CN113248010A - 一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，属于污水处理技术领域，它包括船体，船体上设置有蓄电池，船体通过动力控制舱带动螺旋桨进行驱动，船体上设置有太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能板通过安装架进行支撑安装，安装架设置有太阳能自动跟踪装置控制太阳能板跟随太阳进行随动转向，其特征在于，所述船体上设置有H型垂直轴风力发电机，所述蓄电池与动力控制舱相连的同时与太阳能发电系统和风力发电机箱连通；所述船体上设置有曝气机，曝气机与船体底部的曝气头相连；所述船体前端设置有导气机构将空气通过通风管道导入船体底部。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置。
背景技术
随着现代社会的发展，地表水体污染问题十分严重，由于城镇生活污水收集和处理机制的不健全，导致大量生活污水未经处理直接排入城镇河流，这使得城镇河流明显出现富营养化的现象，引起藻类迅速繁殖，造成水华现象，加速了溶解氧的消耗。在厌氧的条件下，生活污水中的有机污染物与藻类的残体厌氧分解产生硫化氢、胺、氨及其他易挥发且有异味的小分子化合物，从而产生臭味，气体上浮的过程中，又伴随着污泥上浮，又伴随着污泥上浮，造成水体黑臭，严重影响了居民的生活质量，与改善民生的理念相违背。为了实现水质改善的目的，建立美丽和谐的人居环境，各地开展了对城镇黑臭水体的专项治理工作。目前的治理流程主要包括源头排污口的控制、内源污染物的打捞及水生态环境的重建。内源污染物的打捞成本较高，且后续处理工艺不成熟，利用曝气技术，改善水体环境，增加水中溶解氧的含量，可以大大增加水体的自净能力，减少内源污染物处理的压力。
在设计曝气装置时，需要对河道的环境开展调查，包括水深、流速、河道断面形状、污染源特征等，采取不同的曝气技术，主要的方式包括鼓风—扩散曝气、水面转刷曝气、水下射流曝气和船载曝气。但现有的曝气装置大多固定在河道中，带来的噪音污染较大，且成本偏高，维护不易。且曝气技术仅作为城镇黑臭水体恢复技术中的一环，待城镇水体建立起较好的生态闭环后，没有继续使用的必要性，仅作为补充即可，因此，可移动的船载曝气有其循环利用的价值。可移动曝气装置如曝气船的动力源往往是柴油发电机，与环保理念相悖。
总的来说，生活污水的直排是城镇河流黑臭现象出现的根本原因，而缺氧则是其决定性因素。利用曝气技术，增加水体的复氧能力，可以弥补天然曝气的不足，提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物得以净化，从而改善水质。但是现有技术产品存在很多不足，如现有技术基本上都是需要将曝气装置大多固定在河道中，带来的噪音污染较大，且成本偏高，维护不易，如鼓风—扩散曝气、水面转刷曝气、水下射流曝气。船载曝气虽然具有可移动性，但效率较低、能耗较大。而且设备需要离电源近，不能远程操控，管理不便，效率低下。因此，建立一种改进型的便于用在城镇河流中的可移动式曝气装置有其必要性。
基于此，提供一种以太阳能联合风能为动力的可远程控制的曝气装置。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，将太阳能、风能的捕捉系统，设计为可远程控制的可移动式接收板，大大增加了其能源利用的效率，改善了船载曝气效率低、能耗大的缺点，可以增加船载曝气的应用率及工作效率，投资成本较低，适用性广。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，包括船体，船体上设置有蓄电池，船体通过动力控制舱带动螺旋桨进行驱动，船体上设置有太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能板通过安装架进行支撑安装，安装架设置有太阳能自动跟踪装置控制太阳能板跟随太阳进行随动转向，所述船体上设置有H型垂直轴风力发电机，所述蓄电池与动力控制舱相连的同时与太阳能发电系统和风力发电机箱连通；所述船体上设置有曝气机，曝气机与船体底部的曝气头相连；所述船体前端设置有导气机构将空气通过通风管道导入船体底部。
进一步的，所述曝气头通过提升机构进行提升与下放，所述提升机构包括收纳盘，收纳盘为两块夹板组成的放线盘结构，收纳盘由步进电机驱动，收纳盘上缠绕绳缆，绳缆另一端连接曝气头。
进一步的，所述曝气头通过软管与曝气机相连通，所述软管中部一段缠绕在收纳盘上。
进一步的，所述收纳盘分为两个对称设置，其中一个设置于步进电机的输出轴上，另一个设置于一旁的转轴上，转轴两端连接于轴承座上；所述步进电机的输出轴上设置有第一主动齿轮，第一主动齿轮与转轴上的第一从动齿轮配合；所述对称设置的收纳盘上的软管汇总后与曝气机的出气管道连通，两侧的软管中段均与绳缆绑定，所述船体两侧设置有限位组件将软管与绳缆同时进行限位。
进一步的，所述软管绕过船体两侧开槽处的滚筒与船体底部的曝气头相连；所述船体两侧的限位组件包括对称设置的限位件，限位件为半圆形环状结构，两侧的限位件通过螺栓紧固将软管与绳缆同时进行限位；所述限位件一侧通过弹簧与连接杆相连，连接杆连接于船体两侧。
进一步的，所述H型垂直轴风力发电机通过风机安装支架安装于船体上，所述风机安装支架为四周开口的框型结构，所述风力发电机箱位于风机安装支架内，H型垂直轴风力发电机的主轴穿过风机安装支架顶板的轴承与辅助启动装置相连。
进一步的，所述辅助启动装置包括辅助电机，辅助电机设置于风机安装支架上，辅助电机竖直向上的输出轴上设置有第二主动齿轮，所述H型垂直轴风力发电机的主轴上设置有第二从动齿轮，第二从动齿轮与第二主动齿轮相配合。
进一步的，所述导气机构包括进风口，进风口与通风管道连通，通风管道下端穿过船体底板伸入水下。
进一步的，所述进风口为前端敞口的框型结构，进风口的开口朝向船头且其前端设置有网状板，进风口内设置有风扇；所述通风管道为Z字形结构，通风管道穿过船体底板上的套管伸入水下，所述套管的高度高于船舱的深度；所述通风管道下端的出气口位于船体底板下方且出气口朝向船尾。
进一步的，所述所述进风口分组设立与船头以及H型垂直轴风力发电机的后方。
本发明的有益效果：
1、本发明可移动式曝气装置作为整体净水系统采取自带动力系统的设计，大大地扩大了净水范围，不受环境地形影响，即使是稳定不流通的水体也可起到很好的净化作用，还能增加水体流动性和水体溶氧量，活化水体。曝气船的动力属于清洁能源，且船体可以循环使用，整体绿色环保对环境无公害，节约资源，完全符合绿色可持续发展理念，可以起到美化城镇河流的效果。
2、本发明曝气装置具有多种可帮助水体复氧的方式，其一，在船的行驶过程中，带动了水流，增加了水体流速，加速了空气中氧气的溶解；其二，位于船头的导气机构的风扇捕捉空气后，通过通风管道运输至水面以下，加快了空气中的氧气向水体中转移的速度；其三，位于船中的太阳能板、小型的H型垂直轴风力发电机接收了太阳能和风能后，转化为电能储存在蓄电池中，为曝气机供电。而曝气机有两种曝气方式，在行进过程中，直接通过曝气头向水体曝气，增加水中的溶解氧的含量。当船停止在有曝气需要的水体上时，通过提升机构释放软管与绳缆，将具有许多圆形曝气孔的曝气头降至水深2/3处，为较深水体增氧，改善较深水体环境。
3、本发明船体主要通过清洁能源进行发电驱动，无需采用柴油发电机等驱动装置，保证本身运行的零排放无污染，且太阳能发电系统能够与小型H型垂直轴风力发电机起到良好的协同配合作用，不仅考虑到天气影响下的互补使用，且考虑到H型垂直轴风力发电机启动较为不易，可通过蓄电池储存的电力驱动辅助电机带动风机主轴进行启动；而导气机构的进风口分组设立于船头与风力发电机后方，当船体运行以及风机运转时形成的强气流可通过进风口进行截留并导入到水底。导气机构一方面可将空气导入水下进行充氧，另一面也能辅助驱动船体前进。
4、由于采用了太阳能和风能的能源补充，大大延长了船体的曝气工作时间，为了彻底的对不同深度水体进行增氧改善水体的操作，需要将曝气头调控曝气深度，本发明通过软管将曝气头与曝气机连接的同时，将软管中段缠绕在收纳盘上，通过收纳盘的转动可收纳与释放软管，从而实现调节曝气头的深度，只需远程控制步进电机的启停即可方便实现，操作十分简便。同时软管与绳缆绑定，通过绳缆起到主要的牵拉作用，有利于减少软管的符合，延长主要零部件的使用寿命。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的导气机构的结构示意图。
图3为本发明的通风管道的安装示意图。
图4为本发明的提升机构的结构示意图。
图5为本发明的软管与曝气头的连接示意图。
图6为本发明的风机安装支架部分的示意图。
图7为本发明的软管被限位机构限位的示意图。
图8为本发明的限位机构的结构示意图。
图中所述文字标注表示为： 1、船体；2、蓄电池；3、动力控制舱；4、螺旋桨；5、曝气机；6、太阳能板；7、进风口；8、H型垂直轴风力发电机；9、风机安装支架；10、软管；11、曝气头；12、限位组件；13、步进电机；14、网状板；15、风扇；16、通风管道；17、出气口；18、第一主动齿轮；19、第一从动齿轮；20、转轴；21、轴承座；22、收纳盘；23、出气管道；24、开槽；25、滚筒；26、套管；27、支撑柱；28、安装架；29、第二从动齿轮；30、风力发电机箱；31、辅助电机；32、第二主动齿轮；33、风力机叶片；34、连接杆；35、弹簧；36、限位件。
具体实施方式
以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。
一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，包括船体1，船体1上设置有蓄电池2，船体1通过动力控制舱3带动螺旋桨4进行驱动，船体1上设置有太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能板6通过安装架28进行支撑安装，安装架28设置有太阳能自动跟踪装置控制太阳能板6跟随太阳进行随动转向，所述船体1上设置有H型垂直轴风力发电机8，所述蓄电池2与动力控制舱3相连的同时与太阳能发电系统和风力发电机箱30连通；所述船体1上设置有曝气机5，曝气机5与船体底部的曝气头11相连；所述船体1前端设置有导气机构将空气通过通风管道16导入船体1底部。
优选的，请参照图1、4、5所示，所述曝气头11通过提升机构进行提升与下放，所述提升机构包括收纳盘22，收纳盘22为两块夹板组成的放线盘结构，收纳盘22由步进电机13驱动，收纳盘22上缠绕绳缆，绳缆另一端连接曝气头11。所述曝气头11通过软管10与曝气机5相连通，所述软管10中部一段缠绕在收纳盘22上。所述收纳盘22分为两个对称设置，其中一个设置于步进电机13的输出轴上，另一个设置于一旁的转轴20上，转轴20两端连接于轴承座21上；所述步进电机13的输出轴上设置有第一主动齿轮18，第一主动齿轮18与转轴20上的第一从动齿轮19配合；所述对称设置的收纳盘22上的软管10汇总后与曝气机5的出气管道23连通，两侧的软管10中段均与绳缆绑定，所述船体1两侧设置有限位组件12将软管10与绳缆同时进行限位。通过对称的收纳盘22将软管10进行收纳与释放，即可实现两侧的曝气头11的高度调节，而软管10与绳缆绑定可减轻软管10的负荷，有利于同时延长软管10与绳缆的使用寿命。
优选的，请参照图1、5、7、8所示，所述软管10绕过船体1两侧开槽24处的滚筒25与船体1底部的曝气头11相连；所述船体1两侧的限位组件12包括对称设置的限位件36，限位件36为半圆形环状结构，两侧的限位件36通过螺栓紧固将软管10与绳缆同时进行限位；所述限位件36一侧通过弹簧35与连接杆34相连，连接杆34连接于船体1两侧。软管10与绳缆通过限位件36进行限位，可提高软管10与绳缆的稳定性，同时限位件36通过弹簧35进行安装具有良好的缓冲性，减少软管10与限位件36之间的硬性磕碰。当需要更换曝气头11时，只需拧开螺栓即可将两侧的限位件36分开将软管10与绳缆释放即可。
优选的，请参照图1、6所示，所述H型垂直轴风力发电机8通过风机安装支架9安装于船体1上，所述风机安装支架9为四周开口的框型结构，所述风力发电机箱30位于风机安装支架9内，H型垂直轴风力发电机8的主轴穿过风机安装支架9顶板的轴承与辅助启动装置相连。所述辅助启动装置包括辅助电机31，辅助电机31设置于风机安装支架9上，辅助电机31竖直向上的输出轴上设置有第二主动齿轮32，所述H型垂直轴风力发电机8的主轴上设置有第二从动齿轮29，第二从动齿轮29与第二主动齿轮32相配合。H型垂直轴风力发电机8通过风机安装支架9安装可便于风机的布置，也将辅助电机31与风力发电机箱30进行分隔，减少相互之间的工作振动影响。辅助电机31只需在风力发电机启动过程中开启短暂运转即可，无需耗费更多的电力。
优选的，请参照图1、2、3所示，所述导气机构包括进风口7，进风口7与通风管道16连通，通风管道16下端穿过船体1底板伸入水下。，所述进风口7为前端敞口的框型结构，进风口7的开口朝向船头且其前端设置有网状板14，进风口7内设置有风扇15；所述通风管道16为Z字形结构，通风管道16穿过船体1底板上的套管26伸入水下，所述套管26的高度高于船舱的深度；所述通风管道16下端的出气口17位于船体1底板下方且出气口17朝向船尾。所述进风口7分组设立与船头以及H型垂直轴风力发电机8的后方。
综上所述，本发明针对传统固定的曝气系统的多个缺陷点，进行了多项有益的改进：通过船体作为载体，且动力系统能源主要来自于太阳能和风能，实现船体的长时间运行，大大地扩大了净水范围，不受环境地形影响，有效增加水体流动性和水体溶氧量，活化水体，且船体可以循环使用，整体绿色环保对环境无公害，节约资源，完全符合绿色可持续发展理念。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，包括船体（1），船体（1）上设置有蓄电池（2），船体（1）通过动力控制舱（3）带动螺旋桨（4）进行驱动，船体（1）上设置有太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能板（6）通过安装架（28）进行支撑安装，安装架（28）设置有太阳能自动跟踪装置控制太阳能板（6）跟随太阳进行随动转向，其特征在于，所述船体（1）上设置有H型垂直轴风力发电机（8），所述蓄电池（2）与动力控制舱（3）相连的同时与太阳能发电系统和风力发电机箱（30）连通；所述船体（1）上设置有曝气机（5），曝气机（5）与船体底部的曝气头（11）相连；所述船体（1）前端设置有导气机构将空气通过通风管道（16）导入船体（1）底部。
2.根据权利要求1所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述曝气头（11）通过提升机构进行提升与下放，所述提升机构包括收纳盘（22），收纳盘（22）为两块夹板组成的放线盘结构，收纳盘（22）由步进电机（13）驱动，收纳盘（22）上缠绕绳缆，绳缆另一端连接曝气头（11）。
3.根据权利要求2所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述曝气头（11）通过软管（10）与曝气机（5）相连通，所述软管（10）中部一段缠绕在收纳盘（22）上。
4.根据权利要求3所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述收纳盘（22）分为两个对称设置，其中一个设置于步进电机（13）的输出轴上，另一个设置于一旁的转轴（20）上，转轴（20）两端连接于轴承座（21）上；所述步进电机（13）的输出轴上设置有第一主动齿轮（18），第一主动齿轮（18）与转轴（20）上的第一从动齿轮（19）配合；所述对称设置的收纳盘（22）上的软管（10）汇总后与曝气机（5）的出气管道（23）连通，两侧的软管（10）中段均与绳缆绑定，所述船体（1）两侧设置有限位组件（12）将软管（10）与绳缆同时进行限位。
5.根据权利要求4所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述软管（10）绕过船体（1）两侧开槽（24）处的滚筒（25）与船体（1）底部的曝气头（11）相连；所述船体（1）两侧的限位组件（12）包括对称设置的限位件（36），限位件（36）为半圆形环状结构，两侧的限位件（36）通过螺栓紧固将软管（10）与绳缆同时进行限位；所述限位件（36）一侧通过弹簧（35）与连接杆（34）相连，连接杆（34）连接于船体（1）两侧。
6.根据权利要求1所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述H型垂直轴风力发电机（8）通过风机安装支架（9）安装于船体（1）上，所述风机安装支架（9）为四周开口的框型结构，所述风力发电机箱（30）位于风机安装支架（9）内，H型垂直轴风力发电机（8）的主轴穿过风机安装支架（9）顶板的轴承与辅助启动装置相连。
7.根据权利要求6所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述辅助启动装置包括辅助电机（31），辅助电机（31）设置于风机安装支架（9）上，辅助电机（31）竖直向上的输出轴上设置有第二主动齿轮（32），所述H型垂直轴风力发电机（8）的主轴上设置有第二从动齿轮（29），第二从动齿轮（29）与第二主动齿轮（32）相配合。
8.根据权利要求1所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述导气机构包括进风口（7），进风口（7）与通风管道（16）连通，通风管道（16）下端穿过船体（1）底板伸入水下。
9.根据权利要求8所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述进风口（7）为前端敞口的框型结构，进风口（7）的开口朝向船头且其前端设置有网状板（14），进风口（7）内设置有风扇（15）；所述通风管道（16）为Z字形结构，通风管道（16）穿过船体（1）底板上的套管（26）伸入水下，所述套管（26）的高度高于船舱的深度；所述通风管道（16）下端的出气口（17）位于船体（1）底板下方且出气口（17）朝向船尾。
10.根据权利要求9所述的一种可远程控制的清洁能源驱动曝气装置，其特征在于，所述进风口（7）分组设立与船头以及H型垂直轴风力发电机（8）的后方。
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