CN110803789A - 一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置 - Google Patents

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蒋涛
薛海朋
张玉全
邵园园
戴庆云
陆范彪
徐梦婕
李辰霄
田志刚
沈圩加
刘明
沈伟浩
朱建
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Abstract

本发明公开了一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,包括电机、罐体、搅拌器、变桨装置、曝气管、太阳能板、控制系统,所述罐体包括进水口、出水口、挡板。所述变桨装置包括伺服电机、桨叶、拉杆、转盘、连杆、推盘。所述电机安放在顶盖上方,与搅拌器通过主轴相连。所述采用圆盘涡轮式搅拌器,其叶片根据四尖叶瓣线的翼型设计。搅拌器与主轴通过键槽相连,可便捷调整搅拌器高度。所述曝气管穿过顶盖,进气口在顶盖上方。所述罐体外壁均匀布置太阳能板,并与蓄电池相连,为电机提供能量。所述控制系统通过监测进水口即水池内的溶氧量控制装置启停及变桨装置工作。本发明结构简单,运行成本低,适宜在较大、较浅的池塘中使用。

Description

一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置
技术领域
本发明涉及一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,属于环保设备领域。
背景技术
近年来水污染问题越来越被社会重视,在治理水污染时,发现溶解氧的含量是衡量水体质量优劣的重要指标之一。因此,如何增加水中溶氧量成为不可或缺的一环。受污染水体中溶氧量下降,甚至会出现无氧层,导致水中生物缺氧死亡。水中溶氧量过低,还会抑制水中氧化还原反应,使污染物难以转化降解,致使水体颜色变深,臭味大,细菌多,形成水质极差的“死水”。
为了解决水中溶氧量过低的问题,增氧方式不断创新,常见的增氧方式有浮球式增氧、射流式增氧和叶轮式增氧。浮球式增氧通过共振造浪能够有效增加水中溶氧量,但仅适用于水深处,否则易搅浑水,且此装置受环境温度影响较大,对使用天气有局限性;射流式增氧通过形成水流,搅拌水体,能使水体平稳增氧,但增氧面积小,效率较低;叶轮式增氧构造简单,维护方便,有较好的曝气功能,但是运行成本高,容易抽吸底泥,不宜在较大、较浅的池塘中使用。
发明内容
本发明在于克服现有技术的缺陷,提供一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,能够在平时通过太阳能发电补充蓄电池电量,并在水池中溶氧量低于2mg/L时迅速做出反应,将水抽入装置中,通过变桨装置,快速将水加氧至高于95%该气温下的饱和溶氧量,然后通过出水口排入水池中,当水池中溶氧量高于4mg/L时,装置自动关闭,太阳能板张开,继续为蓄电池供电。本发明结构简单,运行成本低,适宜在较大、较浅的池塘中使用。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,包括传动电机、可变桨距搅拌器、曝气管;所述传动电机设置于罐体顶盖上方,与罐体内的可变桨距搅拌器通过主轴可旋转性联接;所述罐体包括进水口、出水口、挡板,所述进水口设置在罐体底部位置;所述出水口设置在罐体顶部位置,避免气泡未经搅拌便由出水口流出;所述挡板竖直设置于罐体内的周边侧壁处,并与周边侧壁留有空隙,从而防止水流阻塞以及泥沙堆积,并且挡板与可变桨距搅拌器相互作用加速溶氧过程;所述可变桨距搅拌器包括伺服电机、内部呈中空结构的轮毂、桨叶、变桨机构;用于驱动变桨机构的伺服电机安装在轮毂中,与控制系统电性相联;所述曝气管设置于罐体内底部,其进气口穿过顶盖向上伸出;其特征在于:
所述的可变桨距搅拌器采用圆盘涡轮式搅拌器,包括多个均匀周向布置于圆盘上、根据四尖叶瓣线的翼型设计的叶片;每个所述的叶片固定在推盘上,所述推盘通过连杆连接到转盘上,由伺服电机控制转盘旋转。
进一步的,所述的叶片的设计方程式为:x=r×cos30;y=r×sin3θ;其中,x和y分别代表叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值。
优选的,所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=8,n=3。
优选的,所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=6,n=3。
优选的,所述可变桨距搅拌器包括6片叶片。
与现有技术相比,本发明包括以下优点和有益效果:
1.本发明中搅拌器的叶片根据四尖叶瓣线的翼型设计,极大的提高了水体流速,提高了加氧的效率。
2.本装置布置气石,出气量大且气泡微小,更易于溶于水中。
3.本发明中的可变桨距装置能够使桨叶定位在增氧效果最好的角度进行搅拌,更高效的实现水中加氧。
4.太阳能发电不会对环境产生污染,持续为蓄电池充能,干净安全。
5.溶氧仪对水体智能监测,控制电机的启停以及桨叶的变角度。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的结构示意图。
图2为本发明的一种实施例的罐体结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明的一种实施例的可变桨距搅拌器的三维视图。
图5为本发明的一种实施例的可变桨距搅拌器的剖面图。
图6为本发明的一种实施例的曝气管示意图。
图7为一种智能加氧系统的结构框图。
其中,电机1、进气口2、出水口3、主轴4、挡板5、曝气管6、太阳能光伏板7、搅拌器8、气石9、进水口10、伺服电机11、转盘12、桨叶13、推盘14、拉杆15、连杆16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示,是本发明的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置实施例,包括电机1、进气口2、出水口3、主轴4、挡板5、曝气管6、太阳能光伏板7、搅拌器8、气石9、进水口10、伺服电机11、转盘12、桨叶13、推盘14、拉杆15、连杆16。所述电机设置在罐体顶盖上方,与主轴同轴相连;所述进水口设置在罐体靠底部位置;所述出水口设置在罐体靠顶部位置,避免气泡未经搅拌便由出水口流出;所述挡板一共四块,均匀分布在罐体内壁,与罐壁中间留有2cm空隙,防止水流阻塞以及泥沙堆积;所述可变桨距搅拌器为基于四尖叶瓣线叶片的圆盘涡轮式搅拌器,叶片基于四尖叶瓣线的翼型设计;所述曝气管穿过顶盖,在罐体内呈环状放置,四块气石均匀设置在环状曝气管上;所述主轴上每隔一段距离开设一个键槽,搅拌器与主轴采用键连接,根据实际工作需要选择合适高度的键槽安装键以固定搅拌器位置,以达到调整搅拌器高度的目的。
其搅拌器的叶片采用具有四尖叶瓣线曲线的设计方式,6个叶片均匀周向布置到圆盘上。所述的叶片的设计方程式为:x=r×cos3θ;y=r×sin3θ;其中,x和y分别代表叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值。
所述搅拌器的四尖叶瓣线曲线在轴向的截面翼型曲线上关键点的坐标以如下的方式表示,其参数见表1:
表1
序号 X Y Z 序号 X Y Z
1 72.3027 -134.5841 529.7542 11 72.3027 -134.5841 465.7542
2 74.7814 -133.1530 520.6516 12 69.8239 -136.0152 474.8569
3 79.3135 -130.5364 512.6265 13 65.2918 -138.6318 482.8820
4 85.1824 -127.1480 505.8497 14 59.4229 -142.0202 489.6588
5 92.1324 -123.1354 500.6165 15 52.4729 -146.0328 494.8920
6 100.0155 -118.5841 497.7542 16 44.5898 -150.5841 497.7542
7 92.1324 -123.1354 494.8920 17 52.4729 -146.0328 500.6165
8 85.1824 -127.1480 489.6588 18 59.4229 -142.0202 505.8497
9 79.3135 -130.5364 482.8820 19 65.2918 -138.6318 512.6265
10 74.78146 -133.1530 474.8569 20 69.8239 -136.0152 520.6516
数学方程式为:x=r×cos3θ;y=r×sin3θ
叶片优选方案一:所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=8,n=3。
叶片优选方案二:所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=6,n=3。
本发明基于图7所示的一种智能加氧系统的结构框图。所述的智能加氧系统包括:溶氧仪、控制系统、太阳能光伏发电单元、储能蓄电池、DC-DC转换器、溶氧装置、变桨装置。溶氧仪接出两个探头,探头1放在水池中,探头2放入出水口水体中。探头1将水池溶氧量实时反馈给控制系统,当水池溶氧量低于2mg/L时,控制系统控制太阳能板收起,并控制储能蓄电池通过DC-DC转换器转化成可供使用的交流电为溶氧装置与变桨装置供电。探头2实时向控制系统反馈出水口处水体的溶氧量信息,若溶氧量未饱和,控制系统控制微型伺服电机启动,调距机构每隔均匀时间驱动桨叶转动一个角度。直至探头2传回的出水口处水体溶氧量数据达到要求,微型伺服电机断电,搅拌器桨叶固定角度搅拌,此时加氧装置开始稳定运行。水池中溶氧量达到4mg/L时,控制系统控制储能蓄电池关闭,溶氧装置和变桨装置处于待机状态,并控制太阳能板支起,为储能蓄电池充能。
本发明的电机直接安放于罐体顶盖上方,能够减少能量损耗,使加氧装置的结构更加紧凑,节约空间。且电机位于出水口上方,可以避免电机遇水损坏。
当水中溶氧量处于正常范围时,罐体四周的太阳能板支起,为蓄电池充能。
当溶氧仪探头1监测到水中溶氧量低于2mg/L时,控制系统迅速做出反应,开启水泵往罐体中充水,进水流量为50m3/h,水流在被搅拌器加速后向四周扩散运动,打在罐体内部,并在挡板的作用下由原本的周向运动变为往上下两个方向的轴向运动,在中间形成对冲,使得整个水体分成上下部分两个循环。
同时,底部曝气装置也开始工作,曝气管进气,通过四块气石分散大量微小气泡进入水中,高速翻滚的水流带动气泡也在搅拌桶中不断碰撞,在此过程中,气泡会不断破碎形成更小的气泡,细密的气泡大大增加了空气与水体的接触面积,有利于氧气的溶解。经过加氧后的水和空气由位于上方的出水口排出。
进一步的,所述变桨装置工作原理为:加氧装置启动后,溶氧仪探头2实时监测从出水口排出水体的溶氧量。若反馈到控制系统的溶氧量数据不达该气温下95%以上溶氧量,安装在变桨搅拌器轮毂中的微型伺服电机启动。伺服电机驱动转盘转动一个角度,转盘运动带动连杆转动,拉杆受到连杆的牵引力,将运动传递给推盘,推盘受力转动一个角度,桨叶固定在推盘上,随之变换角度,从而实现变桨距的目的。伺服电机收到信号后不断变换角度,控制系统接收到桨叶处于不同角度时的出水口溶氧量数据。当探头2测得的溶氧量达到标准后,控制系统控制微型伺服电机停止运转,此时桨叶固定在某一角度,加氧装置恢复稳定运行。
当溶氧仪探头1测定水池水体中溶氧量达到4mg/L时,控制系统控制所有装置停止运行。
总之,本发明的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,能够在平时通过太阳能发电补充蓄电池电量,并在水池中溶氧量低于2mg/L时迅速做出反应,将水抽入装置中,通过变桨装置,快速将水加氧至高于95%该气温下的饱和溶氧量,然后通过出水口排入水池中,当水池中溶氧量高于4mg/L时,装置自动关闭,太阳能板张开,继续为蓄电池供电。本发明经过反复试验验证,取得了较为满意的成效。

Claims (5)

1.一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,包括传动电机(1)、可变桨距搅拌器(8)、曝气管(6);所述传动电机(1)设置于罐体顶盖上方,与罐体内的可变桨距搅拌器通过主轴(4)可旋转性联接;所述罐体包括进水口(10)、出水口(3)、挡板(5),所述进水口设置在罐体底部位置;所述出水口设置在罐体顶部位置,避免气泡未经搅拌便由出水口流出;所述挡板竖直设置于罐体内的周边侧壁处,并与周边侧壁留有空隙,从而防止水流阻塞以及泥沙堆积,并且挡板与可变桨距搅拌器相互作用加速溶氧过程;所述可变桨距搅拌器包括伺服电机(11)、内部呈中空结构的轮毂、桨叶(13)、变桨机构;用于驱动变桨机构的伺服电机安装在轮毂中,与控制系统电性相联;所述曝气管设置于罐体内底部,其进气口(2)穿过顶盖向上伸出;其特征在于:
所述的可变桨距搅拌器(8)采用圆盘涡轮式搅拌器,包括多个均匀周向布置于圆盘上、根据四尖叶瓣线的翼型设计的叶片;每个所述的叶片固定在推盘(14)上,所述推盘(14)通过连杆连接到转盘(12)上,由伺服电机控制转盘旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,其特征是,所述的叶片的设计方程式为:x=r×cos3θ;y=r×sin3θ;其中,x和y分别代表叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,其特征是,所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=8,n=3。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,其特征是,所述的四尖叶瓣线叶片在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中r=6,n=3。
5.根据权利要求1所述的一种基于四尖叶瓣线叶片的太阳能搅拌加氧装置,其特征是,所述可变桨距搅拌器(8)包括6片叶片。
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