CN110278910A - 一种基于风车动力的自动增氧装置及其增氧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风车动力的自动增氧装置及其增氧方法。现有增氧机一般是靠其自带的空气泵将空气打入水中，以此来实现增加水中氧气含量的目的。本发明一种基于风车动力的自动增氧装置，包括风能收集模块、增氧轮盘模块和漂浮平台。所述的增氧轮盘模块包括增氧轴和增氧盘。水平设置的增氧轴支承在漂浮座上。增氧盘固定在增氧轴上。风能收集模块包括动力传输组件、n个风车机构和n‑1根传动软轴。风车机构包括风车支架、超越传动组件和风扇。本发明通过增氧盘的转动，源源不断地将水珠带动空气中与氧气充分接触，以实现持续增氧。并且，本发明中的增氧盘由风力驱动，具有清洁环保、成本低、无耗能、使用寿命长等特点。
Description
技术领域
本发明属于增氧技术领域，具体涉及一种基于风车动力的自动增氧装置及其增氧方法。
背景技术
增氧机是一种常被应用于湖水/河水治理等的机器。其主要作用是增加水中的氧气含量以确保水中鱼类不会缺氧，同时也能抑制水中厌氧菌的生长，防止水体变质威胁鱼类及水生植物的生存环境。众所周知，使用增氧机的目的是向水体增加溶氧，这涉及到氧气的溶解度和溶解速率问题。溶解度包括水温、水的含盐量、氧分压3个因素；溶解速率包括溶氧的不饱和程度、水-气的接触面积和方式、水的运动状况3个因素。其中水温和水的含盐量是水体的一种稳定状况，一般不可改变，溶氧的不饱和程度是我们要改变的因素，也是水体当前存在的一种状况。所以要实现向水体增氧必须直接或间接地改变氧分压、水-气的接触面积和方式、水的运动状况3个因素。
现有增氧机一般是靠其自带的空气泵将空气打入水中，以此来实现增加水中氧气含量的目的。其通常以电动机或柴油机等动力源驱动工作部件，工作中需要持续供能，使用成本较高，且较复杂的结构导致容易发生故障，难以适用于湖泊等天然水体的增氧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风车动力的自动增氧装置及其增氧方法。
本发明一种基于风车动力的自动增氧装置，包括风能收集模块、增氧轮盘模块和漂浮平台。所述的增氧轮盘模块包括增氧轴和增氧盘。水平设置的增氧轴支承在漂浮座上。增氧盘固定在增氧轴上。
所述的增氧盘采用如下四种结构中的一种：
(1)第一种增氧盘的两侧面上均设置螺旋形沟槽。螺旋形沟槽内设置有多个相互间隔设置的隔断块。
(2)第二种增氧盘的两侧面上均设置有多个鼓包组。鼓包组由多个鼓包组成。
(3)第三种增氧盘的两侧面的中部均涂有疏水性涂层。增氧盘采用亲水性材料。
(4)第四种增氧盘的两侧面上均设置有多个桨叶组。桨叶组由沿增氧盘中心轴线的周向均布的多片桨叶组成。桨叶呈弧形。桨叶的内凹面靠近增氧盘的中心轴线设置。
所述的风能收集模块包括动力传输组件、n个风车机构和n-1根传动软轴，n≥3。所述的风车机构包括风车支架、超越传动组件和风扇。所述的风车支架的底端固定在漂浮平台上。所述的超越传动组件包括转动外罩、转动芯轴、超越座、滚珠和弹簧。超越座固定在风车支架的顶端。转动芯轴支承在超越座上。转动芯轴的侧面上开设有安置孔组。安置孔组由沿转动芯轴轴线的周向依次排列的a个安置孔组成。安置孔的轴线与转动芯轴的轴线垂直且不相交。各安置孔内均设置有滚珠和弹簧。弹簧的两端与对应的滚珠、安置孔的内端分别连接。转动外罩与转动芯轴构成转动副，且套置在转动芯轴上。各滚珠均抵住转动外罩的内侧面。风扇与转动外罩固定。n个风车机构沿漂浮平台的周向均布。相邻的两个风车机构之间均设置有一根传动软轴。传动软轴的两端与对应的两个风车机构内的转动芯轴分别固定。其中一个风车机构内的传动软轴与增氧轴通过动力传输组件传动连接。
进一步地，所述的漂浮平台包括漂浮座、漂浮盖板和填充物。漂浮盖板与漂浮座的顶部固定。漂浮盖板与漂浮座组合成圆环形且中空的浮体。漂浮盖板与漂浮座合围成的空腔内设置有填充物。
进一步地，所述增氧轴的轴线与漂浮座的中心轴线垂直相交。
进一步地，所述的增氧盘共有m个，m为奇数。沿中间向两侧的方向上，各增氧盘的直径依次减小。
进一步地，第一种增氧盘中，螺旋形沟槽的螺旋中心轴线与增氧轴的轴线重合。
进一步地，第二种增氧盘中，同一鼓包组内的各鼓包沿增氧盘中心轴线的周向均布。所述的鼓包呈半球体状。在增氧盘由内至外的方向上，各鼓包组内的鼓包直径逐渐减小。增氧盘的两侧面及鼓包上均设置有印花。
进一步地，第四种增氧盘中，桨叶最长弦与增氧盘圆心、桨叶最长弦中点的连线呈60°角。桨叶最长弦为桨叶两端端部的连线。
进一步地，风扇正面受风的转动方向与转动芯轴周向上安置孔外端到内端的方向一致。
进一步地，所述的动力传输组件包括过渡轴、第一齿轮和第二齿轮。过渡轴支承在对应风车机构的风车支架上。两个第一齿轮与过渡轴的一端、对应的转动芯轴分别固定。两个第一齿轮啮合。两个第二齿轮与过渡轴的另一端、增氧轴的一端分别固定。两个第二齿轮啮合。
该基于风车动力的自动增氧装置的增氧方法具体如下：
步骤一、将漂浮平台置于空旷的水面上。
步骤二、当风吹向各个风扇时，正面受风的风扇正向转动。正向转速最快的风扇带动各风车机构内的转动芯轴转动；转动芯轴通过动力传输组件带动增氧轴转动。增氧轴带动各增氧盘转动。转动的增氧盘上携带的水珠与空气中的氧气充分接触，使得空气中的氧气溶入附着水中，实现持续增氧。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明通过增氧盘的转动，源源不断地将水珠带动空气中与氧气充分接触，以实现持续增氧。并且，本发明中的增氧盘由风力驱动，具有清洁环保、成本低、无耗能、使用寿命长等特点，适用于湖泊等天然水系的水体治理。
2、本发明设计的四种表面结构不同的增氧盘均能够提高增氧盘携带水珠的能力，大大提高了增氧盘上水与氧气的接触面积，进而提高了本发明的增氧效率。
3、本发明中的超越传动组件具有单向传动的特性，进而使得转速最快的风扇的动能充分传递到增氧轴上，进而使得任意风向的风均能够驱动本发明进行运作。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2a为本发明中第一种增氧盘的侧面示意图；
图2b为本发明中第二种增氧盘的侧面示意图；
图2c为本发明中第三种增氧盘的侧面示意图；
图2d为本发明中第四种增氧盘的侧面示意图；
图3为本发明中风车机构的结构示意图；
图4为本发明中超越传动组件的立体图；
图5为本发明中超越传动组件内转动外罩、转动芯轴、滚珠、弹簧的装配关系图；
图6为本发明中动力传输组件的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于风车动力的自动增氧装置，包括风能收集模块、增氧轮盘模块和漂浮平台1。漂浮平台1包括漂浮座、漂浮盖板和填充物。漂浮盖板与漂浮座的顶部固定。漂浮盖板与漂浮座组合成圆环形且中空的浮体。漂浮盖板与漂浮座合围成的空腔内设置有填充物。增氧轮盘模块包括增氧轴2和增氧盘3。水平设置的增氧轴2支承在漂浮座上。增氧轴2的轴线与漂浮座的中心轴线垂直相交。三个增氧盘3依次排列，且均与增氧轴2中心固定。位于两侧的增氧盘3的直径小于位于中间的增氧盘3的直径。
增氧盘采用如下四种结构中的一种：
(1)第一种增氧盘3的两侧面上均设置螺旋形沟槽3-1。螺旋形沟槽3-1的螺旋中心轴线与增氧轴2的轴线重合。螺旋形沟槽3-1内设置有多个相互间隔设置的隔断块3-2。各隔断块3-2将螺旋形沟槽3-1分隔为相互独立的多个螺旋槽段。各螺旋槽段能够在离开水下时携带水珠到空气中，且螺旋形的结构近似于水珠在增氧盘3上离心运动的运动轨迹。因此，螺旋形沟槽3-1的设计能够增加增氧盘3携带水珠的量，以提高增氧效果。
(2)第二种增氧盘3的两侧面上均设置有多个鼓包组。鼓包组由沿增氧盘3中心轴线的周向均布的多个鼓包组成。鼓包3-3呈半球体状。在增氧盘3由内至外的方向上，各鼓包组内的鼓包3-3直径逐渐减小。增氧盘3的两侧面及鼓包3-3上均设置有用于增大粗糙度的印花。鼓包3-3能够增大增氧盘3的侧面面积；进而使得增氧盘3能够附着更多的水珠到空气中，以提高增氧效果。
(3)第三种增氧盘3的两侧面的中部均涂有疏水性涂层3-4。增氧盘3的外圈采用亲水性材料。亲水性材料能够吸附水，增氧盘3位于水面以上部分内吸附的水在重力和自身扩散性的作用下，到达疏水性涂层3-4上，并从有疏水性涂层3-4上下滑到水中，由于水在疏水性涂层3-4上以水珠的形式存在，而水珠近似于球形，比表面积很大，故水珠在滑动中能够快速溶解进氧气。疏水性涂层3-4上持续有水珠滑动，故亲水性材料与疏水性涂层3-4相配合能够大大提高本发明的增氧效果。
(4)第四种增氧盘3的两侧面上均设置有多个桨叶组。桨叶组由沿增氧盘3中心轴线的周向均布的多片桨叶组成。桨叶3-5呈弧形。桨叶3-5的内凹面靠近增氧盘3的中心轴线设置，外凸面远离增氧盘3的中心轴线设置。桨叶3-5最长弦与增氧盘3圆心、桨叶3-5最长弦中点的连线呈60°角。桨叶3-5最长弦为桨叶两端端部的连线。倾斜设置的桨叶3-5呈现流线型状，在水下阻力较小。当增氧盘3转动时，桨叶3-5倾斜的从水中离开，且桨叶3-5的内凹面舀出水。之后水逐渐脱离桨叶3-5，并从增氧盘3上滑下，使得增氧盘3上持续有水珠滚落，提高增氧效果。当第四种增氧盘3正向转动时，桨叶3-5从水下运动到水上的过程中，内凹面倾斜朝上。
风能收集模块包括动力传输组件、n个风车机构和n-1根传动软轴7，n＝5。风车机构包括风车支架4、超越传动组件5和风扇6。风车支架4的底端固定在漂浮平台1上。超越传动组件5包括转动外罩5-1、转动芯轴5-2、超越座5-3、滚珠5-4和弹簧5-5。超越座5-3固定在风车支架4的顶端。转动芯轴5-2支承在超越座5-3上。转动芯轴5-2的侧面上开设有两个安置孔组。安置孔组由沿转动芯轴5-2轴线的周向均布的三个安置孔组成。安置孔为盲孔。安置孔的轴线与转动芯轴5-2的轴线垂直且不相交。各安置孔内均设置有滚珠5-4和弹簧5-5。弹簧5-5的两端与对应的滚珠5-4、安置孔的内端分别固定。转动外罩5-1与转动芯轴5-2构成转动副，且套置在转动芯轴5-2上。各滚珠5-4均抵住转动外罩5-1的内侧面。风扇6与转动外罩5-1同轴固定。风扇6正面受风的转动方向与转动芯轴5-2周向上安置孔外端到内端的方向一致。
转动外罩5-1与转动芯轴5-2形成单向传动的结构，转动外罩5-1能够沿正方向驱动转动芯轴5-2转动，而不能沿反向驱动转动芯轴5-2转动。此处的正向为安置孔外端向内端的转动方向。原因在于，当转动外罩5-1相对于转动芯轴5-2正转时，有压缩弹簧5-5的趋势，受压的弹簧5-5持续驱动转动芯轴5-2转动。当转动外罩5-1相对于转动芯轴5-2反转时，没有压缩弹簧5-5的趋势，故转动芯轴5-2不转动转动。因此，风扇6受风正转时，能够驱动转动芯轴5-2正转。
n个风车机构沿漂浮平台1的周向均布，使得n个风扇6均匀地分别朝向五个方向，使得至少有一个风车的朝向与风向的夹角小于360°/2n；故本发明能够收集任意风向的风力。相邻的两个风车机构之间均设置有一根传动软轴7。传动软轴7的两端与对应的两个风车机构内的转动芯轴5-2分别固定。由于只有转动外罩5-1相对于转动芯轴5-2正向转动时才能能够带动转动芯轴5-2转动；而各转动芯轴5-2被传动软轴7连接在一起，各转动芯轴5-2跟随转速最快的风扇6转动，转速较慢的风扇6不会降低转动芯轴5-2的转速。
动力传输组件包括过渡轴8、第一齿轮9和第二齿轮10。过渡轴8支承在其中一个风车机构的风车支架4上。两个第一齿轮9与过渡轴8的一端、对应的转动芯轴5-2分别固定。两个第一齿轮9啮合。两个第二齿轮10与过渡轴8的另一端、增氧轴2的一端分别固定。两个第二齿轮10啮合。从而实现动力的传输。正向转动的转动芯轴5-2驱动各增氧盘正向转动。
该基于风车动力的自动增氧装置的增氧方法具体如下：
步骤一、将漂浮平台1置于空旷的水面上。
步骤二、当风吹向各个风扇6时，正面受风的风扇6开始正向转动。正向转速最快的风扇6带动各风车机构内的转动芯轴5-2转动；转动芯轴5-2通过动力传输组件带动增氧轴2转动。增氧轴2带动各增氧盘3转动。转动的增氧盘3上携带的水珠与空气中的氧气充分接触，使得空气中的氧气溶入附着在增氧盘上的水中，实现持续增氧。由于这种方式水与空气接触面积较大，增氧盘3转动速度适中，增氧效率较高。
Claims (10)
1.一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：包括风能收集模块、增氧轮盘模块和漂浮平台；所述的增氧轮盘模块包括增氧轴和增氧盘；水平设置的增氧轴支承在漂浮座上；增氧盘固定在增氧轴上；
所述的增氧盘采用如下四种结构中的一种：
①.第一种增氧盘的两侧面上均设置螺旋形沟槽；螺旋形沟槽内设置有多个相互间隔设置的隔断块；
②.第二种增氧盘的两侧面上均设置有多个鼓包组；鼓包组由多个鼓包组成；
③.第三种增氧盘的两侧面的中部均涂有疏水性涂层；增氧盘采用亲水性材料；
④.第四种增氧盘的两侧面上均设置有多个桨叶组；桨叶组由沿增氧盘中心轴线的周向均布的多片桨叶组成；桨叶呈弧形；桨叶的内凹面靠近增氧盘的中心轴线设置；
所述的风能收集模块包括动力传输组件、n个风车机构和n-1根传动软轴，n≥3；所述的风车机构包括风车支架、超越传动组件和风扇；所述的风车支架的底端固定在漂浮平台上；所述的超越传动组件包括转动外罩、转动芯轴、超越座、滚珠和弹簧；超越座固定在风车支架的顶端；转动芯轴支承在超越座上；转动芯轴的侧面上开设有安置孔组；安置孔组由沿转动芯轴轴线的周向依次排列的a个安置孔组成；安置孔的轴线与转动芯轴的轴线垂直且不相交；各安置孔内均设置有滚珠和弹簧；弹簧的两端与对应的滚珠、安置孔的内端分别连接；转动外罩与转动芯轴构成转动副，且套置在转动芯轴上；各滚珠均抵住转动外罩的内侧面；风扇与转动外罩固定；n个风车机构沿漂浮平台的周向均布；相邻的两个风车机构之间均设置有一根传动软轴；传动软轴的两端与对应的两个风车机构内的转动芯轴分别固定；其中一个风车机构内的传动软轴与增氧轴通过动力传输组件传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：所述的漂浮平台包括漂浮座、漂浮盖板和填充物；漂浮盖板与漂浮座的顶部固定；漂浮盖板与漂浮座组合成圆环形且中空的浮体；漂浮盖板与漂浮座合围成的空腔内设置有填充物。
3.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：所述增氧轴的轴线与漂浮座的中心轴线垂直相交。
4.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：所述的增氧盘共有m个，m为奇数；沿中间向两侧的方向上，各增氧盘的直径依次减小。
5.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：第一种增氧盘中，螺旋形沟槽的螺旋中心轴线与增氧轴的轴线重合。
6.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：第二种增氧盘中，同一鼓包组内的各鼓包沿增氧盘中心轴线的周向均布；所述的鼓包呈半球体状；在增氧盘由内至外的方向上，各鼓包组内的鼓包直径逐渐减小；增氧盘的两侧面及鼓包上均设置有印花。
7.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：第四种增氧盘中，桨叶最长弦与增氧盘圆心、桨叶最长弦中点的连线呈60°角；桨叶最长弦为桨叶两端端部的连线。
8.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：风扇正面受风的转动方向与转动芯轴周向上安置孔外端到内端的方向一致。
9.根据权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置，其特征在于：所述的动力传输组件包括过渡轴、第一齿轮和第二齿轮；过渡轴支承在对应风车机构的风车支架上；两个第一齿轮与过渡轴的一端、对应的转动芯轴分别固定；两个第一齿轮啮合；两个第二齿轮与过渡轴的另一端、增氧轴的一端分别固定；两个第二齿轮啮合。
10.如权利要求1所述的一种基于风车动力的自动增氧装置的增氧方法，其特征在于：
步骤一、将漂浮平台置于空旷的水面上；
步骤二、当风吹向各个风扇时，正面受风的风扇正向转动；正向转速最快的风扇带动各风车机构内的转动芯轴转动；转动芯轴通过动力传输组件带动增氧轴转动；增氧轴带动各增氧盘转动；转动的增氧盘上携带的水珠与空气中的氧气充分接触，使得空气中的氧气融入附着水中，实现持续增氧。
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