CN102972313B - 一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置及其方法，包括由空压机与空气罐构成的供气系统，与空气罐连接的布设于取水口外侧水域中的排气管，排气管靠近空气罐的一端安装有控制系统，且排气管上间隔开设有排气孔。排气管可为两排或以上，外部设有保护框架，末端安装有低位水箱；控制系统具有连续/脉冲/间歇的供气方式。其设计方法包括确定布设范围，水底整体形状，设计控制系统，选择空压机和空气罐等。本发明结构简单、易于安装、使用方便、效果明显。空压机产生的压缩空气储存到储气罐中，控制系统调节供气压力和供气量，空气经布设于取水口外侧水域水底的排气管排出，在水中形成气泡幕阻碍鱼类前行，从而有效防止鱼类等被吸入取水口，造成死亡。

Description

一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种气泡幕发生装置及其方法，具体涉及一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置及其方法。

背景技术

我国是能源需求和消耗大国，其中火电装机容量超过6万亿千瓦，千万级火电站近60家，目前我国已有核电站11家，到2020年在沿海区域再建约30个百万千瓦核电站机组，核电2011年发电量874亿千瓦。火电站和核电厂由于提供热机冷源和各种冷却的需要,需用大量的冷却水连续供应。一座百万千瓦的凝汽机组火电厂,需冷却水量约30m3/s；同级核电,需水量达50～60m3/s。根据以上数据估算目前在火电站和核电站临近水域每天用于冷却的水量为50多亿立方米。另外在我国沿海和江河水域还分布着其它用水冷却(升温)企业，例如液化天然气(LNG)接收站等，目前全国约有目前中国有13座LNG接收站，(其中中石油拥有4座、中海油拥有7座，中石化拥有2座。目前已签订的进口LNG合约约为3400万吨/年)，每天用水量也达千万立方米。

在这些企业设备中一般采用泵站通过取水口进水，在此过程中，鱼类等游泳动物会随着取水口进入泵站，而导致死亡，一方面降低临近水域中的资源量，同时由于腐烂污染生态环境，另一方面也可能对泵站系统产生破坏。随着国家对环境保护的要求越来越高，今后在用水企业取水口所在水域设置拦截鱼类等水生动物保护装置，是保护取水口附近水域水生动物和生态环境重要手段。另外随着我国近海海洋牧场的开发，需要采用一些拦鱼设施，防止鱼类从牧场中逃逸出去。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置及其方法，主要针对火电、核电、LNG等项目取水口水域开发一种气泡幕发生装置，能够有效的拦截和驱赶鱼虾类等进入取水口，以保护海域水生动物和生态环境,同时有效保护泵站系统。也可作为海洋牧场中拦截鱼类逃逸的装置使用。

一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置，其特征在于包括由空压机与空气罐构成的供气系统，与空气罐连接的布设于取水口外侧水域中的排气管，排气管靠近空气罐的一端安装有控制系统，且排气管上间隔开设有排气孔。

该装置布设于取水口外侧水域中的排气管是两排或两排以上。排气管采用两排以上，可同时排气增加气泡沫宽度，也可以作为相互备用，防止另外一排排气管出现问题。

上述排气管位于水中部分的外部设置有保护框架。

上述保护框架包括设置在排气管两侧的、与底面夹角为30°～45°的板材，且保护框架横截面为梯形、顶部形成开口。

上述控制系统具有连续/脉冲/间歇的供气方式，或具有改变气泡密度的功能。

上述排气管的末端还安装有带电磁阀和疏水阀的低位水箱。

上述排气孔内设有单向阀。

上述排气孔间距和孔径大小如下：孔间距1cm-10cm，孔径0.1mm-2mm。

上述排气管是具有抗腐蚀和抗生物附着能力的塑料、钛及其合金或不锈钢材质的管件。

上述排气孔是排气管、或者直接在排气管管道上的钻孔。

上述气泡幕发生装置的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定气泡幕发生装置的布设范围：

通过现有数值模拟和海上实测获得取水口在不同取水状态下的流场情况，而使排气管的布设范围在取水口的流场之外；

(2)确定气泡幕发生装置的水底整体形状：

将排气管在水下的整体形状设计成一字行、梯形、多边形或圆弧形中的任意一种；

(3)设计控制系统

采用现场可编程序控制系统——包括工控机或PLC作为控制系统，实现连续/脉冲/间歇方式供气或改变气泡密度的功能；所设计的控制系统具有设远程控制和就地手动控制两种模式，且可配套水下摄像系统，进行系统水下监测；

(4)空压机和空气罐的选择

储备压缩空气，并进行空气过滤以避免空压机所出的空气污染海水；且充满高压空气后，在空压机停止的情况下，供气时间不小于30分钟；如此以减少空压机工作强度，使得空压机不需要连续工作，保护空压机，且节省能源；

空压机的功率和排量可以根据排气孔数量、排气速度以及空气罐容积以常规方法确定；空压机具备当空气压力达到空气罐子最大储存压力时停止，当空气罐中气压到达供气最小压力要求时，空气泵启动的功能，以起到保护机器和节省能源作用。

本发明结构简单、易于安装、使用方便、效果明显。通过空压机产生的压缩空气，储存到储气罐中，通过控制系统调节供气压力和供气量，空气进入布设于取水口外侧水域水底的排气管，在水下由排气管上一定间距和孔径的排气孔排出，在水中形成气泡幕。当鱼群靠近气泡幕时，由于气泡幕在鱼类的眼中形成一道气泡墙阻碍鱼类前行，同时气泡上升振动发声，在视觉和听觉的共同作用下将鱼群吓走，从而防止鱼类等被吸入取水口，造成死亡。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图。

图2为本发明的侧视结构示意图。

图3为本发明的带有保护框架的双排气管的横向截面图。

图4为本发明的带有保护框架的双排气管的局部俯视图。

图5为本发明的带有保护框架的双排气管的局部侧视图。

其中，1、空压机；2、空气罐；3、控制系统；4、排气管；5、保护框架；6、固定底板；7、低位水箱；8、排气孔；9、管连接件；10、排气管固定件；11、连接螺栓；12、固定孔；13、连接隔板；14、排水管；15、排水阀门。

具体实施方式

如图1～5所示，一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置，其特征在于包括由空压机1与空气罐2构成的供气系统(空压机1中产生的压缩空气进入空气罐2中)；与空气罐2连接的布设于取水口外侧水域中的排气管4，排气管4靠近空气罐2的一端安装有控制系统3，且排气管4上间隔开设有排气孔8。

如图3、4所示，该装置布设于取水口外侧水域中的排气管4是两排或两排以上。排气管4采用两排以上，可同时排气增加气泡沫宽度，也可以作为相互备用，防止另外一排排气管4出现问题。如图3～5所示，排气孔8是排气管、或者直接在排气管4管道上的钻孔。

排气管4上间隔地设有一定孔径的排气孔8；排气孔8间距和孔径大小，关系到拦截效果；排气孔8孔径大小根据水生动物调查结果制定，一般孔间距1cm-10cm，孔径0.1mm-2mm。

排气孔8一般内设单向阀(只能往外排气，不能向内进水，在少数情况下也可直接在官道上钻孔使用)，尽量使水不进入排气管，防止排气管4内部生物附着和水中杂质堵塞排气孔8；外部由于压缩空气流出，不会导致生物附着和堵塞。排气孔8方向一般选择朝上，垂直于水面，也可根据实际水域情况选择与铅垂方向成一定夹角，采用的单向阀通过模具浇注而成。

上述排气管4具有足够强度和耐压能力，且在水中(特别是海水中)要求具有抗腐蚀和抗生物附着能力，可使用塑料、金属(如：钛及其合金、不锈钢等)材质管件，局部间连接采用管连接件9连接，管连接件9也可采用快速接头或者焊接形式。采用管连接件9可以使排气管4形成一字形，梯形，多边形，以及圆弧等形状。

如图2～5所示，上述排气管4位于水中部分的外部设置有保护框架5，目的是通过保护框架5防止外部物体撞击排气管4以及其上的排气孔8，造成排气管4和排气孔8损坏，从而导致排气不畅或者无法排气，形成的气泡幕出现问题。排气管4可以通过保护框架5上的排气管固定件10固定于保护框架5内部。

保护框架5设置在排气管4两侧，采用的材料要求有足够的强度和耐腐蚀能力，保护框架5采用板材(金属或者塑料)焊接或折弯而成，横截面为梯形，形成侧板，该侧板与底面夹角为30°-45°，内部固定的排气管4中心距20cm以上，保护框架5顶部开口间距要求两端侧面在排气孔的外侧，不能阻挡气泡向上运动。侧边的外部位置可装置声、光、电等设施，为产品升级预留空间。保护框架5底部通过连接螺栓11与固定底板6连接，保护框架5通过带有固定孔12的固定底板6固定于水底预埋的固定件(桩、螺栓、水泥预制件等)。如图5所示，保护框架5中的侧板可以通过连接隔板13相互连接而形成与排气管相应的形状。

空气罐中2的压缩空气供气时会在排气管道中产生少量积水，另外排气孔8的单向阀可能会产生少量漏水，如果管道中有大量积水的情况，容易在内部产生生物附着或水中的杂质，导致堵塞排气管，因此需要在排气管8不供气端(即末端)安装带有电磁阀和疏水阀的低位水箱7构成排污阀门及其启闭系统：当低位水箱7中的水到一定水位时，触动电磁阀，通过排水管道14，开启水面阀门15排水，保证排气管内的排气孔部位保持在空气中，不易堵塞排气孔8。

上述控制系统3具有连续/脉冲/间歇的供气方式，或具有改变气泡密度的功能(可调节供气压力和供气量)。

以上即完成了整个系统的组建和安装。

上述气泡幕发生装置的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定气泡幕发生装置的布设范围：

在取水口附近由于泵站取水时，会产生向取水口流动的水体，考虑阻截幼鱼等游泳能力较弱的鱼类，防止其进入向取水口流动的水体被吸入取水口，布设范围应在取水流场之外。另外拦截范围相对较小为佳，范围小，鱼类进入的概率相对小，被吸入的几率同样降低，也能够提高拦截效果。因此了解取水时取水口周围的流场十分重要，是决定设计范围、设备成本和提高拦截效果重要依据；

本步可通过现有数值模拟和海上实测获得取水口在不同取水状态下的流场情况，而使排气管4的布设范围在取水口的流场之外。

(2)确定气泡幕发生装置的水底整体形状：

水下排气管8的整体形状，由取水口周围流的方向和鱼虾类等游泳动物活动方向来决定，设计时考虑鱼虾类等游泳动物碰到气泡幕后逃逸的方向，以缩短鱼类等逃逸路径，节省其体力为原则；设计时可将排气管4在水下的整体形状设计成一字行、梯形、多边形或圆弧形中的任意一种。

(3)设计控制系统

采用现场可编程序控制系统——包括工控机或PLC作为控制系统3，并具备与企业中央控制(DCS)系统的通讯接口和相对简单、直观的现场显示功能以及数据储存功能；实现连续/脉冲/间歇方式供气或改变气泡密度的功能(可调节供气压力和供气量)；所设计的控制系统3具有设远程控制和就地手动控制两种模式，且可配套水下摄像系统，进行系统水下监测；

(4)空压机1和空气罐2的选择

储备压缩空气，并进行空气过滤以避免空压机所出的空气污染海水；且充满高压空气后，在空压机1停止的情况下，供气时间不小于30分钟；如此以减少空压机1工作强度，使得空压机1不需要连续工作，保护空压机，且节省能源；

空压机1的功率和排量可以根据排气孔数量、排气速度以及空气罐2容积以常规方法确定；空压机1具备当空气压力达到空气罐子最大储存压力时停止，当空气罐中气压到达供气最小压力要求时，空气泵启动的功能，以起到保护机器和节省能源作用。

Claims (4)

1.一种用于保护水生动物的气泡幕发生装置，其特征在于包括由空压机（1）与空气罐（2）构成的供气系统，与空气罐（2）连接的布设于取水口外侧水域中的排气管（4），排气管（4）靠近空气罐（2）的一端安装有控制系统（3），且排气管（4）上间隔开设有排气孔（8）；

且该装置布设于取水口外侧水域中的排气管（4）是两排或两排以上；

上述排气管（4）位于水中部分的外部设置有保护框架（5）；上述保护框架（5）包括设置在排气管（4）两侧的、与底面夹角为30°～45°的板材，且保护框架（5）横截面为梯形、顶部形成开口；

上述排气孔（8）内设有单向阀；上述控制系统（3）具有连续/脉冲/间歇的供气方式，或具有改变气泡密度的功能；上述排气管（4）的末端还安装有带电磁阀和疏水阀的低位水箱（7）。

2.如权利要求1所述的气泡幕发生装置，其特征在于上述排气孔（8）间距和孔径大小如下：孔间距1cm-10cm，孔径0.1mm-2mm。

3.如权利要求1所述的气泡幕发生装置，其特征在于上述排气管（4）是具有抗腐蚀和抗生物附着能力的塑料、钛及其合金或不锈钢材质的管件。

4.权利要求1所述的气泡幕发生装置的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）确定气泡幕发生装置的布设范围：

通过现有数值模拟和海上实测获得取水口在不同取水状态下的流场情况，而使排气管（4）的布设范围在取水口的流场之外；

2）确定气泡幕发生装置的水底整体形状：

将排气管（4）在水下的整体形状设计成一字行、梯形、多边形或圆弧形中的任意一种；

3）设计控制系统

采用现场可编程序控制系统——包括工控机或PLC作为控制系统（3），实现连续/脉冲/间歇方式供气或改变气泡密度的功能；所设计的控制系统（3）具有设远程控制和就地手动控制两种模式，且可配套水下摄像系统，进行系统水下监测；

4）空压机（1）和空气罐（2）的选择

储备压缩空气，并进行空气过滤以避免空压机所出的空气污染海水；且充满高压空气后，在空压机（1）停止的情况下，供气时间不小于30分钟；

空压机（1）具备当空气压力达到空气罐子最大储存压力时停止，当空气罐中气压到达供气最小压力要求时，空气泵启动的功能。

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