CN113671141B - 一种水库水环境模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水环境研究技术领域，尤其是涉及一种水库水环境模拟装置，包括存储罐、低压氮气瓶和高压氮气瓶，所述存储罐两侧的侧壁上分别连接有进水管和出水管，所述存储罐上设有用于排出存储罐内空气的排空机构；所述高压氮气瓶的输出端连接有进气管，所述进气管的另一端与存储罐的底部连接，所述进气管上安装有流量调节阀Ⅲ，所述高压氮气瓶内设有与进气管输出端连通的进气机构，所述存储罐的顶部连接有排气管，所述排气管上安装有流量调节阀Ⅳ。本发明可通过排空机构，将存储罐内的空气排出，避免水样与空气接触，通过进气机构对水样进行搅拌，进一步提升充氮效果，无需设置贯穿存储罐的转轴，保证了存储罐的密封性，便于水样长时间保存。

Description

一种水库水环境模拟装置
技术领域
本发明属于水环境研究技术领域，尤其是涉及一种水库水环境模拟装置。
背景技术
随着科学技术的发展和人们对水的开发和利用，一些中小型水库存在环境污染和富营养化潜在风险,为保护水库水环境，需定期对水库水进行取样检测，水库水样的检测结果，需能准确反应水质参数的浓度和指标，因此对水库水样进行检测时，需通过水环境模拟装置模拟水库相应深度的水环境，但是在储存水样的过程中容易引起水溶氧量发生变化，影响实验结果的准确性。
经检索，国家专利公开号为CN 103851767 B公开了一种水库水环境模拟装置，能够有效实时的对水库水环境进行模拟，提供实验所需要的水环境，保证实验数据准确；方案是，包括瓶体和氮气瓶，氮气瓶的一端接有进气管，进气管的另一端连接气体中转箱，气体中转箱上有多个出气口，气体中转箱上经其出气口连有多个出气软管，出气软管的另一端穿过瓶体连接在气体中转箱的出气口上，置于瓶体内部的出气软管上有多个出气孔，进气管上装有第一气体流量调节阀和第一压力表，瓶体上端套装有密封盖，密封盖上有与瓶体相通的排气管，排气管上装有第二气体流量调节阀，瓶体下端装有与其内腔相通的水龙头，瓶体侧缘面上部分上经空气管连通有压缩氮气瓶，空气管上装有第三气体流量调节阀和第二压力表。
上述方案存在以下不足之处：1、该方案通过瓶体对水样进行存储，初始时，瓶体内存在大量空气，将水样涌入瓶体中，会造成水样与空气接触，进一步引起水样溶氧量变化，对后期水样的水环境模拟处理造成影响；2、该方案通过搅拌轴带动搅拌叶转动，对瓶体内的水样进行搅拌，需手动操作，费时费力，或通过其他动力装置驱动，成本较高，且搅拌轴贯穿瓶体设置，难以保证瓶体的密封性，对水样进行长时间保存时，容易出现漏气泄压问题，影响瓶体内水环境的模拟效果，对实验结构造成影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术中提出的问题，提供一种模拟效果好且便于水样长时间储存的水库水环境模拟装置。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种水库水环境模拟装置，包括存储罐、低压氮气瓶和高压氮气瓶，所述存储罐两侧的侧壁上分别连接有进水管和出水管，所述存储罐上设有用于排出存储罐内空气的排空机构；
所述高压氮气瓶的输出端连接有进气管，所述进气管的另一端与存储罐的底部连接，所述进气管上安装有流量调节阀Ⅲ，所述存储罐内设有与进气管输出端连通的进气机构，所述存储罐的顶部连接有排气管，所述排气管上安装有流量调节阀Ⅳ。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述进水管和出水管上均设有启闭阀门。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述存储罐上安装有气压表。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述排空机构包括输气管、流量调节阀Ⅰ、排空管和流量调节阀Ⅱ，所述存储罐的顶部连接有输气管，所述输气管的另一端与低压氮气瓶的输出端连接，所述输气管上安装有流量调节阀Ⅰ，所述存储罐的底部连接有排空管，所述排空管上安装有流量调节阀Ⅱ。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述进气机构包括分流盘、进气腔、排气通道、旋转杆和搅拌叶片，所述进气管的输出端延伸至存储罐内并转动连接有分流盘，所述分流盘内设有进气腔，所述进气管与进气腔连通，所述进气腔的侧壁上设有若干排气通道，所述排气通道远离进气腔的一端开口设置在分流盘的周侧壁上，所述分流盘的上表面固定连接有两根旋转杆，所述旋转杆上安装有交错排列的搅拌叶片。
在上述的水库水环境模拟装置中，若干所述排气通道以分流盘的圆心环形阵列排布，并且所述排气通道呈扇叶状设置。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述进气腔内设置有风扇，所述风扇的旋轴上同轴固定连接有转轴，所述转轴的上端延伸至分流盘上方并固定连接有凸轮，所述分流盘的上表面滑动连接有摆动框，所述凸轮上的凸起与摆动框的内侧壁相抵滑动。
在上述的水库水环境模拟装置中，所述摆动框的上表面安装有铰接座，所述旋转杆铰接在铰接座上，两根所述旋转杆之间设有弹簧，所述弹簧的两端分别与两根旋转杆固定连接。
与现有的技术相比，本水库水环境模拟装置的优点在于：
1、本发明通过设置排空机构，在将水样输入存储罐前，可先将低压氮气瓶内的氮气输入存储罐内，利用向下排空气法，将存储罐内的空气排出，避免水样输入时，与存储罐内的空气接触，引起水样溶氧量变化，对后期水样的水环境模拟处理造成影响。
2、本发明通过设置分流盘和排气通道，在高压氮气瓶向存储罐内通入氮气时，以气流为动力，驱动分流盘转动，则排气通道转动，使得氮气的排出位置时刻发生变化，使充氮均匀；
并且分流盘转动时，可带动旋转杆转动，对水样进行搅拌，进一步提升充氮效果，相较于现有技术，无需设置贯穿存储罐的转轴，便于操作，降低成本，且保证了存储罐的密封性，避免出现漏气泄压问题，便于水样长时间保存。
3、本发明通过设置风扇、凸轮和摆动框，通入存储罐内的氮气流可带动风扇转动，继而通过凸轮转动带动摆动框往复移动，使得旋转杆的搅拌半径时刻发生变化，进一步提升对水样的搅拌效果，保证充氮均匀。
4、本发明通过设置弹簧，分流盘转动时，在离心力作用下，两根旋转杆向相互远离的方向偏转，使得弹簧拉伸，可通过流量调节阀Ⅲ调节进气管内氮气的流速，实现对分流盘转动速度的调节，使得旋转杆受到的离心力发生改变，偏转角度也随之改变，即可通过改变进气管内氮气的流速，实现调节旋转杆的转动搅拌位置的目的，便于根据存储罐内水样高度进行调节，提高搅拌效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种水库水环境模拟装置实施例1的结构示意图；
图2是本发明提供的一种水库水环境模拟装置实施例1的分流盘的俯视内部结构示意图；
图3是本发明提供的一种水库水环境模拟装置实施例2的分流盘的内部结构示意图；
图4是本发明提供的一种水库水环境模拟装置实施例2的摆动框的俯视结构示意图。
图中，1存储罐、2低压氮气瓶、3高压氮气瓶、4进水管、5出水管、6排空机构、7进气管、8流量调节阀Ⅲ、9进气机构、10排气管、11流量调节阀Ⅳ、12气压表、13输气管、14流量调节阀Ⅰ、15排空管、16流量调节阀Ⅱ、17分流盘、18进气腔、19排气通道、20旋转杆、21搅拌叶片、22风扇、23转轴、24凸轮、25弹簧、26摆动框、27铰接座。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例1
如图1-2所示，一种水库水环境模拟装置，包括存储罐1、低压氮气瓶2和高压氮气瓶3，存储罐1两侧的侧壁上分别连接有进水管4和出水管5，进水管4和出水管5上均设有启闭阀门，用于水库水样的输入和排出，存储罐1上安装有气压表12，用于对存储罐1内的压力进行，存储罐1上设有用于排出存储罐1内空气的排空机构6；
进一步的，高压氮气瓶3的输出端连接有进气管7，进气管7的另一端与存储罐1的底部连接，进气管7上安装有流量调节阀Ⅲ8，存储罐1内设有与进气管7输出端连通的进气机构9，存储罐1的顶部连接有排气管10，排气管10上安装有流量调节阀Ⅳ11，当存储罐1内的气压较高时，可通过排气管10和流量调节阀Ⅳ11对存储罐1内的气压进行调节。
具体的，排空机构6包括输气管13、流量调节阀Ⅰ14、排空管15和流量调节阀Ⅱ16，存储罐1的顶部连接有输气管13，输气管13的另一端与低压氮气瓶2的输出端连接，输气管13上安装有流量调节阀Ⅰ14，存储罐1的底部连接有排空管15，排空管15上安装有流量调节阀Ⅱ16；
在将水样输入存储罐1前，可先将低压氮气瓶2内的氮气由上方输气管13输入存储罐1内，因空气的平均密度大于氮气的密度，可利用向下排空气法，将存储罐1内的空气由下方排空管15排出，避免水样输入存储罐1时，与存储罐1内的空气接触，引起水样溶氧量变化，对后期水样的水环境模拟处理造成影响，低压氮气瓶2内存储的氮气压力较低，避免充入存储罐1内的氮气压力过高，导致水样难以进入的问题发生，也减小了氮气的使用量，降低成本。
具体的，进气机构9包括分流盘17、进气腔18、排气通道19、旋转杆20和搅拌叶片21，进气管7的输出端延伸至存储罐1内并转动连接有分流盘17，分流盘17内设有进气腔18，进气管7与进气腔18连通，进气腔18的侧壁上设有若干排气通道19，排气通道19远离进气腔18的一端开口设置在分流盘17的周侧壁上，分流盘17的上表面固定连接有两根旋转杆20，旋转杆20上安装有交错排列的搅拌叶片21。
需要注意的是，若干排气通道19以分流盘17的圆心环形阵列排布，并且排气通道19呈扇叶状设置，使得氮气由排气通道19流过时，给其一个扭转的反作用力，带动分流盘17转动，在高压氮气瓶3向存储罐1内通入氮气时，以气流为动力，驱动分流盘17转动，则排气通道19转动，使得氮气的排出位置时刻发生变化，使充氮均匀，并且分流盘17转动时，可带动旋转杆20转动，对水样进行搅拌，进一步提升充氮效果，相较于现有技术，无需设置贯穿存储罐1的转轴，便于操作，降低成本，且保证了存储罐1的密封性，避免出现漏气泄压问题，便于水样长时间保存。
整体的工作原理为，使用时，在将水样输入存储罐1前，先打开流量调节阀Ⅰ14和流量调节阀Ⅱ16，将低压氮气瓶2内的氮气由上方输气管13输入存储罐1内，因空气相对分子质量为29，氮气的相对分子质量为28，空气比氮气较重，可利用向下排空气法，将存储罐1内的空气由下方排空管15排出，避免水样输入存储罐1时，与存储罐1内的空气接触，引起水样溶氧量变化，对后期水样的水环境模拟处理造成影响，存储罐1内的空气排尽后，首先关闭流量调节阀Ⅰ14，当存储罐1内的气压与外界大气压一致后，再关闭流量调节阀Ⅱ16，避免充入存储罐1内的氮气压力过高，导致水样难以进入的问题发生。
通过进水管4向存储罐1内通入水库水样，打开流量调节阀Ⅲ8，通过高压氮气瓶3向存储罐1充氮，对存储罐1内的水样形成负压，模拟深水压力，当气压表12达到限定值后，关闭流量调节阀Ⅲ8，高压氮气瓶3向存储罐1内通入氮气时，以气流为动力，驱动分流盘17转动，则排气通道19转动，使得氮气的排出位置时刻发生变化，使充氮均匀，并且分流盘17转动时，可带动旋转杆20转动，对水样进行搅拌，进一步提升充氮效果，相较于现有技术，无需设置贯穿存储罐1的转轴，便于操作，降低成本，且保证了存储罐1的密封性，避免出现漏气泄压问题，便于水样长时间保存。
实施例2
如图3-4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：进气腔18内设置有风扇22，风扇的迎风面与进气管7的输出端正对，使得氮气流可吹动风扇22转动，风扇22的旋轴上同轴固定连接有转轴23，转轴23的上端延伸至分流盘17上方并固定连接有凸轮24，分流盘17的上表面滑动连接有摆动框26，凸轮24上的凸起与摆动框26的内侧壁相抵滑动，凸轮24转动时可通过凸起推动摆动框26往复摆动。
摆动框26的上表面安装有铰接座27，旋转杆20铰接在铰接座27上，两根旋转杆20之间设有弹簧25，弹簧25的两端分别与两根旋转杆20固定连接。
在本实施例中，通入存储罐1内的氮气流可带动风扇22转动，继而通过凸轮24转动带动摆动框26往复移动，使得旋转杆20的搅拌半径时刻发生变化，进一步提升对水样的搅拌效果，保证充氮均匀；
分流盘17转动时，在离心力作用下，两根旋转杆20向相互远离的方向偏转，使得弹簧25拉伸，可通过流量调节阀Ⅲ8调节进气管7内氮气的流速，实现对分流盘17转动速度的调节，使得旋转杆20受到的离心力发生改变，偏转角度也随之改变，即可通过改变进气管7内氮气的流速，实现调节旋转杆20的转动搅拌位置的目的，便于根据存储罐1内水样高度进行调节，提高搅拌效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水库水环境模拟装置，包括存储罐(1)、低压氮气瓶(2)和高压氮气瓶(3)，其特征在于，所述存储罐(1)两侧的侧壁上分别连接有进水管(4)和出水管(5)，所述存储罐(1)上设有用于排出存储罐(1)内空气的排空机构(6)；
所述高压氮气瓶(3)的输出端连接有进气管(7)，所述进气管(7)的另一端与存储罐(1)的底部连接，所述进气管(7)上安装有流量调节阀Ⅲ(8)，所述存储罐(1)内设有与进气管(7)输出端连通的进气机构(9)，所述存储罐(1)的顶部连接有排气管(10)，所述排气管(10)上安装有流量调节阀Ⅳ(11)；
所述进气机构(9)包括分流盘(17)、进气腔(18)、排气通道(19)、旋转杆(20)和搅拌叶片(21)，所述进气管(7)的输出端延伸至存储罐(1)内并转动连接有分流盘(17)，所述分流盘(17)内设有进气腔(18)，所述进气管(7)与进气腔(18)连通，所述进气腔(18)的侧壁上设有若干排气通道(19)，所述排气通道(19)远离进气腔(18)的一端开口设置在分流盘(17)的周侧壁上，所述分流盘(17)的上表面固定连接有两根旋转杆(20)，所述旋转杆(20)上安装有交错排列的搅拌叶片(21)；
若干所述排气通道(19)以分流盘(17)的圆心环形阵列排布，并且所述排气通道(19)呈扇叶状设置；
所述进气腔(18)内设置有风扇(22)，所述风扇(22)的旋轴上同轴固定连接有转轴(23)，所述转轴(23)的上端延伸至分流盘(17)上方并固定连接有凸轮(24)，所述分流盘(17)的上表面滑动连接有摆动框(26)，所述凸轮(24)上的凸起与摆动框(26)的内侧壁相抵滑动；
所述摆动框(26)的上表面安装有铰接座(27)，所述旋转杆(20)铰接在铰接座(27)上，两根所述旋转杆(20)之间设有弹簧(25)，所述弹簧(25)的两端分别与两根旋转杆(20)固定连接。
2.根据权利要求1所述的水库水环境模拟装置，其特征在于，所述进水管(4)和出水管(5)上均设有启闭阀门。
3.根据权利要求1所述的水库水环境模拟装置，其特征在于，所述存储罐(1)上安装有气压表(12)。
4.根据权利要求1所述的水库水环境模拟装置，其特征在于，所述排空机构(6)包括输气管(13)、流量调节阀Ⅰ(14)、排空管(15)和流量调节阀Ⅱ(16)，所述存储罐(1)的顶部连接有输气管(13)，所述输气管(13)的另一端与低压氮气瓶(2)的输出端连接，所述输气管(13)上安装有流量调节阀Ⅰ(14)，所述存储罐(1)的底部连接有排空管(15)，所述排空管(15)上安装有流量调节阀Ⅱ(16)。
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