块，其中，齿轮转换装置包括齿轮箱，齿轮箱中有主齿轮和副齿轮，主齿轮与竖向传力轴相连接，副齿轮与横向传力轴连接，在横向传力轴两端，安装有一对叶片方向相反的推流叶轮。该设备在风力作用下风轮旋转，将风能转化为动能，经过竖向传力轴向搅动涡轮和提水涡轮传力，完成底部水体向上循环，在搅动涡轮作用下浅层水流横向扩撒，与表层水体对流交换，实现大面积水体扰动。结构简单布置紧凑，操作方便，节省能源，适用于湖泊，水塘水质改善。

Description

一种风力直驱循环充氧设备

技术领域

本发明涉及环境工程科学领域的一种设备，具体的说是一种风力直驱循环充氧设备。

背景技术

近年来随着我国经济的快速发展，环境污染趋势日益严重。天然河道，景观湖泊的不断涌现所带来一系列问题如：水体污染，富营养化，水体变色，散发出恶臭气味，湖泊水质下降等现象越来越明显。其根本原因是水中污染物引起异养微生物大量生长繁殖，造成水体的耗氧速率大于复氧速率，耗尽了水体中的溶解氧，致使耗氧微生物失去了主导地位厌氧微生物占据主导地位，水体呈现厌氧状态，有机污染物被分解为硫化氢，甲烷，氨气等。解决此问题的方法之一就是提高水体含氧量。影响水中溶解氧含量的因素很多，主要是温度，含盐量，氧分压。影响溶解速率的因素主要是不饱和浓度，水体运动，水气接触面，接触方式等情况。使得水体中实现水体增氧的主要措施有：

（1）搅动水体，如中国专利申请“一种垂直轴风力曝气机”（授权公告号CN 102225810 A）借助表面叶片拨动水体增加水气接触面积，增加水体溶解氧向下层水体扩散。

（2）将水分散为小水滴，喷入气相，增大气水接触面积，提高溶解溶解氧含量。如中国专利申请“气压水汽自控曝气机”。

（3）负压吸气，令气泡分散为微气泡压入水中。如“风力水体充氧机”中国专利申请（授权公告号CN 2501877 Y），充分利用微气泡在水体中的溶解原理增大水体溶解氧含量。

一些传统的增氧方式有，水泵远距离抽送复氧，大型风轮搅动复氧，水流跌坎阶梯流等设备。近年来随着环境科学技术的不断发展，越来越多的充氧设备被应用在实践中，如，武汉科技大学经过四年的努力，研发的“太阳能湖水净化技术及设备”并在武汉市部分湖泊应用，“一种风光互补曝气充氧机的控制保护装置”在实践中效果很好。众多曝气充氧设备或多或少存在一些缺陷或不足，主要是：

（1）曝气不充分。旨在依靠风力实现水体表层曝气，未能考虑底部水体的对流交换充氧，未能改变深层水体总溶解氧含量。

（2）充氧面积小。目前众多工艺设备仅考虑设备作用范围之内水体的复氧量，未能满足大面积水体复氧和水体上下层循环。

（3）能耗大，操作复杂。一些设备依靠外在电力，柴油发电机等外在能源，忽视了自然资源风能，装置基本结构复杂不易操作。还有采用一些设备风电互补的方式，不仅投资大而且操作极其复杂。

（4）效果不佳，不易管理。依靠表层曝气，忽略深层水体，在本质上不可能达到改善水体，净化水质的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种风力直驱循环充氧设备。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种风力直驱循环充氧设备，其特征在于，包括竖向传力轴，在竖向传力轴由上至下依次安装有风轮，浮伐系统，齿轮转换装置，提水涡轮和固定块，其中，齿轮转换装置包括齿轮箱，齿轮箱中有主齿轮和副齿轮，主齿轮与竖向传力轴相连接，副齿轮与横向传力轴连接，在横向传力轴两端，安装有一对叶片方向相反的推流叶轮。

本发明d风力直驱循环充氧设备与目前开发和使用的同类设备相比，具有以下多方面的创新和优点：

（1）水体搅动面积大。通过底部的提水涡轮将底层低含氧量水体向表层提升，大大的克服了前人的单一表层曝气，增大了水体的搅动范围，并且将底部的沉淀物提升到表面，在高含氧量水层充分降解，从而达到深度降解的目地。

（2）浅层水体充氧接触面积大。通过中间的搅动叶轮将浅层水体向表层水体流动的相反方向搅动。本发明充分考虑风力的影响，通过推动叶轮的叶片安装方向将提水涡轮提升的水体向表层水体相反方向推流，增加未饱和水体与表层饱和水体的充分接触。

（3）结构简单，造价低。充分考虑自然能源风力，通过风轮积聚动能，带动旋转轴，从而搅动水体，不仅节省资源，而且环保。本发明结构简单主要有，风轮，竖向传力轴，浮伐系统，推流叶轮，齿轮转换系统，提水涡轮构成，装置构造简单，操作容易，不需人为高频率的察看。

(4)结构紧凑，便于安装。适用于一些湖泊，景观湖河道等，不仅外观漂亮，而且容易装饰成湖泊的美化构筑物，材料要求低，便于组装携带。

附图说明

图1是本发明的风力直驱循环充氧设备结构示意图。

图2是浮伐系统结构；

图3是齿轮转换系统结构；

图4是原理示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明、

具体实施方式

如图1所示，本实施例给出一种风力直驱循环充氧设备，其特征在于，包括竖向传力轴5，在竖向传力轴5由上至下依次安装有风轮1，浮伐系统2，齿轮转换装置3，提水涡轮6和固定块7，其中，齿轮转换装置3包括齿轮箱8，齿轮箱8中有主齿轮和副齿轮，主齿轮与竖向传力轴5相连接，副齿轮与横向传力轴9连接，在横向传力轴9两端，安装有一对叶片方向相反的推流叶轮4。

本实施例中，风轮1由均匀分布的三组叶片组成，叶片采用流线型设计，可根据实际需求确定叶片的大小及弯曲度，用固定盘10固定在竖向传力轴5上。

竖向传力轴5末端与提水涡轮6之间可采用螺栓固定连接，便于方便的拆卸。提水涡轮6是盘旋在竖向传力轴5上的螺旋片。

参见图3，齿轮箱8中有主齿轮31和副齿轮32，主齿轮31和副齿轮32啮合，副齿轮32两侧通过连接轴34连接横向传力轴9。主齿轮31凭借固定于齿轮箱8上下表面的传力轴5固定在箱体内。副齿轮32凭借固定于箱体8左右俩侧的横向传力轴9固定在箱体内。

该风力直驱循环充氧设备的工作原理是：

参见图4，在风力作用下，风轮1顺时针旋转，带动竖向传力轴5顺时针旋转，由于齿轮箱8中的主齿轮31位于竖向传力轴5外径上并与竖向传力轴5相连接，也同时随竖向传力轴5顺时针转动，主齿轮31与副齿轮32啮合，带动横向传力轴9转动，推流叶轮4转动将水体从左到右推动，形成浅层水体的横向循环流动，大大增加了缺氧状态水体与饱和水体的混合，促进缺氧状态水体溶解氧含量增加。竖向传力轴5同时与提水涡轮6连接并随之顺时针旋转的同时，提水涡轮6在驱动力作用下将底部缺氧状态水体向上部推送，当下层水体被提水涡轮6推送到浅层水体位置时，推动叶轮4将从底部提升的水体从左到右推送，使之与表层水体对流混合，促进水体交换，增大未饱和水体与饱和水体的接触面积，从而增大水体的溶解氧速率。

如果风轮1随风力逆时针旋转时，各构件旋转方向与顺时针方向刚好相反，但其充氧效果与顺时针相同。

具体实施步骤：

（1）风轮1由三个椭圆形叶片组成，叶片选择聚乙烯材料制成，叶片的大小根据下面连接的提水涡轮6和推流叶轮4的大小设计，叶片流线型设计，聚有升力型叶片的特点，克服了启动难的弱点。叶片顶部和底部分别通过固定盘10与竖向传力轴5固定，固定盘10的大小根据叶片大小确定，顶端固定盘10与竖向传力轴5顶部焊接

（2）竖向传力轴5中上部（图3）连接浮伐系统2（参见附图2）。浮伐系统包括泡沫浮体21、浮伐轴承22和三根等长度固定钢管23，其中浮伐轴承22通过固定钢管23与泡沫浮体21固定在一起。浮伐轴承22与竖向传力轴5相连接。

本实施例中，泡沫浮体21采用聚乙烯材料制作，耐腐蚀，耐光照，密度小等特点。泡沫浮体21形状类似于圆环状，有利于构件在摆动过程中平衡。

（3）竖向传力轴5中下部与齿轮转换装置3连接（图3）。竖向传力轴5穿过齿轮箱8上下表面的轴承，与齿轮箱8内的主齿轮31连接，主齿轮31与副齿轮32啮合，主齿轮31依靠竖向传力轴5固定。副齿轮32两侧通过连接轴34连接横向传力轴9。

（4）横向传力轴9两端分别连接推流叶轮4,横向传力轴9的长度可根据实际情况确定，横向传力轴9与推流叶轮4可以用螺纹相连接，便于拆除安装。推流叶轮4根据推流器的叶片设计原理设计，叶片大小根据实际情况确定，左右两个推流叶轮4的叶片安装方向相反，便于水流向一个方向流动。

（5）竖向传力轴5下部与提水涡轮6连接，提水涡轮6是盘旋在竖向传力轴5上的螺旋片，可选用耐腐蚀，光滑不宜沉降滞留的材质，以减轻旋转动能。螺旋片的尺寸根据实际情况确定，螺旋片自上到下固定在竖向传力轴5下部。

（6）竖向传力轴5下部安装轴承，便于连接固定块7，固定块7用铁链与竖向传力轴5下部的轴承连接，铁链长度根据实际情况确定。

Claims (5)

1.一种风力直驱循环充氧设备，其特征在于，包括竖向传力轴（5），在竖向传力轴（5）由上至下依次安装有风轮（1），浮伐系统（2），齿轮转换装置（3），提水涡轮（6）和固定块（7），其中，齿轮转换装置（3）包括齿轮箱（8），齿轮箱（8）中有主齿轮（31）和副齿轮（32），主齿轮（31）与副齿轮（32）相啮合，主齿轮与竖向传力轴（5）相连接，副齿轮与横向传力轴（9）连接，在横向传力轴（9）两端，安装有一对叶片方向相反的推流叶轮（4）。

2.如权利要求1所述的风力直驱循环充氧设备，其特征在于，所述的风轮（1）由均匀分布的三组叶片组成，用固定盘（10）固定在竖向传力轴（5）上。

3.如权利要求1所述的风力直驱循环充氧设备，其特征在于，所述的竖向传力轴（5）与提水涡轮（6）之间可拆卸。

4.如权利要求1所述的风力直驱循环充氧设备，其特征在于，所述的提水涡轮（6）是盘旋在竖向传力轴（5）上的螺旋片。

5.如权利要求1所述的风力直驱循环充氧设备，其特征在于，所述的推流叶轮（4）与横向传力轴（9）之间采用螺纹连接。

Images