CN107827252B - 一种漂浮式光伏曝气机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种漂浮式光伏曝气机，包括倒伞型曝气机、光伏板、调节机构、控制器系统和浮板，所述倒伞型曝气机安装在浮板上的安装孔内，所述光伏板通过调节机构安装在浮板，所述倒伞型曝气机的驱动部分通过电缆与光伏板连接；所述光伏板上安装定位器用于接受卫星定位信号；所述调节机构上安装位移传感器；所述控制器安装在浮板上，所述定位器、位移传感器和调节机构分别与控制器系统连接，所述控制器系统通过最大功率点跟踪算法将定位器输入的位置信号转换为控制信号，所述控制信号用于控制调节机构。本发明可以实现无污染、不需要燃料、运行安全可靠、管理简单、使用维护方便等特点；还可以实现显著提高水中充氧量和提高充氧效率。

Description

一种漂浮式光伏曝气机

技术领域

本发明涉及环境污染领域或者水污染治理领域，特别涉及一种漂浮式光伏曝气机。

背景技术

随着全球工业化的进程，人类对能源需求在不断增长。回顾100年间能源工业的发展历史，可以清楚地看到，整个能源工业的消耗主要以化石能源为主。人类正在消耗地球50万年历史中积累的有限能源资源。

煤和石油作为能源的载体，极大地解放了生产力，推动了全世界工业化的进程，但同时向人类敲响了常规能源已面临枯竭的警钟。以化石能源为主体的能源结构，对人类环境的破坏显而易见。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人们渴望用可再生能源来代替常规能源，实现可持续发展。随着国际能源需求的日益增加，环境的日益恶化，太阳能成了人类普遍关注的新能源。人类对太阳能的应用开发具有重大的战略意义。研究和实践表明，太阳能作为资源最丰富的可再生能源，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际公认的理想替代能源。在长期能源战略中，太阳能光伏发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。它在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有其独特的优势和重要地位。

我国城市水环境面临着、水资源缺乏、水体污染等诸多问题，由于过去人类对水资源认识和利用上的误区，许多地区进入河湖的污染物超过其环境容量和自净能力，仅依靠天然的大气复氧很难有效改善水质，必须依靠曝气充氧技术进行人工强化复氧。城市河湖水位在枯水期和丰水期时变化较大，如采用固定式曝气系统其叶轮浸没深度会随着水位变化而变化，难以发挥最优功效。此外，城市河湖大都细长或者面积较大，如采用传统的供电方式会增加安装调试难度且影响河湖整体美观，蓄能能力有影响，不利于长时间工作；此外，传统的曝气机对水环境有污染。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种漂浮式光伏曝气机，实现无污染、不需要燃料、运行安全可靠、管理简单、使用维护方便等特点；还可以实现显著提高水中充氧量和提高充氧效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种漂浮式光伏曝气机，包括倒伞型曝气机、光伏板、调节机构、控制器系统和浮板，所述倒伞型曝气机安装在浮板上的安装孔内，所述光伏板通过调节机构安装在浮板，所述倒伞型曝气机的驱动部分通过电缆与光伏板连接；所述光伏板上安装定位器用于接受卫星定位信号；所述调节机构上安装位移传感器；所述控制器安装在浮板上，所述定位器、位移传感器和调节机构分别与控制器系统连接，所述控制器系统通过最大功率点跟踪算法将定位器输入的位置信号转换为控制信号，所述控制信号用于控制调节机构。

进一步，所述调节机构包括支撑架和升降杆；所述支撑架一端固定在浮板上，所述支撑架另一端与所述光伏板铰接；所述液压升降杆一端固定在浮板上，所述升降杆另一端与所述光伏板铰接；所述位移传感器安装在升降杆上，用于测量升降杆到所述光伏板铰接点的垂直距离；所述升降杆与动力单元连接，所述动力单元与控制器系统连接。

进一步，所述升降杆为液压升降杆。

进一步，所述倒伞型曝气机的叶片最大直径设为D；所述叶片位于水面下方，所述倒伞型曝气机的安装面距水面的距离为H，且H≥0.5D。

进一步，所述浮板上的安装孔直径为h，且h＝2.5D-3D。

进一步，所述倒伞型曝气机的叶片为推进式叶片结构。

进一步，所述叶片数量为6-8片。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的漂浮式光伏曝气机，通过光伏板提供电能，将光能转换为电能，这样系统对环境没有任何污染，此外，通过最大功率点跟踪算法将定位器输入的位置信号转换为控制信号，这样可以通过调整调节机构，使光伏板跟踪太阳光。

2.本发明所述的漂浮式光伏曝气机，通过保证所述倒伞型曝气机的安装面距水面的距离H≥0.5D，这样既不会使倒伞型曝气机因浸没深度过低导致无法形成水跃裹挟空气，也有效的避免了壳体阻碍水跃影响水体与空气的接触面积。

3.本发明所述的漂浮式光伏曝气机，通过使所述浮板上的安装孔直径h＝2.5D-3D，这样既不影响水跃落入液面造成的氧传质过程，也避免整体曝气系统体积过大造成资源浪费。

4.本发明所述的漂浮式光伏曝气机，通过倒伞型曝气机的叶片为推进式叶片结构，增加了水体甩出抛物线的轨迹，增大水体与空气的接触面积和接触时间，提高充氧能力，使倒伞型曝气机还具有一定的推流作用，在河湖水体内形成一个曝气循环，使水体实现充分曝气。

附图说明

图1为本发明所述的漂浮式光伏曝气机的结构图。

图2为本发明所述的漂浮式光伏曝气机的轴向视图。

图中：

1-倒伞型曝气机；2-定位器；3-位移传感器；4-电缆；5-控制器；6-光伏板；7-叶片；8-支撑架；9-升降杆；10-浮板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

结合图1和图2所示，本发明所述的漂浮式光伏曝气机，包括倒伞型曝气机1、光伏板6、调节机构、控制器系统5和浮板10，所述倒伞型曝气机1安装在浮板10上的安装孔内，所述光伏板6通过调节机构安装在浮板10，所述倒伞型曝气机1的驱动部分通过电缆4与光伏板6连接；所述光伏板6上安装定位器2用于接受卫星定位信号；所述调节机构上安装位移传感器3；所述控制器5安装在浮板10上，所述定位器2、位移传感器3和调节机构分别与控制器系统5连接，所述控制器系统5通过最大功率点跟踪算法将定位器2输入的位置信号转换为控制信号，所述控制信号用于控制调节机构。所述调节机构包括支撑架8和升降杆9；所述支撑架8一端固定在浮板10上，所述支撑架8另一端与所述光伏板6铰接；所述液压升降杆9一端固定在浮板10上，所述升降杆9另一端与所述光伏板6铰接；所述位移传感器3安装在升降杆9上，用于测量升降杆9到所述光伏板6铰接点的垂直距离；所述升降杆9与动力单元连接，所述动力单元与控制器系统5连接。所述升降杆9可以为液压升降杆或者伺服驱动的丝杆升降机。

如图1所示，所述光伏板6由支撑架8和升降杆9提供支撑，支撑架8长度固定为d2，升降杆9基本长度为d2。支撑架8和升降杆9水平距离为d1，随着升降杆高度的增加，光伏板发生倾斜，倾斜角度为θ，tanθ＝d/d1。d为升降的高度，通过传感器3测量得到；定位器2为GPS定位，根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。定位器2将工作区的位置信号传递给控制器5，控制器5内部通过最大功率点跟踪算法将定位器2输入的位置信号转换为控制信号，所述控制信号用于控制调节机构。控制器5根据太阳高度角变化区间信息实现光伏板角度自动调节，在上午8点至下午16点光照强度较强的时间段以小时为单位在整点进行光伏板倾角调整，使光伏板处于较优倾角，提高光电效应效率。

所述倒伞型曝气机1的叶片7最大直径设为D；所述叶片7位于水面下方，所述倒伞型曝气机1的安装面距水面的距离为H，且H≥0.5D。这样既不会使倒伞型曝气机因浸没深度过低导致无法形成水跃裹挟空气，也有效的避免了壳体阻碍水跃影响水体与空气的接触面积。

所述浮板10上的安装孔直径为h，且h＝2.5D-3D。这样既不影响水跃落入液面造成的氧传质过程，也避免整体曝气系统体积过大造成资源浪费。所述倒伞型曝气机1的叶片7为推进式叶片7结构，所述叶片7数量为6-8片。可以增加了水体甩出抛物线的轨迹，增大水体与空气的接触面积和接触时间，提高充氧能力，使倒伞型曝气机还具有一定的推流作用，在河湖水体内形成一个曝气循环，使水体实现充分曝气。表1为实施例的实验数据：

转速/rpm	直径/mm	水跃高度/mm	推流直径/mm	标准氧总转移系数/min<sup>-1</sup>
					150	150	58	380	0.053509146
180	150	59	385	0.069878547
					210	150	59	382	0.090253788
240	150	59	390	0.107794513
					270	150	61	391	0.149159082
300	150	62	388	0.165302633

表1

表中的直径叶片7直径D，水跃高度为搅拌造成的水跃起的高度，推流直径为搅拌影响的范围直径。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种漂浮式光伏曝气机，其特征在于，包括倒伞型曝气机(1)、光伏板(6)、调节机构、控制器系统(5)和浮板(10)，所述倒伞型曝气机(1)安装在浮板(10)上的安装孔内，所述光伏板(6)通过调节机构安装在浮板(10)，所述倒伞型曝气机(1)的驱动部分通过电缆(4)与光伏板(6)连接；所述光伏板(6)上安装定位器(2)用于接受卫星定位信号；所述调节机构上安装位移传感器(3)；所述控制器系统(5)安装在浮板(10)上，所述定位器(2)、位移传感器(3)和调节机构分别与控制器系统(5)连接，所述控制器系统(5)通过最大功率点跟踪算法将定位器(2)输入的位置信号转换为控制信号，所述控制信号用于控制调节机构；所述调节机构包括支撑架(8)和升降杆(9)；所述支撑架(8)一端固定在浮板(10)上，所述支撑架(8)另一端与所述光伏板(6)铰接；所述升降杆(9)一端固定在浮板(10)上，所述升降杆(9)另一端与所述光伏板(6)铰接；所述位移传感器(3)安装在升降杆(9)上，用于测量升降杆(9)到所述光伏板(6)铰接点的垂直距离；所述升降杆(9)与动力单元连接，所述动力单元与控制器系统(5)连接；所述倒伞型曝气机(1)的叶片(7)最大直径设为D；所述叶片(7)位于水面下方，所述倒伞型曝气机(1)的安装面距水面的距离为H，且H≥0.5D。

2.根据权利要求1所述的漂浮式光伏曝气机，其特征在于，所述升降杆(9)为液压升降杆。

3.根据权利要求1所述的漂浮式光伏曝气机，其特征在于，所述浮板(10)上的安装孔直径为h，且h＝2.5D-3D。

4.根据权利要求1所述的漂浮式光伏曝气机，其特征在于，所述倒伞型曝气机(1)的叶片(7)为推进式叶片(7)结构。

5.根据权利要求4所述的漂浮式光伏曝气机，其特征在于，所述叶片(7)数量为6-8片。