CN107628670A - 一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置及方法，属于水处理技术领域。多棱柱换能器载体的每个外侧表面均安装有一组超声波换能器，多组超声波换能器安装在多棱柱换能器载体的多个外侧表面上形成超声波换能器多棱柱阵列，超声波换能器多棱柱阵列与旋转轴下端连接，旋转轴上端与电机输出轴连接，电机固定于支撑空心轴上端，支撑空心轴下端同轴套入套筒内，支撑空心轴与套筒之间通过高度调节装置连接，套筒固定在支架上端面，支架由浮台承托；多个超声波发生器固定在支架上端面，每个超声波发生器与对应的一组超声波换能器连接。方法是超声波换能器通过高度调节装置下探于水下并可调节深度，进行周期性扫描辐射。本发明适用于明渠取水口抑藻除藻。

Description

一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置及方法

技术领域

本发明涉及一种抑藻除藻超声波装置及方法，属于水处理技术领域。

背景技术

随着我国明渠输水范围的扩展，其缓流区的水华风险突显，持续增殖的藻类将对输水管路和供水水质造成严重的威胁，抑制并消除输水明渠缓流区水藻增殖的风险，是我国的明渠供水工程与水质安全亟待解决的问题。

现有的超声波除藻抑藻装置及方法，均采用单频带或宽频带超声波发生器。单频带超声波对藻类不同阶段的除藻效果有限；而采用宽频带超声除藻时，由于超声换能器的幅频特性不能保证在非谐振频率点的超声输出，无法实现从低频到高频的稳定高效超声波的工作，导致了现有的超声波除藻方法难以应用。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置及方法。本发明解决了南水北调中线水体除藻抑藻的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，包括多个超声波发生器，所述的用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置还包括多组超声波换能器、多棱柱换能器载体、旋转轴、高度调节装置、支撑空心轴、电机、支架、套筒及浮台；

所述的多棱柱换能器载体的每个外侧表面均安装有一组超声波换能器，每组超声波换能器均包括多个超声波换能器，多组超声波换能器安装在多棱柱换能器载体的多个外侧表面上形成超声波换能器多棱柱阵列，所述的超声波换能器多棱柱阵列与旋转轴下端连接，所述的旋转轴上端与电机输出轴连接，所述的电机固定于支撑空心轴上端，所述的支撑空心轴下端同轴套入套筒内，支撑空心轴与套筒之间通过高度调节装置连接，所述的套筒固定在支架上端面，所述的支架由浮台承托；所述的多个超声波发生器固定在支架上端面，每个超声波发生器与对应的一组超声波换能器连接，每个超声波发生器与对应的一组超声波换能器相连接处采用防水材料保护。

本发明的一种抑藻除藻超声波方法，所述的方法具体实施步骤如下：

在藻类集中生长区域水体搭建可移动的浮台，将超声波换能器多棱柱阵列放到水面以下，开启超声波发生器，同时超声波换能器多棱柱阵列沿多棱柱换能器载体轴线旋转摆动，使不同谐振频率的超声波向外辐射进行除藻，为达到不同水体深度的除藻要求，超声波换能器多棱柱阵列可沿多棱柱换能器载体轴线方向在不同水深位置工作。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明利用浮台做为载体采用超声波除藻，超声波换能器多棱柱阵列采用多谐振频率、扫描的方法对水体进行除藻和抑藻，超声波换能器多棱柱阵列可沿轴向进行旋转摆动扫描，可沿轴向方向深入水体对不同水深进行处理，对于近超声波换能器位置水体内的藻类，在超声空化作用下除藻，对于远处水体内的藻类，利用声波共振作用进行除藻。可根据水体面积进行多固定浮台超声波换能器多棱柱阵列布置，同时扫描除藻抑藻；也可以单浮台超声波换能器多棱柱阵列进行浮台运动扫描式除藻抑藻。本发明适用于明渠取水口抑藻除藻。

附图说明

图1是本发明的一种抑藻除藻的多频率扫描式超声波装置的主视图；

图2是齿轮齿条高度调节装置与支撑空心轴及套筒装配的主视图。

图中零部件名称及标号如下：

超声波发生器1、超声波换能器2、多棱柱换能器载体3、电机4、旋转轴5、高度调节装置6、齿条6-1、齿轮6-2、支撑空心轴7、套筒8、支架9、浮台10。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

具体实施方式一：如图1、图2所示，一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，包括多个超声波发生器1，所述的用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置还包括多组超声波换能器、多棱柱换能器载体3、旋转轴5、高度调节装置6、支撑空心轴7、电机4、支架9、套筒8及浮台10；

所述的多棱柱换能器载体3的每个外侧表面均安装有一组超声波换能器（超声波向外辐射），每组超声波换能器均包括多个超声波换能器2，多组超声波换能器安装在多棱柱换能器载体3的多个外侧表面上形成超声波换能器多棱柱阵列，所述的超声波换能器多棱柱阵列与旋转轴5下端连接，所述的旋转轴5上端与电机4输出轴连接，所述的电机4固定于支撑空心轴7上端（电机4与支撑空心轴7通过法兰连接），所述的支撑空心轴7下端同轴套入套筒8内，支撑空心轴7与套筒8之间通过高度调节装置6（支撑空心轴7由高度调节装置6确定高度位置）连接，所述的套筒8固定在支架9上端面，所述的支架9由浮台10承托（浮于水面上）；所述的多个超声波发生器1固定在支架9上端面，每个超声波发生器1与对应的一组超声波换能器连接（每组超声波换能器中的多个超声波换能器2先并联后再与对应的超声波发生器1相连接），每个超声波发生器1与对应的一组超声波换能器相连接处采用防水材料保护。

本实施方式中，电机4带动旋转轴5及超声波换能器多棱柱阵列实现旋转或摆动，实现不同频率的超声波向不同周向的扫描。

本实施方式中，支撑空心轴7套入套筒8内，通过高度调节装置6实现支撑空心轴7在套筒8内上下运动， 实现超声波换能器多棱柱阵列在水面不同深度的定位，配合超声波换能器多棱柱阵列的往复旋转扫描实现除藻抑藻。

本实施方式中的浮台10采用高分子高密度材料制成，可防腐、防冻、抗氧化；无污染、可回收。

本实施方式中的电机4为步进电机，可实现正反转、转速控制、定位等调整控制。

具体实施方式二：如图1、图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的高度调节装置6为齿轮齿条高度调节装置，所述的套筒8侧壁中部设置有长孔，所述的长孔沿套筒8高度方向设置，所述的齿轮齿条高度调节装置中的齿条6-1竖直设置并固定在支撑空心轴7外侧壁上，齿轮齿条高度调节装置中的齿轮6-2转动安装在套筒8的长孔内，齿轮齿条高度调节装置中的齿条6-1和齿轮6-2啮合。

本实施方式中的电机4与支撑空心轴7通过法兰连接，支撑空心轴7套入在套筒8内，通过齿轮齿条高度调节装置实现支撑空心轴7在套筒8内上下运动，从而实现超声波换能器多棱柱阵列在水面不同深度位置的除藻抑藻。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述的超声波换能器2的发射功率为0.05~0.15kW，谐振频率为15~150kHz。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明，所述的浮台10由多个浮块相互连接组合而成（在藻类形成的时间间隔内组装成浮台10）。

本实施方式中，多个浮块之间采用连接头连接。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一或三作出的进一步说明，所述的多棱柱换能器载体3的每个外侧表面均沿竖直方向安装有多个超声波换能器2（增加超声作用的面积，并形成向外辐射的超声波换能器阵列）。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，安装在多棱柱换能器载体3的每个外侧表面上的多个超声波换能器2谐振频率相同，安装在多棱柱换能器载体3的不同外侧表面上的多个超声波换能器2谐振频率不同，频率在15~150kHz进行选定，它可向不同方向同时辐照，针对不同生长阶段藻类的特性，保证每个方向辐射的超声特征频率不同。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的多棱柱换能器载体3的每相邻两个外侧表面（辐射面）之间采用柔性铰链连接（以防止不同工作频率的超声波工作时互相干扰）。

具体实施方式八：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的超声波换能器多棱柱阵列可沿多棱柱换能器载体3轴线方向旋转摆动。

具体实施方式九：如图1所示，一种利用具体实施方式一~八任一具体实施方式所述的装置实现抑藻除藻的方法，所述的方法具体实施步骤如下：

在藻类集中生长区域水体搭建可移动的浮台10，将超声波换能器多棱柱阵列放到水面以下，开启超声波发生器1，同时超声波换能器多棱柱阵列沿多棱柱换能器载体3轴线旋转摆动，使不同谐振频率的超声波向外辐射进行除藻，为达到不同水体深度的除藻要求，超声波换能器多棱柱阵列可沿多棱柱换能器载体3轴线方向在不同水深位置工作（浮台10针对水体的面积可作扫描运动，保证不同位置不同深度的水体除藻的需求）。

进一步优选，所述的多棱柱换能器载体3长度1m，多棱柱采用6棱柱，超声波换能器在棱柱每个侧表面等距布置10个，多棱柱每个侧表面的超声波换能器组采用相同的谐振频率，多棱柱每个侧表面的一组超声波换能器使用一台超声波发生器1驱动，功率为1200W，6棱柱超声波换能器阵列总功率为7200W。

实施例1：对于小范围水体，采用一个浮台10及一个多棱柱换能器载体3，多组超声波换能器安装在多棱柱换能器载体3的多个外侧表面上形成超声波换能器多棱柱阵列，将浮台10置于水面，开启超声波发生器1，开启电机4（为旋转电机），电机4带动旋转轴5及超声波换能器多棱柱阵列旋转或往复摆动，实现不同频率的超声波在水体内的往复旋转扫描；一定水深扫描结束后，将超声波换能器多棱柱阵列下降至另一水深高度，继续扫描，依此将所有水深均进行扫描除藻。

实施例2：对于较大范围水体，采用多个浮台10及多个多棱柱换能器载体3，每个多棱柱换能器载体3的多个外侧表面上安装有多组超声波换能器形成超声波换能器多棱柱阵列，按照水体面积布置多个超声波换能器多棱柱阵列，电机4、旋转轴5、超声波发生器1及浮台10的数量与超声波换能器多棱柱阵列数量相同，多个浮台10位置固定，开启超声波发生器1，开启电机4（为旋转电机），带动旋转轴5及超声波换能器多棱柱阵列旋转或往复摆动，实现不同频率的超声波在水体内的往复旋转扫描；一定水深扫描结束后，将超声波换能器多棱柱阵列下降至另一水深高度，继续扫描，依此将所有水深均进行扫描除藻。

实施例3：对于更大范围水体，采用单浮台10及超声波换能器多棱柱阵列，开启超声波发生器1，开启电机4（为旋转电机），带动旋转轴5及超声波换能器多棱柱阵列旋转或往复摆动，实现不同频率的超声波在水体内的往复旋转扫描；一定水深扫描结束后，将超声波换能器多棱柱阵列下降至另一水深高度，继续扫描，依此将所有水深均进行扫描除藻；将浮台10移至下一区域，进行扫描除藻。也可采用多浮台10及多个超声波换能器多棱柱阵列，分区域进行除藻。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，包括多个超声波发生器（1），其特征在于：所述的用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置还包括多组超声波换能器、多棱柱换能器载体（3）、旋转轴（5）、高度调节装置（6）、支撑空心轴（7）、电机（4）、支架（9）、套筒（8）及浮台（10）；

所述的多棱柱换能器载体（3）的每个外侧表面均安装有一组超声波换能器，每组超声波换能器均包括多个超声波换能器（2），多组超声波换能器安装在多棱柱换能器载体（3）的多个外侧表面上形成超声波换能器多棱柱阵列，所述的超声波换能器多棱柱阵列与旋转轴（5）下端连接，所述的旋转轴（5）上端与电机（4）输出轴连接，所述的电机（4）固定于支撑空心轴（7）上端，所述的支撑空心轴（7）下端同轴套入套筒（8）内，支撑空心轴（7）与套筒（8）之间通过高度调节装置（6）连接，所述的套筒（8）固定在支架（9）上端面，所述的支架（9）由浮台（10）承托；所述的多个超声波发生器（1）固定在支架（9）上端面，每个超声波发生器（1）与对应的一组超声波换能器连接，每个超声波发生器（1）与对应的一组超声波换能器相连接处采用防水材料保护。

2.根据权利要求1所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：所述的高度调节装置（6）为齿轮齿条高度调节装置，所述的套筒（8）侧壁中部设置有长孔，所述的长孔沿套筒（8）高度方向设置，所述的齿轮齿条高度调节装置中的齿条（6-1）竖直设置并固定在支撑空心轴（7）外侧壁上，齿轮齿条高度调节装置中的齿轮（6-2）转动安装在套筒（8）的长孔内，齿轮齿条高度调节装置中的齿条（6-1）和齿轮（6-2）啮合。

3.根据权利要求1所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：每个所述的超声波换能器（2）的发射功率为0.05~0.15kW，谐振频率为15~150kHz。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：所述的浮台（10）由多个浮块相互连接组合而成。

5.根据权利要求1或3所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：所述的多棱柱换能器载体（3）的每个外侧表面均沿竖直方向安装有多个超声波换能器（2）。

6.根据权利要求5所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：安装在多棱柱换能器载体（3）的每个外侧表面上的多个超声波换能器（2）谐振频率相同，安装在多棱柱换能器载体（3）的不同外侧表面上的多个超声波换能器（2）谐振频率不同。

7.根据权利要求1所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：所述的多棱柱换能器载体（3）的每相邻两个外侧表面之间采用柔性铰链连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于输水明渠缓流区的抑藻除藻超声波装置，其特征在于：所述的超声波换能器多棱柱阵列可沿多棱柱换能器载体（3）轴线方向旋转摆动。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述的装置实现抑藻除藻的方法，其特征在于：所述的方法具体实施步骤如下：

在藻类集中生长区域水体搭建可移动的浮台（10），将超声波换能器多棱柱阵列放到水面以下，开启超声波发生器（1），同时超声波换能器多棱柱阵列沿多棱柱换能器载体（3）轴线旋转摆动，使不同谐振频率的超声波向外辐射进行除藻，为达到不同水体深度的除藻要求，超声波换能器多棱柱阵列可沿多棱柱换能器载体（3）轴线方向在不同水深位置工作。