CN111268858A - 基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置 - Google Patents

基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于河道水污染防止及治理技术领域，公开了一种基于轴流旋转驱动的上层水体富氧装置，主要包括轴流动力单元、真空抽水单元、压差曝气单元、沉水植物修复单元。轴流动力单元包括引水管、引水管过滤罩、轴流水轮机、尾水管；真空抽水单元包括抽水管、抽水管过滤罩、转动杆、叶片、支撑板、密封圈；压差曝气单元包括多孔分流板、出水管、进气管、输水管；沉水植物修复单元包括狐尾藻。本发明通过轴流旋转驱动抽水单元运转，水以高流速从出水管口喷出，利用流体压强原理曝气，通过沉水植物吸收水体中的氮磷元素。

Description

基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置
技术领域
本发明属于河道水污染防止及治理技术领域，涉及一种基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复系统。
背景技术
在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入河流、湖泊、海湾等缓流水体，引起了藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，水体“黑臭”现象严重。可见，长期有效的增加水中溶解氧含量是治理“黑臭”水体的关键，基于增加水体溶解氧含量的生态修复方案可以长期高效的维持水体的生态功能。
中国专利申请CN201910655282.1提出了一种对旋式双向轴流水泵水轮机，可以通过调节叶轮与导叶之间的间隙,来提高泵装置效率。中国专利申请201920269164.2提出了一种高扬程低噪声的螺旋轴流泵，结构简单，增氧效率高，噪声低。中国专利申请CN02248673.9提出了一种轴流泵增氧机的结构改进，有效调节养殖池水质。中国专利申请CN201711463372.8提出了一种太阳能式增氧泵，具有增氧范围大、绿色环保的特点。现有专利多是基于交流电提供动力，较难满足野外环境的使用需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，利用水能资源及轴流原理增加水体中的溶氧量，在节约能源的情况下全方位、大范围富氧。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，包括轴流动力单元、真空抽水单元、压差曝气单元、沉水植物修复单元；所述轴流动力单元包括引水管、轴流水轮机、尾水管；所述真空抽水单元包括抽水管、转动杆、；所述压差曝气单元包括多孔分流板、出水管、进气管、输水管；所述沉水植物修复单元包括狐尾藻；所述的轴流动力单元位于真空抽水单元上方，由转动杆连接；压差曝气单元位于轴流动力单元及真空抽水单元左侧；所述轴流水轮机上设置有螺旋套管；引水管与轴流水轮机的螺旋套管相连，尾水管中央安装转动杆，转动杆顶部安装有转轮叶片。
进一步的，所述螺旋套管上设置有导叶，所述导叶的一侧设置有固定桩；所述导叶安装于螺旋套管的内侧开口处，中央接尾水管。
进一步的，所述引水管和抽水管的管口安装有过滤网。
进一步的，所述的转动杆穿过尾水管壁和抽水管壁，于尾水管和抽水管的连接处安装有密封圈。
进一步的，所述的尾水管与出水管相连，直径自上而下逐渐减小。
进一步的，所述的进气管上部露出于水面，与出水管呈倒“T”型连通。
进一步的，所述转动杆上安装有转筒，所述转筒两侧由支撑板支撑，所述支撑板下方设置有安装于转动杆上的叶片。
进一步的，所述沉水植物种植于河道下游，吸收水体中的氮磷元素。
进一步的，所述出水管与抽水管末端连接，顶部开口用于连接尾水管，中段与进气管呈倒“T”型相接，末端安装多孔分流板。
进一步的，所述多孔分流板与多股输水管道连接。
本发明实现的原理是:低水头高流速下，水流从螺旋套管中流入，逐渐减小的套管面积确保水流几乎以均匀的速度穿过外围进入中心部分，水穿过导叶进入转轮后变为径向流动推动转轮叶片旋转，带动转动杆及真空抽水单元叶片旋转。叶片固定在转动杆上，形成螺旋桨并使之不能沿轴向转动，则当转动杆旋转时，翼面因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成液体的流动。流体流速大的地方压强小，当水从出水管口快速喷出时，进气管下部压强减小，这时进气管内的水平面下降至出水管以下，附近的空气在大气压的作用下被压入出水管的水中，随水流从出水管口通过输水管道输送到水体各处。
有益效果：
本发明提供的基于轴流旋转驱动的上层水体修复装置，可通过压差曝气单元，达到增加水体中的溶氧量的目的，通过沉水植物狐尾藻吸收水体中的氮磷元素，解决水体富营养化问题。与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)采用轴流旋转驱动，利用水能资源，不需要额外消耗电能，节约环保，不受环境条件制约。
(2)主转动杆可伸缩，适用于各种水深条件。
(3)曝气后的水流可通过多孔分流板连接的输水管输送到河道各处，实现全方位、大范围富氧。
(4)使用沉水植物吸收水体中的氮磷元素，本发明选择狐尾藻，它能较快地除去水体中的氮、磷等富营养化元素，还能吸收其中的重金属元素，是一种较强的净化水体植物。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中轴流水轮机俯视图；
图3为本发明中多孔分流板局部放大图；
图中：1、轴流动力单元；2、真空抽水单元；3、压差曝气单元；4、引水管过滤罩；5、引水管；6、轴流水轮机；7、螺旋套管；8、导叶；9、固定桩；10、转轮叶片；11、转动杆；12、尾水管；13、密封圈；14、抽水管；15、支撑板；16、转筒；17、叶片；18、抽水管过滤罩；19、出水管；20、进气管；21、多孔分流板；22、输水管。
具体实施方式
实施例1
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，一种基于轴流旋转的上层水体富氧修复装置，包括轴流动力单元1、真空抽水单元2、压差曝气单元3、沉水植物修复单元；
轴流动力单元1包括引水管5、轴流水轮机6、螺旋套管7、尾水管12；真空抽水单元2包括抽水管14、转动杆11、转筒16；压差曝气单元3包括多孔分流板21、出水管19、进气管20、输水管22。
所述的轴流动力单元1位于真空抽水单元2上方，由转动杆11连接。压差曝气单元3位于轴流动力单元1及真空抽水单元2左侧。
所述的轴流动力单元1中，引水管5水平安装；所述引水管5的入水口安装有引水管过滤网4，防止杂物进入堵塞装置；所述轴流水轮机6上设置有螺旋套管7；引水管5与轴流水轮机6的螺旋套管7相连，所述螺旋套管7上设置有导叶8，所述导叶8的一侧设置有固定桩9；所述导叶8安装于螺旋套管7的内侧开口处，中央接尾水管12，尾水管12中央安装转动杆11，转动杆11顶部安装转轮叶片10。所述的尾水管12直径自上而下逐渐减小，增加流速，与出水管相连。水流从引水管进入装置，经轴流水轮机的螺旋套管7，通过导叶8进入尾水管12，推动叶轮，带动转动杆11，使真空抽水单元叶片旋转，抽水；抽出来的水与尾水一起从出水管19高速排出。
所述的真空抽水单元2中，抽水管14竖直安装，所述抽水管14的管口安装有抽水管过滤罩18，防止杂物进入堵塞装置；所述的转动杆置于管中心，穿过尾水管壁和抽水管壁，于连接处安装密封圈13，防止水流渗漏，且转动杆11可伸缩，适用于各种水深条件；所述转动杆11上安装有转筒16，所述转筒16两侧由支撑板15支撑，所述支撑板15下方隔一段距离的地方设置有安装于转动杆11上的叶片17。
所述的压差曝气单元3中，出水管19与抽水管14末端连接，顶部开一小口用于连接尾水管12，中段与进气管20呈倒“T”型相接，末端安装多孔分流板21。所述的进气管20上部露出于水面，与出水管19呈倒“T”型连通。所述的多孔分流板21与多股输水管道连接，输水管道可根据实际情况调节，达到多方位、大范围富氧的效果。
沉水植物修复单元包括狐尾藻；所述的沉水植物修复单元中，狐尾藻散播在河道下游，吸收水体中的氮磷元素。
通过安置于阶梯状河道或挡墙后水体具有高低落差处，水从引水管进入装置，引水管末端连接轴流水轮机，水从轴流水轮机的直径逐渐减小的螺旋套管进入，其内侧开口，在开口处安装导叶，水流通过导叶进入尾水管，利用轴流原理推动叶轮旋转，带动转动杆旋转，使真空抽水单元叶片旋转，翼面因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成液体的流动，达到抽水的目的。轴流动力单元尾水管与出水管相连，抽上来的水与尾水一起从出水管高速排出，使进气管下端压强减小，空气在大气压的作用下被压入水中，与水混合，起到增加水中溶解氧的作用。曝气后的水通过多孔分流板连接的输水管道输送到水体中的各个位置。
以下结合图1、图2、图3，进一步说明本发明的具体操作步骤：
本发明提出的一种基于轴流旋转驱动的上层水体富氧装置的构建方法包括轴流动力单元、真空抽水单元、压差曝气单元、沉水植物修复单元四部分。
步骤一：引水管口及抽水管口安装过滤罩避免大型垃圾进入轴流泵造成堵塞。
步骤二：调节转动杆所需长度并固定，依次安装叶片、支撑板、转轮叶片，安装抽水管。
步骤三：抽水管末端连接出水管，出水管有开口处朝上，连接进气管并在出水管末端安装多孔分流板。多孔分流板连接所需输水管。
步骤四：转动杆连接螺旋套管，安装导叶，螺旋套管进水口连接引水管，尾水管末端连接于出水管开口处。
步骤五：将安装完的装置置于阶梯状河道或挡墙后水体具有高低落差处。
步骤六：种植沉水植物。
本发明通过轴流旋转驱动抽水单元运转，水以高流速从出水管口喷出，利用流体压强原理曝气。通过沉水植物吸收水体中的氮磷元素。本发明实现的原理是：低水头高流速下，水流从螺旋套管中流入，逐渐减小的套管面积确保水流几乎以均匀的速度穿过外围进入中心部分，水穿过导叶进入转轮后变为径向流动推动转轮叶片旋转，带动转动杆及真空抽水单元叶片旋转。叶片固定在转动杆上，形成螺旋桨并使之不能沿轴向转动，则当转动杆旋转时，翼面因负压而有吸流作用，翼背因正压而有排流作用，如此一吸一排造成液体的流动。流体流速大的地方压强小，当水从出水管口快速喷出时，进气管下部压强减小，这时进气管内的水平面下降至出水管以下，附近的空气在大气压的作用下被压入出水管的水中，随水流从出水管口通过输水管道输送到水体各处。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：包括轴流动力单元、真空抽水单元、压差曝气单元、沉水植物修复单元；所述轴流动力单元包括引水管、轴流水轮机、尾水管；所述真空抽水单元包括抽水管、转动杆、；所述压差曝气单元包括多孔分流板、出水管、进气管、输水管；所述沉水植物修复单元包括狐尾藻；所述的轴流动力单元位于真空抽水单元上方，由转动杆连接；压差曝气单元位于轴流动力单元及真空抽水单元左侧；所述轴流水轮机上设置有螺旋套管；引水管与轴流水轮机的螺旋套管相连，尾水管中央安装转动杆，转动杆顶部安装有转轮叶片。
2.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述螺旋套管上设置有导叶，所述导叶的一侧设置有固定桩；所述导叶安装于螺旋套管的内侧开口处，中央接尾水管。
3.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述引水管和抽水管的管口安装有过滤网。
4.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述的转动杆穿过尾水管壁和抽水管壁，于尾水管和抽水管的连接处安装有密封圈。
5.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述的尾水管与出水管相连，直径自上而下逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述的进气管上部露出于水面，与出水管呈倒“T”型连通。
7.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述转动杆上安装有转筒，所述转筒两侧由支撑板支撑，所述支撑板下方设置有安装于转动杆上的叶片。
8.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述沉水植物种植于河道下游，吸收水体中的氮磷元素。
9.根据权利要求1所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述出水管与抽水管末端连接，顶部开口用于连接尾水管，中段与进气管呈倒“T”型相接，末端安装多孔分流板。
10.根据权利要求9所述的基于轴流旋转驱动的上层水体富氧修复装置，其特征在于：所述多孔分流板与多股输水管道连接。
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