CN110980973A - 一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置 - Google Patents

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张玉全
李城易
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Abstract

本发明公开了一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,包括传动电机、搅拌器、曝气管;其传动电机设置于罐体顶盖上方,与罐体内的搅拌器通过主轴可旋转性联接;其罐体包括设置在罐体底部的进水口、在罐体顶部的出水口、挡板。其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;其曝气管设置于罐体内底部,其进气口穿过顶盖向上伸出;其搅拌器采用基于阿基米德曲线的叶片,是以主轴为转动中心、沿主轴沿轴向逐渐拉伸、在空间上呈圆周分布。在所述的主轴外缘上,均匀间隔设置有数根支承架,用于连接轮毂与阿基米德曲线叶片。本发明结构简单,易于清洗,加氧效率高。

Description

一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置
技术领域
本发明涉及一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,属于环保设备技术领域。
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
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,不仅对于使用天气无局限性,而且适于在较大、较浅的池塘中使用;增氧效率高,运行成本低。
为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案。
本发明的一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,包括:传动电机、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;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;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;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:所述的搅拌器叶片,是以主轴为转动中心、沿主轴沿轴向逐渐拉伸、在空间上呈圆周分布的阿基米德曲线螺旋型叶片。
在所述的主轴外缘上,相对于阿基米德曲线叶片的走向,均匀间隔设置有数根支承架,用于连接主轴与阿基米德曲线螺旋线叶片。
优选的,在所述的主轴外缘上,相对于阿基米德曲线叶片的走向,均匀间隔设置有6根支承架,用于连接轮毂与阿基米德曲线螺旋线叶片。
优选的,所述的阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·4·t,r=a·θ,a=0.15。
优选的,所述的阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·3·t,r=a·θ,a=0.2。
与现有技术相比,本发明上有以下优点和有益效果:
1.采用基于阿基米德曲线设计的搅拌器,易清洗,避免泥沙堆积。空间曲线结构令水流沿壁螺旋而上,沿桨轴而下,充分搅拌,摩擦减小,加氧效率高。
2.采用溶氧仪对水体智能监测,控制电机、水泵、气泵的启停。
3.利用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。
4.布置有气石,出气量大且气泡微小,更易溶于水中。
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中的罐体加氧装置的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为的一种实施例的曝气管示意图。
图5为的一种实施例的基于阿基米德曲线的搅拌器的三维视图。
图6为一种太阳能自动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、支承架11。
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,一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,该装置包括电机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、支承架11。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;所述搅拌器设计为基于阿基米德曲线的搅拌器,叶片是以主轴为转动中心,沿主轴沿轴向逐渐拉伸,在空间上呈圆周分布的阿基米德曲线螺旋型叶片;所述螺旋形叶片在主轴外周上,不同轴向距离下的截面翼型曲线上关键点的坐标以如下方式表示,X和Y分别代表螺旋形叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值,其参数见表2。
表2
序号 X Y 序号 X Y
1 -80.5802 -79.7383 17 26.8466 -26.6466
2 0.0000 -118.8000 18 43.4849 0.0000
3 88.0888 -87.5838 19 -19.1662 -18.9660
4 -108.0000 -0.0001 20 1638.0175 1293.4127
5 65.2267 64.5452 21 -11.4485 11.4578
6 0.0000 97.2000 22 -21.6000 0.0000
7 -72.7069 72.4110 23 34.5197 34.1590
8 129.6000 0.0001 24 0.0000 -75.6000
9 -111.2873 -110.1245 25 57.4666 -57.1141
10 0.0000 -162.0000 26 86.4000 0.0001
11 118.7115 -118.0540 27 -49.8732 -49.3521
12 -151.2000 -0.0002 28 0.0000 54.0000
13 95.9337 94.9314 29 -42.0820 41.9387
14 0.0000 140.4000 30 -64.8000 -0.0001
15 -103.0962 103.0962 31 2110.8274 -2549.3735
16 0.0000 -32.4000 32 1638.0175 634.4127
作为一种优选,其阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·4·t,r=a·θ,a=0.15。
作为另一种优选,其阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·3·t,r=a·θ,a=0.2。
在所述的主轴外缘上,均匀距离设置6根支承架交叉对称分布,连接叶片与轮毂,起固定作用。
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。
本发明基于一种太阳能自动智能加氧系统。如图6所示,所述的太阳能自动智能加氧系统,包括搅拌加氧器主体、溶氧监控装置、太阳能发电装置、控制系统,其中:
所述搅拌加氧器主体,包括传动电机1、搅拌器8、曝气管6;所述传动电机1设置于罐体顶盖上方,与罐体内的搅拌器8通过主轴4可旋转性联接;所述罐体包括进水口2、出水口3、挡板5,所述进水口2设置在罐体底部位置;所述出水口3设置在罐体顶部位置;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;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;所述曝气管6设置于罐体8内底部,其进气口2穿过顶盖向上伸出。
其溶氧监控装置,包括含有第一探头和第二探头的溶氧仪;所述第一探头设置于水体中,用于将水体中水的溶氧量实时反馈给控制系统;第二探头设置于搅拌加氧器主体出水口7处,用于实时向控制系统反馈出水口7处水体的溶氧量信息。
其太阳能发电装置,包括电联接的太阳能光伏板4、蓄电池、DC-AC转换器;所述太阳能光伏板4均匀布置于罐体8外壁上部,蓄电池为传动电机1提供能量。
其控制系统,通过溶氧监控装置监测进水口6处和水池内的溶氧量,来控制太阳能搅拌加氧装置的启停及运行。所述控制系统,以下述方式通过溶氧监控装置监测进水口6处和水池内的溶氧量,来控制太阳能搅拌加氧装置的运行和停止: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,启动太阳能搅拌加氧装置,将水抽入装置中并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,停止太阳能搅拌加氧装置的运行,太阳能板张开,继续为蓄电池供电。
在本发明中,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扩散,在阿基米德曲线螺旋线型叶片作用下下压,打在罐体内部,并在挡板的作用下由原本的周向运动变为轴向运动,水流受罐体内壁冲击沿挡板向上流动,再沿桨轴而下,在罐体内形成一个循环。
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。
当溶氧仪探头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。
本发明经过反复试验验证,取得了较为满意的成效。

Claims (5)

1.一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,包括:传动电机(1)、搅拌器(8)、曝气管(6);所述传动电机(1)设置于罐体顶盖上方,与罐体内的搅拌器(8)通过主轴(4)可旋转性联接;所述罐体包括进水口(2)、出水口(3)、挡板(5),所述进水口(2)设置在罐体底部位置;所述出水口(3)设置在罐体顶部位置;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;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;所述曝气管(6)设置于罐体(8)内底部,其进气口(2)穿过顶盖向上伸出;
其特征在于:所述的搅拌器叶片,是以主轴(4)为转动中心、沿主轴(4)沿轴向逐渐拉伸、在空间上呈圆周分布的阿基米德曲线螺旋型叶片。
2.根据权利要求1所述的一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,其特征在于,所述的主轴外缘上,相对于阿基米德曲线叶片的走向,均匀间隔设置有数根支承架(11),用于连接轮毂与阿基米德曲线螺旋线叶片。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,其特征在于,所述的阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·4·t,r=a·θ,a=0.15。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,其特征在于,所述的阿基米德曲线螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为:
其中θ=360·3·t,r=a·θ,a=0.2。
5.根据权利要求1所述的一种基于阿基米德曲线的太阳能搅拌加氧装置,其特征在于,在所述的主轴外缘上,相对于阿基米德曲线叶片的走向,均匀间隔设置有6根支承架(11),用于连接轮毂与阿基米德曲线螺旋线叶片。
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