CN103535317B - 一种水产养殖用鱼池进水射流共混装置 - Google Patents

Abstract

一种水产养殖用鱼池进水射流共混装置，包括上、下顺次布置的压力水进水管，扩散管、混和管和出水管，压力水进水管，扩散管、混和管立式配置，出水管横向配置，扩散管为带有两个渐扩段的渐扩管，在第一渐扩段的锥形外圆周面上开设进气孔，混和管的内径为D4，压力水进水管下端沿轴向插入扩散管上端，混合管上端沿轴向插入扩散管的混和区，出水管包括分别位于鱼池的上、中、下层水体内的三根出水支管，三根出水支管分别与混和管的中部、下部、底部连通，本装置氧气溶解充分，可改善高密度养殖的水体流态，促进颗粒有机物的高效排出，可有效去除高密度养殖中鱼类呼吸作用积累的二氧化碳，改善养殖池水质，实现节能目标，适用性广泛。

Description

一种水产养殖用鱼池进水射流共混装置

技术领域

本发明涉及高密度工厂化室内水产养殖领域，尤其涉及一种进水增氧曝气装置。

背景技术

水产养殖领域中，曝气装置主要作用是为养殖动物提供充足的氧气，促进养殖动物健康生长。现有曝气装置有两类：一类是鼓风曝气装置，又分为大孔曝气装置、中孔曝气装置、小孔曝气装置和微孔曝气装置；另一类是机械表面曝气装置，常用叶轮、叶片旋转击打水面实现增氧目的。后者能耗高、不适于室内工厂化养殖采用。因此目前通常使用是鼓风曝气装置。在工厂化循环水养殖中，曝气具有增氧、脱除二氧化碳、推流、改善水体流态等多重功能，合理的设计曝气系统对于循环水养殖系统整体性能具有重要的意义。

随着水产养殖业逐渐向高密度、集约化方向的发展，对养殖水体中溶解氧浓度的要求越来越高。溶解氧通常是高密度水产养殖容量的第一限制因子。为适应现代水产养殖的发展需求，高密度工厂化循环水养殖中通常采用纯氧作为鼓风曝气装置的气源，为利于纯氧在水体中的溶解，一般是通过独立的设备如低压溶氧器、高压溶氧器等设备实现氧气溶解。

这种纯氧鼓风曝气增氧方式存在下述缺陷：

1、在生产实践中，很多偏远地区的水产养殖场，制氧工厂少，纯氧难以获得，严重制约了高密度工厂化水产养殖在当地的发展。

2、传统的鼓风曝气增氧装置一般通过曝气石和微孔曝气盘向鱼池空气曝气，前者具有气泡大、气泡不均匀、气水接触时间短，导致氧气利用率低等缺点；后者具有压力损失大、布气不均匀、易堵塞、易破损等缺点。

3、一般是通过独立的专用设备如低压溶氧器、高压溶氧器等设备实现氧气溶解。并且对整套装置的密封性要求很高，如果出现设备故障、管路破损，导致纯氧泄露，容易导致生产意外事故。

4、随着养殖密度的提高，养殖动物呼吸排出的二氧化碳浓度不断累积，一方面导致养殖动物的呼吸困难，同时二氧化碳会通过水体气体分压的改变影响氧气的溶解效率，但现有的曝气方式无法有效去除养殖水体中的二氧化碳，这使得养殖池二氧化碳的去除问题显得非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需纯氧供气，无需曝气石或曝气盘的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，该装置在进水同时实现增氧，省去专用增氧设备，并能有效去除养殖水体中的二氧化碳，氧转移效率高，结构简单，使用安全方便，应用面广泛。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：

所述装置包括上、下顺次布置的压力水进水管，扩散管、混和管和出水管，其中，压力水进水管，扩散管、混和管立式配置，出水管横向配置，

压力水进水管为带有一个渐缩段的渐缩管，管体上端是内径为D1的进水区，管体下端向下渐缩后、形成内径为D2的出水区，

扩散管为带有两个渐扩段的渐扩管，管体上端端口内径与压力水进水管下端端口外径相对应，上端向下第一次渐扩后、形成内径为D3的扩散区，在第一渐扩段的锥形外圆周面上开设进气孔，扩散区下方的管体向下第二次渐扩后、形成混和区，混和区内径与混和管外径相对应，

混和管的内径为D4，

压力水进水管下端沿轴向插入扩散管上端，压力水进水管的渐缩段和出水区位于扩散管的扩散区中部，

混合管上端沿轴向插入扩散管的混和区，

压力水进水管、扩散管位于鱼池水面上方，混合管上端外露于鱼池水面上方，下端伸入鱼池水体底部，

出水管包括分别位于鱼池的上、中、下层水体内的三根出水支管，三根出水支管分别与混和管的中部、下部、底部连通，

D4≥D3﹥D1﹥D2，出水管的总出水面积之和大于等于混合管内腔横截面积。

根据双膜理论，氧气向水体的传质过程由总传质系数、修正系数和溶解氧饱和浓度等因素决定。本发明装置通过对供水管路出口的改良，设计独特的管路出口结构，构建局部负压吸气区，增加供水管路的吸气功能，形成气水混流的作用，从而提高总传质系数实现氧气的高效溶解，最终在供水的同时实现供气的功能。本发明装置采用负压吸气增氧、水气混合、高效溶解、鱼池原位“inSitu”去除二氧化碳等原理，改善水体流态、水体均匀性、颗粒物排出效果等，提高氧气利用率。

本装置的进水具有一定的初始速度和压力，压力水由进水区进入出水区后水流变细，然后，水流沿扩散管的轴向进入扩散区，由于扩散区直径D3﹥出水区直径D2﹥进水区D1，根据文丘理原理，直流下冲的压力水流会对压力水进水管下端上方的扩散区内的空气产生一个吸附作用、形成气水混合流，导致该区域的空气向下流动；一方面，气水混合流在下冲直流进入混合区和混合管时会使气、水充分接触，从而提高气水接触面积和紊流系数，达到提高氧气溶解效率的作用，另一方面，由于压力水进水管下端上方的扩散区内空气被吸走，会使该区域的气压降低、形成一个接近真空状态的局部负压区，外界空气在负压的吸引下，由进气孔进入该区域，从而持续不断的为装置补充新鲜空气；然后，经过充分混合、含有大量溶解氧的增氧水流进入出水管，此时管径变细，水流速度增加，通过水压和气压一起释放，从而产生推流效果，使溶解氧均匀扩散到鱼池内、与养殖水体充分混合，可有效去除高密度养殖中鱼类呼吸作用积累的二氧化碳，改善养殖池水质；最后，三根出水支管分别配置在不同的水层内，多个出水口的立体推流作用，可以为不同的水层立体增氧，更好的利用水流动能，在需要时还可以关闭某些出水支管，针对特定水层增氧，非常灵活方便；此外，装置产生的高速气液混流带有大量动能，可改善高密度养殖的水体流态，因此可利用此特点促进养殖水体中的颗粒有机物等污物的高效排出。

进一步的，压力水可以通过两种方式获得，一种方式是压力水进水管的上端与压力水泵连通，由压力水泵直接供应压力水，另一种方式是压力水进水管的上端与蓄水池底部连通，压力水进水管上端开口与进气孔在垂直方向的距离H1≧1M，以保证进入扩散管内的水流具有足够的初始速度和压力。

再进一步，混和管下端向下渐缩后，通过一个90°的弯头与位于鱼池下层水体内的出水支管连通，从而保证进入下层水体的水流顺畅。

再进一步，进气孔为一个或者多个，进气孔的大小和数量保证足够的进气量即可，进气量与水流流速及负压区气压相关。再进一步，考虑到D1/D2的比值、D3/D2比值越大增氧效果越好，但与此同时，水头损失也会呈几何级数增长，优选D1/D2的比值范围为1﹤D1/D2≤5，D3/D2的比值范围为1﹤D3/D2≤5。

再进一步，为保证进气孔的负压进气效果及气水混合效果，进气孔与鱼池水面在垂直方向的距离H2≥200mm，H2越大气水混合时间越长，增氧效果越好。

再进一步，为保证增氧效果，压力水进水管下端与进气孔在垂直方向的距离H3不宜过大，一般小于200mm。

本发明的有益效果在于：

1、由于气水流的轴向混合作用，该装置产生大量的微细气泡大大提高气液两相的接触面积，从而提高氧转移效率。

2、该装置产生的高速气液流携带有大量动能，通过多个立体出水口产生良好的推流作用，可改善高密度养殖的水体流态，促进颗粒有机物的高效排出。

3、该装置可有效去除高密度养殖中鱼类呼吸作用积累的二氧化碳，改善养殖池水质，从而降低水体循环速率，降低循环水养殖的能耗。

4、该装置通过在养殖池内部分水体循环运行即可实现增氧、推流等作用，不需启动其它推流设备即可循环全池的水，实现节能目标。

5、该装置适用水深一般为0.5-2m，适用性广泛。

附图说明

图1为本装置一种优选结构的正视剖视图

图2为图1中圆圈部分的放大示意图

图1～2中：1为压力水进水管，101为进水区，102为出水区，2为扩散管，201为扩散区，3为混和管，4为出水管，5为进气孔，6为弯头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1～2中，装置包括上、下顺次布置的压力水进水管1，扩散管2、混合管3和出水管4，其中，压力水进水管1，扩散管2、混合管3立式配置，出水管4横向配置。

压力水进水管1为带有一个渐缩段的渐缩管，管体上端是内径为D1的进水区101，管体下端向下渐缩后、形成内径为D2的出水区102。

扩散管2为带有两个渐扩段的渐扩管，管体上端端口内径与压力水进水管1下端端口外径相对应，上端向下第一次渐扩后、形成内径为D3的扩散区201，在第一渐扩段的锥形外圆周面上开设进气孔5，进气孔5与鱼池水面在垂直方向的距离H2≥200mm，扩散区201下方的管体向下第二次渐扩后、形成混合区202，混合区202内径与混合管3外径相对应。

混合管3内径为D4，D4≥D3﹥D2﹥D1，压力水进水管1下端沿轴向插入扩散管2上端，压力水进水管1的渐缩段和出水区102位于扩散管2的扩散区201中部，压力水进水管1下端与进气孔5在垂直方向的距离H3小于200mm；混合管上端沿轴向插入扩散管2的混合区202。

压力水进水管1、扩散管2位于鱼池水面上方，混合管3上端外露于鱼池水面上方，下端伸入鱼池水体底部，出水管4包括分别位于鱼池的上、中、下层水体内的三根出水支管，三根出水支管分别与混合管3的中部、下部、底部连通，其中，混合管3下端向下渐缩后，通过一个90°的弯头6与位于鱼池下层水体内的出水支管连通。出水管4的总出水面积之和大于等于混合管内腔横截面积。

压力水进水管1的上端与压力水泵连通，或者，压力水进水管1的上端与蓄水池底部连通，压力水进水管1上端开口与进气孔5在垂直方向的距离H1为1～2M。

针对现有的曝气装置能耗高、气体压力损失大等缺点，本装置在通过利用渐缩管提高水流流速，同时通过局部负压吸气，使气流与水流沿混合管轴向进入混合管。通过混合区产生径向混合作用，使气水充分混合，产生大量、均匀的微细气泡，提高气水接触面积和紊流系数从而提高氧气溶解效率。最后在出水口通过水压和气压一起释放，从而产生推流效果，具有使溶解氧均匀扩散、水体混合以及污物排出的作用。多个不同高度立体出水，可对不同水层产生推流作用，更好更均匀的利用水流动能。该专利是结构简单、成本低廉的低能耗新型高效曝气装置。该装置主要应用于工厂化循环水养殖系统（鱼、虾等）的增氧、推流或者去除二氧化碳，也可以用于相关水处理领域的曝气增氧以及推流混匀。

Claims (8)

1.一种水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：

所述装置包括上、下顺次布置的压力水进水管(1)，扩散管(2)，混合管(3)和出水管(4)，其中，压力水进水管(1)，扩散管(2)和混合管(3)立式配置，出水管(4)横向配置，

压力水进水管(1)为带有一个渐缩段的渐缩管，管体上端是内径为D1的进水区(101)，管体下端向下渐缩后、形成内径为D2的出水区(102)，

扩散管(2)为带有两个渐扩段的渐扩管，管体上端端口内径与压力水进水管(1)下端端口外径相对应，上端向下第一次渐扩后、形成内径为D3的扩散区(201)，在第一渐扩段的锥形外圆周面上开设进气孔(5)，扩散区(201)下方的管体向下第二次渐扩后、形成混合区(202)，混合区(202)内径与混合管(3)外径相对应，

混合管(3)内径为D4，

压力水进水管(1)下端沿轴向插入扩散管(2)上端，压力水进水管(1)的渐缩段和出水区(102)位于扩散管(2)的扩散区(201)中部，

混合管上端沿轴向插入扩散管(2)的混合区(202)，

压力水进水管(1)、扩散管(2)位于鱼池水面上方，混合管(3)上端外露于鱼池水面上方，下端伸入鱼池水体底部，

出水管(4)包括分别位于鱼池的上、中、下层水体内的三根出水支管，三根出水支管分别与混合管(3)的中部、下部、底部连通，

D4≥D3﹥D2﹥D1，

出水管(4)的总出水面积之和大于等于混合管内腔横截面积。

2.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：所述压力水进水管(1)的上端与压力水泵连通。

3.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：所述压力水进水管(1)的上端与蓄水池底部连通，压力水进水管(1)上端开口与进气孔(5)在垂直方向的距离H1为1～2M。

4.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：混合管(3)下端向下渐缩后，通过一个90°的弯头(6)与位于鱼池下层水体内的出水支管连通。

5.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：所述进气孔(5)为一个或者多个。

6.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：D1/D2的比值范围为1﹤D1/D2≤5，D3/D2的比值范围为1﹤D3/D2≤5。

7.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：所述进气孔(5)与鱼池水面在垂直方向的距离H2≥200mm。

8.根据权利要求1所述的水产养殖用鱼池进水射流共混装置，其特征在于：压力水进水管(1)下端与进气孔(5)在垂直方向的距离H3小于200mm。