CN109959585B - 一种入河口悬浮物分级计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种入河口悬浮物分级计量装置，属于水环境研究领域。该装置中，进水口和出水口沿水流方向均由大到小逐渐收缩，可有效防止水流逆流。装置本体内等间距设有多个不同孔径的滤网，用于分离不同粒径的悬浮物，不同粒径的悬浮物通过装置本体底部的多个屉式箱分别收集。在进水口处还设有缓冲摆，该缓冲摆由电机驱转，能够在一定程度上杜绝不同入河口水流动力差异所带来的影响，增强计量装置的适用性。此外，装置本体内还设有多个搅拌器，使计量装置工作期间，悬浮物不会迅速沉降，保证了悬浮物的充分分级。本发明原理简单，使用方便，具有重要环保意义。

Description

一种入河口悬浮物分级计量装置

技术领域

本发明涉及水环境研究领域，具体涉及一种入河口悬浮物分级计量装置。

背景技术

我国的江河湖泊内的水源由各路支流汇流而成，在汇流的入河口处，由于水流的冲击力形成的沉积物再悬浮会带动底泥内的重金属或微塑料随水流进入江河湖泊内，造成了大型河湖的污染加重的情况。

由于支流较多，各路支流悬浮物所含物质或种类以及粒径皆有不同。鉴于此，一般利用统计学中收集计数的方法，对入河口处悬浮物进行一定程度的分级。

现有的关于悬浮物分级装置的专利不多，且多用于小型采样，还未有针对入河口处计量的装置。中国专利CN202928846U，2013年05月08日，公开了一种自然水体悬浮物分级采集装置，该装置虽然也属于分级装置，但主要目的不在于计数，且进水由抽水泵抽滤达成，在一定程度上已经改变了“自然进水”这个细节，悬浮物或多或少也会产生影响。

中国专利CN105158023A，2015年12月16日，公开了一种自控式分级过滤水体悬浮物采集装置，该装置同样也采用了抽水泵，在一定程度上机械化监测的确能够更便捷，但是悬浮物中所含的物质会产生沉降，且抽滤过程中会产生吸附碎裂等现象，同样违背了自然监测的理念。

发明内容

本发明提出一种采用自然进水方式，并可对不同入河口悬浮物进行分级收集的计量装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案为：

一种入河口悬浮物分级计量装置，包括：依次相连的进水口、装置本体和出水口，所述进水口和所述出水口沿水流方向均为由大到小逐渐收缩的结构；

所述装置本体内设置多个滤网，所述多个滤网的孔径沿水流方向依次减小；所述装置本体被所述多个滤网分隔为若干分级段，每一分级段下方均设有用于收集悬浮物的屉式箱。

优选地，所述若干分级段等长。

优选地，所述装置本体中每一滤网后均设有搅拌器支架，所述滤网紧贴着对应的搅拌器支架；

所述搅拌器支架中心为环形板，所述环形板外缘沿周向一体伸出若干辐条，所述若干辐条与所述装置本体相连，水流从相邻辐条间的间隙穿过；

所述每一分级段内均设有电动搅拌器，各电动搅拌器通过螺栓固定在对应搅拌器支架的环形板上；所述各电动搅拌器由外接电源供电。

优选地，所述进水口为半球形罩，所述半球形罩中心开有通水孔；所述通水孔处设有缓冲摆，所述缓冲摆包括：摆杆、滚珠、电机和微处理器；所述电机和所述微处理器分别固定设置在所述半球形罩外侧面上；

所述摆杆为水平设置的条形板，并位于所述半球形罩内侧、所述通水孔的正下方；所述摆杆中间位置沿其宽度方向开有贯通孔，所述电机的转轴穿过所述半球形罩并嵌入所述贯通孔中，所述电机的转轴与所述摆杆紧配合；

所述摆杆的左、右两端处分别设有左挡板和右挡板，左、右挡板分别固定连接在所述半球形罩上，左、右挡板的自由端通过一块后挡板相连；三块挡板呈环抱状，并与所述半球形罩共同作用，防止所述滚珠从所述摆杆上滚落；

所述滚珠在所述摆杆上端面上滚动，所述滚珠的直径大于所述通水孔直径；

所述电机和所述微处理器由所述外接电源供电，所述微处理器控制所述电机的转轴作30°以内的往复转动，所述电机驱使所述摆杆转动。

优选地，所述摆杆上端面的两端分别开设第一凹槽和第二凹槽，所述滚珠在所述第一凹槽和所述第二凹槽间滚动。

优选地，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为弧形凹槽，所述弧形凹槽的半径等于所述滚珠的半径，所述弧形凹槽的深度等于所述滚珠半径的1/2。

优选地，所述摆杆左、右两端正下方设定高度还分别设有限制所述摆杆转动角度的第一下挡板和第二下挡板；

所述第一下挡板和所述第二下挡板分别固定连接在所述半球形罩上。

优选地，所述滚珠的直径为所述通水孔直径的1.5倍。

本发明的有益效果在于：

本发明的入河口悬浮物分级收集计量装置原理简单，使用方便，其通过自然进水方式，并根据悬浮物的粒径大小进行分级收集，收集结果更为准确。此外，研究人员根据收集结果，可进一步分析出各支流进入主河湖所带来的悬浮物影响程度，因而有重要的环保意义。

附图说明

图1是本发明的剖面主视图；

图2是本发明中，缓冲摆的结构示意图；

图3为本发明中，搅拌器支架的结构示意图；

附图标记：1-装置本体，2-电动搅拌器，3-搅拌器支架，4-滤网，5-屉式箱，6-缓冲摆，61-摆杆，611-第一凹槽，612-第二凹槽，62-滚珠，7-电机，8-微处理器，9-导线，10-外接电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示的悬浮物分级计量装置，包括：自右向左依次相连的进水口、装置本体1和出水口。进水口和出水口沿水流方向均为由大到小逐渐收缩的结构，从而可有效防止水流逆流。具体地，装置本体1为两端贯通的方形管，进水口为中心开有通水孔的半球形罩，出水口为与装置本体1一体连接的喇叭口，喇叭口由4块梯形板拼合而成。方形管与半球形罩的连接处开有与球面匹配的弧口，方形管与半球形罩沿周向相连接。

方形管内等间距设置3个滤网4，滤网4的大小与方形管的截面形状相同，滤网4垂直固定在方形管的内壁面上。3个滤网4的孔径沿水流方向依次减小，最小孔径的滤网4位于方形管左端端部。方形管内被3个滤网4分隔为3个长度相等的分级段，每一分级段下方均设有用于收集悬浮物的屉式箱5。3个屉式箱5均坐在方形管底部，方形管侧面与3个屉式箱5对应的位置开有长孔，屉式箱5可从方形管侧面抽出。屉式箱5上部开口，被滤网4挡住的悬浮物从上部进入屉式箱5。水流动的自然动力使悬浮物随水流依次穿过每个分级段，并在设有对应孔径滤网4的分级段内留下相应粒径的悬浮物。每个分级段下方的屉式箱5收集完悬浮物后，通过烘干，即可计量对应粒径的悬浮物颗粒。

在计量装置工作时，为了使悬浮物不会迅速沉降，保证悬浮物的充分分级。上述计量装置可以通过在每一分级段内设置电动搅拌器2进行优化。具体地，方形管中每一滤网4后均设有搅拌器支架3，搅拌器支架3紧贴着对应的滤网4设置。

搅拌器支架3的结构如图3所示，其中心为环形板，环形板上均匀开有4个通孔。环形板外缘沿周向一体伸出4根辐条，相邻2辐条呈90°角。4根辐条与方形管内壁面相连，水流从相邻辐条间的间隙穿过。各电动搅拌器2通过螺栓固定在对应搅拌器支架3的环形板上，各电动搅拌器2通过导线9与外接电源10相连。电动搅拌器2配合水流动力，使计量装置工作期间，悬浮物不至于快速沉降。为了防止搅拌器转动破坏悬浮物或颗粒物，选用不带大型叶片的搅动装置，本实施例中，选用欧蒙OMJJ-1型电动搅动器。

作为对以上方案的进一步优化，如图1和图2所示，半球形罩的通水孔处还设有一缓冲摆6，缓冲摆6包括：摆杆61、滚珠62、电机7和微处理器8。其中，电机7和微处理器8分别固定设置在所述半球形罩外侧壁面上。电机7为防水电机，微处理器8采用防水措施，具体为通过防水膜进行包裹，当然，其他可有效防水的措施亦可。电机7和微处理器8分别通过导线9与外接电源10连接。

摆杆61为水平设置的条形板，并位于半球形罩内侧、通水孔的正下方。摆杆61中间位置沿其宽度方向开有贯通孔，电机7的转轴穿过半球形罩并嵌入贯通孔中，电机7的转轴与摆杆61紧配合。摆杆61上端面两端分别开设第一凹槽611和第二凹槽612，第一凹槽611和第二凹槽612均为弧形凹槽，弧形凹槽的半径与滚珠62的半径相等，弧形凹槽的深度为滚珠62半径的1/2。滚珠62在摆杆61上端面的第一凹槽611和第二凹槽612间滚动，滚珠62的直径大于通水孔直径，防止滚珠62从通水孔滑出及在通水口处卡顿，影响进水。具体地，滚珠62的直径为所述通水孔直径的1.5倍。

摆杆61的左、右两端处分别设有左挡板和右挡板，左、右挡板分别固定连接在半球形罩上，左、右挡板的自由端通过一块后挡板相连。左挡板与摆杆61的左端留有间隙，右挡板与摆杆61的右端留有间隙。三块挡板呈环抱状，并与半球形罩共同作用，防止滚珠62从摆杆61上滚落。

微处理器8控制电机7作30°以内的往复转动，电机7驱使摆杆61转动，本实施例中，电机7的转轴旋转的转动角控制为-30°至﹢30°。摆杆61左、右两端正下方还分别设有限制摆杆61转动角度的第一下挡板和第二下挡板，第一下挡板和第二下挡板分别固定连接在半球形罩上。第一下挡板和第二下挡板距离电机7转动轴的高度均为摆杆61长度的1/4，即当摆杆61左端碰到第一下挡板或摆杆61右端碰到第二下挡板时，摆杆61转角恰好为30°。

需要指出的是，微处理器8控制电机7的转轴作设定角度的往复运动为现有技术，可在微处理器8中录入指令程序实现。

本发明的工作原理在于：

悬浮物随着水流经通水孔进入装置本体1内。由于初始状态下，装置1内不含水，水流先落在摆杆61上，水流冲击摆杆61时，其动能得到缓冲。在装置1内充满水后，由于电机7驱动摆杆61往复转动，摆杆61能够扰动进入的水流，这在一定程度上可杜绝不同入河口水流动力差异所带来的影响，增强装置的适用性，提高计量精度。滚珠62在第一凹槽611和第二凹槽612间滚动，能够清理摆杆61上滞留的悬浮颗粒。

然后，水流依次进入各分级段，各分级段内的电动搅拌器2扰动进入的水流，使悬浮物不沉降。设有对应孔径滤网4的分级段内留下相应粒径的悬浮物，每个分级段下方的屉式箱5收集悬浮物。在规定的计数时间结束后，取出屉式箱5得到对应粒径的悬浮物颗粒，烘干屉式箱5即可计量对应粒径的悬浮物颗粒。然后，再进行后续研究步骤，如需要某粒径的微塑料可以在对应的分级段中提取。

本发明的装置在具体使用时，装置本体1通过一根绳索栓接，绳索的另一端连接可浮在水面的物体上，如泡沫或气浮垫。装置本体1底部正下方还通过另外一根绳索挂载配重块，如铁块，砖头等。具体操作时，先将配重块放入水中，并拉着挂载配重块的绳索使配重块慢慢沉入水中，接着，将计量装置放入水中，并通过同样的方法使计量装置慢慢沉入水中。浮在水面上的物体的浮力远大于计量装置和配重块的重力之和，从而，计量装置可以始终保持水平状态悬在水中工作，悬吊深度可由连接水面漂浮物的绳索进行控制。本实施例中，外接电源10设置在河岸上，为3个搅拌器支架3、一个电机7和一个微处理器8供电，计量装置的离岸距离受到导线9长度的限制。当然，可以想见，外接电源10也可通过浮动物(如小船)设在水面上，这样就可以距离岸边更远的地方进行样本采集，在此不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种入河口悬浮物分级计量装置，包括：依次相连的进水口、装置本体(1)和出水口，其特征在于，所述进水口和所述出水口沿水流方向均由大到小逐渐收缩；

装置本体(1)为两端贯通的方形管，装置本体(1)内设置多个滤网(4)，所述多个滤网(4)的孔径沿水流方向依次减小；装置本体(1)被所述多个滤网(4)分隔为若干分级段，每一分级段下方均设有用于收集悬浮物的屉式箱(5)；

所述进水口为半球形罩，所述半球形罩中心开有通水孔；所述通水孔处设有缓冲摆(6)，缓冲摆(6)包括：摆杆(61)、滚珠(62)、电机(7)和微处理器(8)；电机(7)和微处理器(8)分别固定设置在所述半球形罩外侧面上；

摆杆(61)为水平设置的条形板，并位于所述半球形罩内侧、所述通水孔的正下方；摆杆(61)中间位置沿其宽度方向开有贯通孔，电机(7)的转轴穿过所述半球形罩并嵌入所述贯通孔中，电机(7)的转轴与摆杆(61)紧配合；

摆杆(61)的左、右两端处分别设有左挡板和右挡板，左、右挡板分别固定连接在所述半球形罩上，左、右挡板的自由端通过一块后挡板相连；三块挡板呈环抱状，并与所述半球形罩共同作用，防止滚珠(62)从摆杆(61)上滚落；

滚珠(62)在摆杆(61)上端面上滚动，滚珠(62)的直径大于所述通水孔直径；

电机(7)和微处理器(8)由外接电源(10)供电，微处理器(8)控制电机(7)转轴作30°以内的往复转动，电机(7)驱转摆杆(61)。

2.根据权利要求1所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，所述若干分级段等长。

3.根据权利要求1或2所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，装置本体(1)中每一滤网(4)后均设有搅拌器支架(3)，滤网(4)紧贴着对应的搅拌器支架(3)；

搅拌器支架(3)中心为环形板，所述环形板外缘沿周向一体伸出若干辐条，所述若干辐条与装置本体(1)相连，水流从相邻辐条间的间隙穿过；

所述每一分级段内均设有电动搅拌器(2)，各电动搅拌器(2)通过螺栓固定在对应搅拌器支架(3)的环形板上；各电动搅拌器(2)由外接电源(10)供电。

4.根据权利要求1所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，摆杆(61)上端面的两端分别开设第一凹槽(611)和第二凹槽(612)，滚珠(62)在第一凹槽(611)和第二凹槽(612)间滚动。

5.根据权利要求4所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，第一凹槽(611)和第二凹槽(612)均为弧形凹槽，所述弧形凹槽的半径等于滚珠(62)的半径，所述弧形凹槽的深度等于滚珠(62)半径的1/2。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，摆杆(61)左、右两端正下方设定高度还分别设有限制摆杆(61)转动角度的第一下挡板和第二下挡板；

所述第一下挡板和所述第二下挡板分别固定连接在所述半球形罩上。

7.根据权利要求6所述的入河口悬浮物分级计量装置，其特征在于，滚珠(62)的直径为所述通水孔直径的1.5倍。