CN103570146B - 一种太阳能移动式水层交换和增氧装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能移动式水层交换和增氧装置，由太阳能发电组件供电的第一电机以水平转动方式配置在太阳能动力船上，第一电机的输出轴竖直向上伸出，端部水平固定绕线轮，导向绳在绕线轮上缠绕一圈后，两端分别固定在养殖池塘的两侧塘埂上；连接杆两端刚性连接太阳能动力船和变速箱，变速箱竖直向下的输出轴连接在搅水浮体的圆周中心，搅水浮体的外缘周向安装多个搅水翼；变速箱的输入轴配置由太阳能发电组件供电的第二电机，变速箱输出轴的位置与变速箱和第二电机组合件的重心位置偏离。本装置以太阳能为动力，可以大量节约电能，减少了水产养殖水体中增氧的安装数量，具有增氧面积大，覆盖面全，光控、自运行特点，可大大提高光合作应对水体影响作用。

Description

一种太阳能移动式水层交换和增氧装置

技术领域

本发明涉及水产养殖领域，尤其涉及池塘养殖增氧设备。

背景技术

上世纪70年代以来，水体增氧机械的发明极大地推动了我国水产养殖业的发展，使我国的水产养殖产量迅速成为世界第一，为增加市场水产品供应，满足人们生活水平需要发挥了巨大的作用。目前，增氧机已经成为全国推广最广、数量最多的渔业机械，是池塘养鱼的高产地区家喻户晓的一种具有中国特色的养鱼机械。增氧机不仅可以增加水中的溶解氧，而且可以排除氨、硫化氢等有害气体，而得到广泛的应用。近年来，随着水产养殖增氧技术的发展，各种型式的增氧机械不断出现，从最初的叶轮式和水车式增氧机，发展到现在的喷水式增氧机、潜水式增氧机、曝气增氧机等10个种类。

增氧机械的使用虽然大大提高了水产养殖产量，但目前国内外所使用的增氧机基本为固定式增氧机，存在着增氧范围小，能耗大、空转率高，增氧效果不好等问题，同时由于多数增氧机为机械搅动增氧，忽视了对光合作用增氧的充分利用。从目前增氧机械的使用效果来看，多数养殖增氧机械功率都很大，运行中的“空转率”很高，即使在传统大宗淡水养殖池塘中，每亩增氧机的功率配置超过0.5Kw/亩，大大增加了水产养殖成本，在能源资源日益紧张的情况下，传统增氧技术及设备已不适合水产养殖业“节水、节能、减排”发展的需要。存在以上问题的原因是：

第一，传统机械增氧重视通过机械扰动增加水体与空气接触增加水体溶氧水平，存在着增氧效率不高等问题；

第二，传统增氧机基本为固定式结构，虽然安装简单，但增氧范围有限，只能提升局部水体的溶氧水平，持续运行存在着氧饱和后增氧效率降低、能耗增加等问题；

第三，传统增氧机械忽视对光合作用增氧的利用，增氧效率不高；

第四，传统增氧机械对上下水层交换增氧利用不够，不利于水体溶氧平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种以太阳能为动力和控制条件的移动水层交换和增氧装置，该装置具有光控运行、光伏动力、水层交换、机械增氧等功能，可以通过造波作用将光合作用产生的上层富氧水体与底层贫氧水体进行交换，增加整个水体的溶氧水平，同时具有一定的机械增氧效果，在提高养殖水体增氧效率的同时，减少固定增氧机使用量，调控水体溶氧水平，具有节水、减排、节能等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：

一个由太阳能发电组件供电的第一电机以水平转动方式配置在太阳能动力船上，第一电机的输出轴竖直向上伸出，伸出端水平固定一个绕线轮，水平的导向绳在绕线轮上缠绕一圈后，两端分别固定在养殖池塘的两侧塘埂上；

太阳能动力船上水平伸出连接杆，连接杆伸出端刚性连接在变速箱上，变速箱竖直向下的输出轴连接在呈轮胎形的搅水浮体的圆周中心，搅水浮体的外缘周向均匀安装多个搅水翼；

变速箱的输入轴配置由太阳能发电组件供电的第二电机，

变速箱输出轴的位置与变速箱和第二电机组合件的重心位置偏离。

本装置的增氧原理是，当第二电机输出轴旋转、带动下方的搅水浮体旋转时，搅水浮体外圆周上的若干划水翼也跟着转动，将养殖池塘中的水搅动、翻起，形成波浪和水花，促进上下层水体之间的交换和空气中氧气在表层水体中的溶解：搅水翼搅水的造波作用将下层贫氧水体提升到水体上层位置，这些水体会排出有害气体成为浮游生物的饵料，同时浮游生物的光和作用会促使空气中的游离氧在该水体中充分溶解；下层水体上升后，其周围的上层富氧水会补充下层水体上升形成的空隙、进入下层水体，为下层水体提供丰富的溶解氧，从而实现水层交换增氧。

变速箱输出轴的位置必须偏离变速箱和第二电机组合件的重心位置，倘若搅水浮体和安装在其上的部件所组成的整个组和件的重心与搅水浮体的旋转中心重合，那么搅水浮体只会在原地的水域绕自身旋转中心旋转，即就地“自转”，无法实现移动式的增氧。

如果本装置仅仅是搅水浮体和安装在其上的部件所组成的整个组和件的重心和搅水浮体的旋转中心偏离，那么当第二电机驱动搅水浮体旋转时，由于搅水浮体缺乏必要的牵引，会在自转的同时在水面上无规则的移动，即满池塘的“乱窜”，其行程和移动方向不可控，虽然实现了移动式的增氧，但却无法保证其增氧是否能均匀覆盖整个水面，并且无法控制装置是否会撞上塘埂。

本装置中的搅水浮体由相邻装载太阳能发电组件的太阳能动力船上伸出的刚性连接杆与变速箱体连接，给搅水浮体增加了一个受牵引的外力，由于连接杆的牵连，搅水浮体不能离开连接杆的端点，而连接杆的另一端固定在太阳能动力船体上，太阳能动力船又以水平转动方式装载、连接第一电机。第一电机的输出轴向上连接绕线轮，绕线轮被导向绳缠绕一周，第一电机输出轴的转动会让第一电机沿导向绳移动，因此，整个装置会产生如下动作：

1、搅水浮体绕自身旋转中心自转；

2、搅水浮体绕太阳能动力船“公转”，也即绕着第一电机及上方的绕线盘公转；

3、太阳能船体绕第一电机及上方的绕线盘自转；

4、太阳能船体带动搅水浮体沿着导向绳直线移动；

综合以上结构和动作，本装置可使搅水浮体自转的同时公转，工作时，先布置好导向绳的位置，例如：将其布置在养殖池塘的对角线上，然后在导向绳上靠近塘埂的位置安装两个接触式的行程开关，行程开关的位置以装置在运行时不与塘埂和底泥干涉为限，使太阳能动力船在自转的同时能够沿导向绳在两个行程开关之间往复移动。假设搅水浮体半径为r，搅水浮体圆周中心距离第一电机输出轴轴心的距离为L，由于搅水浮体的自转能覆盖一个直径为R（R﹥r）的圆形水面，则搅水浮体的自转加公转，能覆盖一个内径为L，外径为L+R的环形水面，再加上太阳能动力船的往复移动，整个装置就能覆盖一个宽度为（L+R）*2的矩形区域，在考虑池塘尺寸的前提下，合理的选取L、R值，整个装置的移动就能够覆盖整个池塘的绝大部分水面，在搅水浮体行程可控的同时达到更好的增氧效果。

搅水浮体具有两个作用：

一是通过造波运动，将下层水体与表层水体进行交换，利用表层的富氧水体，偿还底部氧债，平衡水体溶氧水平，减低表层水体溶氧度，进一步增加光合作用增氧。

二是通过对表面水层的搅动作用，实现机械扰动增氧，将空气中的氧气带入水体。

本装置的动力完全通过太阳能发电组件提供，可以根据光照强度的大小，在日光强烈的中午驱动装置的运行，搅水翼搅水的造波流作用将光合作用产生的上层富氧水体与底层贫氧水体进行交换，增加整个水体的溶氧水平，同时具有一定的机械增氧效果。

设备的运行以光照度为控制指标，可以根据光照强度自动调节运行时间和速度，充分利用光合作用的增氧，提高池塘水体的整体溶氧水平，提高养殖效果。在光照度满足预定数值的情况下，一方面，太阳能发电组件输出的电流驱动第一电机带动整套装置沿导向绳在两个接触开关之间往返运动；另一方面，太阳能发电组件板输出的电流驱动搅水浮体的自转及公转。

太阳能发电组件通常包括太阳能光伏板、稳压器和光照度控制器。光照强度控制器根据光照情况控制太阳能光伏板的电流输出，使本装置只能在一定的光照度情况下运行，没有阳光的情况下不运行，以确保在光照充分、表层水体含氧量较高的情况下进行水层交换。

实验表明，可将光照度控制器的启闭临界光照度设定为500lux，在光照度达到500lux时，光照度控制器打开，太阳能光伏板输出的电流通过稳压器稳定电压后输出给第二电机；低于500lux时，光照度控制器关闭，太阳能光伏板不输出电流，搅水浮体不工作。

进一步的，浮体分别由两条并列船形注塑浮体组成，船形注塑浮体之间通过安装支架连为一体，第一电机安装在位于太阳能动力船中心位置的安装支架上，有利于保持船体平衡。

再进一步，搅水翼沿搅水浮体周向均匀布置2～3个，搅水翼形状呈竖直的扇形体，扇形面的突出方向朝向沿变速箱输出轴的旋转方向。

再进一步，搅水浮体内圈中水平安装一块连接板，连接板的中心开孔内固定一个法兰盘，变速箱的输出轴嵌套在法兰盘内孔中，拆装都非常方便。

再进一步，为更好的保护各部件，第一电机和绕线轮外部、第二电机和变速箱外部分别包覆防雨棚罩。

再进一步，水浮体包括上壳体、下壳体，上下两者通过螺栓锁定为一体，搅水浮体的环形空腔内填充泡沫塑料。

本发明的有益效果在于：

1）以太阳能为动力，无需外接电源，可以节约电能，同时方便在不通电的地区使用；

2）具有移动式上、下水层交换和上层水增氧立体覆盖式增氧功能，可大大减少水产养殖水体中增氧的安装数量，减少设备配置量；

3）可以沿导向绳运行，具有增氧面积大，覆盖面全的特点，克服固定增氧设备作用范围小、空转率高的缺点；

4）具有光控、自运行特点，可大大提高光合作应对水体影响作用。

附图说明

图1为本装置一种优选结构的正视局剖示意图

图2为图1的俯视示意图

图3为图1的左视图

图1～3中：1为第一电机，2为太阳能动力船，3为绕线轮，4为导向绳，5为连接杆，6为变速箱，7为搅水浮体，8为搅水翼，9为第二电机，10为连接板，11为法兰盘，12为防雨棚罩，13为安装支架，14为太阳能光伏板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

太阳能动力船2由两条并列船形注塑浮体组成，两船形注塑浮体之间通过水平的安装支架13连为一体，由太阳能发电组件供电的第一电机1以水平转动方式配置在位于太阳能动力船2中心位置的安装支架13上，太阳能动力船2可绕第一电机1水平转动。

第一电机1的输出轴竖直向上伸出，伸出端水平固定一个绕线轮3，水平的导向绳4在绕线轮3上缠绕一圈后，两端分别固定在养殖池塘的两侧塘埂上；导向绳4上间隔安装2个接触开关，接触开关与第一电机信号连接，太阳能动力船2可在水面上沿2个接触开关之间的导绳4往返运动。

太阳能动力船2上水平伸出连接杆5，连接杆5伸出端刚性连接在变速箱6上，变速箱6竖直向下的输出轴嵌套在法兰盘11内孔中，法兰盘11安装在搅水浮体7内圈中水平固定的连接板10的中心开孔内。变速箱6的输出轴位于在呈轮胎形的搅水浮体7的圆周中心，搅水浮体7包括上壳体、下壳体，上下两者通过螺栓锁定为一体，搅水浮体7的环形空腔内填充泡沫塑料。

搅水浮体7的外缘周向安装了2个搅水翼8，两个搅水翼8分别位于搅水浮体两侧，搅水翼8形状呈竖直的扇形体，其扇形面的突出方向朝向沿变速箱6输出轴的旋转方向。

变速箱6的输入轴上配置由太阳能发电组件供电的第二电机9，第二电机9和连接杆5的安装位置分别位于变速箱6的相对两侧，并且变速箱6的输入轴轴线和连接杆5轴线重合，从而使得变速箱6输出轴的位置与变速箱6和第二电机9组合件的重心位置偏离。由于这种偏心结构和连接杆5的刚性连接，第二电机9在驱动搅水浮体7绕自身的圆周中心水平旋转的同时，带动搅水浮体7和太阳能动力船2绕第一电机1水平旋转。

第一电机1和绕线轮3外部、第二电机9和变速箱6外部分别包覆防雨棚罩12。

太阳能发电组件包括太阳能光伏板14、稳压器和光照度控制器，太阳能光伏板14数量为两块，对称安装在两条船形注塑浮体上。

太阳能光伏板14的输出端连接稳压器和光照度控制器、遥控控制器后，再通过相互独立的控制电路分别连接第一电机1和第二电机9。

太阳能光伏板14为两块12v，150w的太阳能光伏板，分别安装在两个船形注塑浮体上方的安装支架13上，稳压器、光照度控制器和第一电机1安装在两个船形注塑浮体之间的安装支架13上。

具体操作时，首先，根据水体的实际水面阔度安装导向绳4，将导向绳4两端固定在水体坡埂上，并在导向绳4上安装适当距离的接触开关，接触开关的安装位置以装置在两接触开关之间运行时，不与坡埂和底泥发生干涉为限；接着，分别将太阳能动力船2和搅水浮体7下水；在光照度满足预定数值的情况下，一方面，太阳能光伏板14输出的电流驱动第一电机1带动整套装置沿导向绳4在两个接触开关之间往返运动；另一方面，太阳能光伏板14输出的电流，驱动第二电机9运转，使搅水浮体7在自转的同时，绕第一电机1公转。

Claims (7)

1.一种太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：

一个由太阳能发电组件供电的第一电机（1）以水平转动方式配置在太阳能动力船（2）上，第一电机（1）的输出轴竖直向上伸出，伸出端水平固定一个绕线轮（3），水平的导向绳（4）在绕线轮（3）上缠绕一圈后，两端分别固定在养殖池塘的两侧塘埂上；

太阳能动力船（2）上水平伸出连接杆（5），连接杆（5）伸出端刚性连接在变速箱（6）上，变速箱（6）竖直向下的输出轴连接在呈轮胎形的搅水浮体（7）的圆周中心，搅水浮体（7）的外缘周向均匀安装多个搅水翼（8）；

变速箱（6）的输入轴上配置由太阳能发电组件供电的第二电机（9），

变速箱（6）输出轴的位置与变速箱（6）和第二电机（9）组合件的重心位置偏离。

2.根据权利要求1所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述搅水翼（8）沿搅水浮体（7）周向均匀布置2～3个，搅水翼（8）形状呈竖直的扇形体，扇形面的突出方向朝向沿变速箱（6）输出轴的旋转方向。

3.根据权利要求1所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述搅水浮体（7）内圈中水平安装一块连接板（10），连接板（10）的中心开孔内固定一个法兰盘（11），变速箱（6）的输出轴嵌套在法兰盘（11）内孔中。

4.根据权利要求1所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述第一电机（1）和绕线轮（3）外部、第二电机（9）和变速箱（6）外部分别包覆防雨棚罩（12）。

5.根据权利要求1所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述太阳能动力船（2）由两条并列船形注塑浮体组成，两船形注塑浮体之间通过水平的安装支架（13）连为一体，第一电机（1）安装在位于太阳能动力船（2）中心位置的安装支架（13）上。

6.根据权利要求5所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述太阳能发电组件包括太阳能光伏板（14）、稳压器和光照度控制器，太阳能光伏板（14）数量为两块，对称安装在两条船形注塑浮体上。

7.根据权利要求1所述的太阳能移动式水层交换和增氧装置，其特征在于：所述搅水浮体（7）包括上壳体、下壳体，上下两者通过螺栓锁定为一体，搅水浮体（7）的环形空腔内填充泡沫塑料。