CN111018142A - 一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置 - Google Patents

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张玉全
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Abstract

本发明公开了一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，包括电机、罐体、搅拌器、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。所述电机安放在顶盖上方，与搅拌器通过主轴相连。所述搅拌器为基于纺锤形转轮设计的搅拌器，搅拌器主体为纺锤形结构，所述叶片基于阿基米德曲线设计，螺旋线沿主轴轴向逐渐拉伸，呈空间圆周状分布，叶片以搅拌器主体中间截面为对称面，对称均匀设置在纺锤形主体上下两部分。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。

Description

一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置
技术领域
本发明涉及一种基于纺锤形转轮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，提供一种基于纺锤形转轮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，通过基于纺锤形转轮设计的搅拌器与挡板的共同作用，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。本发明增氧面积大，效率高；构造简单，维护方便，运行成本低，容易抽吸底泥，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：
一种基于纺锤形转轮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，避免气泡未经搅拌便由出水口流出；多块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，并且挡板与搅拌器相互作用加速溶氧过程；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，
所述搅拌器采用基于纺锤形转轮设计的搅拌器，其叶片基于阿基米德曲线设计。所述叶片呈螺旋线沿主轴轴向逐渐拉伸，其空间整体形状呈圆周状分布。
进一步地，所述的纺锤形转轮，其纺锤体由上下两个圆锥体及一个对称球台构成。所述球台由两个圆锥体的底面截取一球体得到。
优选的，所述纺锤形转轮的螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为：
Figure BDA0002255579120000021
其中θ＝360·3·t,r＝a·θ,a＝0.1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明采用基于纺锤形转轮设计的搅拌器，对称结构，搅拌时上部水体被上推，下部水体被下压，充分搅拌，加氧效率高。
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.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.溶氧仪对水体智能监测，控制电机、水泵、气泵的启停。
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加氧装置的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明的一种实施例的曝气管示意图。
图5为本发明的一种实施例的纺锤形转轮搅拌器的三维视图。
图6为一种智能加氧系统的方块结构示意图。
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。
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，本发明的一种实施例，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。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；所述搅拌器为基于纺锤形转轮设计的搅拌器，搅拌器主体为纺锤形结构，所述叶片基于阿基米德曲线设计，螺旋线沿主轴轴向逐渐拉伸，呈空间圆周状分布，叶片以搅拌器主体中间截面为对称面，对称均匀设置在纺锤形主体上下两部分。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。
作为一优选方案，所述纺锤形转轮的螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为：
Figure BDA0002255579120000031
其中θ＝360·3·t,r＝a·θ,a＝0.1。
在运行中，水流在被搅拌器加速后扩散，在纺锤形搅拌器上部叶片作用下上升，打在罐体顶部，在挡板作用下沿罐体内壁下落，水流在纺锤形搅拌器下部叶片作用下下压，受罐体内壁冲击沿挡板向上运动，在中间形成对冲，使得整个水体分成上下部分两个循环。
本发明基于一种智能加氧系统，如图6所示，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、加氧装置。溶氧仪接出一个探头，探头放在水池中。探头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电机、水泵和气泵构成的加氧装置供电。水池中溶氧量达到4mg/L时，控制系统控制储能蓄电池关闭，加氧装置处于待机状态，并控制太阳能板支起，为储能蓄电池充能。
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，在纺锤形搅拌器上部叶片作用下上升，打在罐体顶部，在挡板作用下沿罐体内壁下落，水流在纺锤形搅拌器下部叶片作用下下压，受罐体内壁冲击沿挡板向上运动，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。
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。

Claims (5)

1.一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，包括传动电机(1)、搅拌器(8)、曝气管(9)；所述传动电机(1)设置于罐体顶盖上方，与罐体内的搅拌器通过主轴(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；多块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，并且挡板与搅拌器相互作用加速溶氧过程；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：
所述搅拌器采用基于纺锤形转轮设计的搅拌器，其叶片基于阿基米德曲线设计。
2.根据权利要求1所述的一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，其特征在于，所述叶片呈螺旋线沿主轴轴向逐渐拉伸，其空间整体形状呈圆周状分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，其特征在于，所述的纺锤形转轮，其纺锤体由上下两个圆锥体及一个对称球台构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，其特征在于，所述纺锤形转轮的螺旋形叶片翼型曲线在空间笛卡尔坐标系中的方程为：
Figure FDA0002255579110000011
其中θ＝360·3·t,r＝a·θ,a＝0.1。
5.根据权利要求3所述的一种基于纺锤形转轮的太阳能搅拌加氧装置，其特征在于，所述球台由两个圆锥体的底面截取一球体得到。
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