CN117822532A - 一种定点停泊的藻类清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定点停泊的藻类清理装置，包括保护罩、设置在保护罩内的超声波组件，所述保护罩上安装有警示灯与信号收发天线，还包括设置在保护罩底部的浮体箱，所述浮体箱上还安装有定位机构，所述定位机构包括拉绳、收卷单元和定位锚，所述定位锚包括锚杆，所述拉绳固定安装在锚杆上，所述锚杆侧面转动安装有锚爪，所述锚爪靠近承载轴的一侧固定安装有挡块，所述锚杆内滑动安装有限位块，所述锚杆内安装有用于带动限位块移动的驱动件。除藻装置需要移动时，驱动件带动限位块与挡块分离，此时锚爪相对锚杆处于转动设置，在拉绳拉动定位锚时，锚爪将逐渐移动至与锚杆趋近于平行，方便对定位锚的回收，提高回收效率。

Description

一种定点停泊的藻类清理装置

技术领域

本发明涉及环保设备技术领域，具体涉及一种定点停泊的藻类清理装置。

背景技术

随着越来越多的氮、磷等污染物进入水体，加剧了河流、湖泊、河口和近海的富营养化进程，导致藻类的大量繁殖和水华的形成。而微藻通过异常增殖覆盖于水面，恶化水质，散发异味，降低溶氧，释放藻毒素，严重破坏了生态系统功能，对饮用水安全和人类健康构成巨大威胁。因此，控制和治理微藻，是江河湖库生态治理迫切需要解决的难题。

目前，除藻一般采用物理法、化学法、生物法或组合工艺法，但上述方法存在形成二次污染、工艺复杂、耗时费工和成本较高的缺点。超声波除藻技术因其经济高效、绿色环保等优点而具有广阔的市场前景，利用超声波在水中传播过程中产生的多种效应（如空化效应、机械效应及自由基氧化效应等），对微藻细胞的伪空胞产生破坏，使其失去浮力下沉，进而抑制光合作用，最终导致藻类的凋亡。

但是在江河或者湖泊中的水为活水，随着风力的吹动或者地势的走向水会发生流动，存在波澜，所以在放置除藻设备时，需要对除藻设备进行定位，一方面，防止除藻设备移动至岸边发生碰撞受损，另一方面，减小除藻设备四处移动，使得所覆盖的区域除藻程度不足。

传统的定位方式是通过在除藻设备上设置定位锚，定位锚与河床的相互作用力，使除藻设备停留在当前水域。而上述方式在需要挪移除藻设备时，需先将除藻设备移动至于定位锚正上方，使定位锚所受到拉力为竖直向上才能将定位锚拉出河床。

但定位锚位于河流湖泊中，如果水面不够清澈，处于水底的定位锚具体位置难以观察，进而需要不断调整除藻设备，使其移动至定位锚正上方，操作较为复杂。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种定点停泊的藻类清理装置，方便对定位锚进行起锚回收。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定点停泊的藻类清理装置，包括保护罩、设置在保护罩内的超声波组件，所述保护罩上安装有警示灯与信号收发天线，还包括设置在保护罩底部的浮体箱，所述浮体箱上还安装有定位机构，所述定位机构包括拉绳、收卷单元和定位锚，所述拉绳一端绕卷在收卷单元上，所述拉绳另一端固定安装有定位锚，所述定位锚位于浮体箱下侧；

所述定位锚包括锚杆，所述拉绳固定安装在锚杆上，所述锚杆侧面转动安装有锚爪，所述锚爪靠近承载轴的一侧固定安装有挡块，所述锚杆内滑动安装有限位块，所述锚杆内安装有用于带动限位块移动的驱动件，当收卷单元释放拉绳时，限位块与挡块抵接，锚爪相对锚杆静止设置，当收卷单元收卷拉绳时，限位块与挡块不接触，锚爪相对锚杆转动设置。

进一步的，还包括安装在浮体箱底部的监测组件，监测组件包括固定安装在浮体箱上的叶绿素a传感电极和蓝绿藻传感电极。

进一步的，所述锚杆底部开设有安置槽，所述限位块滑动设置在安置槽内，所述锚杆侧面开设有与锚爪相对应的定位槽，所述定位槽内壁固定安装有定位轴，所述锚爪转动安装在定位轴上。

进一步的，所述驱动件为安装在安置槽内安装有电动推杆，所述电动推杆包括固定套杆与移动杆，固定套杆与移动杆其中一个和安置槽内壁固定连接，另一个与限位块固定连接。

进一步的，所述收卷单元包括转动设置在保护罩内的收卷盘，所述拉绳远离定位锚的一端绕卷在收卷盘上，所述收卷盘上安装有带动收卷盘转动的第一电机。

进一步的，所述浮体箱中部沿竖直方向设置有用于拉绳穿过的贯穿孔，所述贯穿孔内壁转动安装有滚筒，所述滚筒内壁固定安置有螺纹条板，所述螺纹条板上固定安装有多个刷毛，所述刷毛与拉绳接触，所述滚筒外侧壁上固定安装有齿圈，所述浮体箱上固定安装有第二电机，所述第二电机输出轴上固定安装有与齿圈啮合的齿轮。

进一步的，所述监测组件外安装有电极防护罩，所述防护罩表面开设有多个进水孔。

所述保护罩上安装有太阳能板，所述保护罩内安装有蓄电池，所述蓄电池与太阳能板电线号连接。

进一步的，所述保护罩内还安装有控制器，所述超声波组件、警示灯、信号收发天线、驱动件、监测组件、第一电机、第二电机和蓄电池均与控制器电信号连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：当除藻装置需要定位，收卷单元释放拉绳时，驱动件带动限位块向下移动，限位块推动挡块与锚爪相对锚杆转动，直至锚爪与锚杆之间达到预设角度，并使锚爪相对锚杆静止，从而在定位锚与河床接触后，随除藻设备移动，定位锚受力，锚爪将逐渐深入河床内，从而完成除藻装置的限位操作，而当除藻装置需要移动时，驱动件带动限位块与挡块分离，此时锚爪相对锚杆处于转动设置，在拉绳拉动定位锚时，锚爪将逐渐移动至与锚杆趋近于平行，从而河床对定位锚的作用力大大降低，方便拉绳拉出定位锚，也就是方便对定位锚的回收，进而无需移动除藻设备至定位锚正上方，提高回收效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构剖视图；

图3为本发明定位锚结构示意图；

图4为本发明定位锚结构仰视图；

图5为本发明定位锚收缩示意图；

图6为本发明定位锚结构剖视图；

图7为本发明监测组件结构示意图；

图8为本发明收卷单元结构示意图；

图9为本发明在图8中B处结构示意图；

图10为本发明在图2中A处结构示意图。

图中：1、保护罩；2、超声波组件；3、浮体箱；31、贯穿孔；32、导向管；33、滚筒；34、螺纹条板；35齿圈；36、第二电机；37、齿轮；4、定位机构；41、拉绳；42、收卷单元；421、收卷盘；422、第一电机；423、支撑柱；424、滚珠；425、环形槽；43、定位锚；431、锚杆；432、锚爪；433、挡块；434、限位块；435、驱动件；436、安置槽；437、定位槽；438、定位轴；5、控制器；6、警示灯；7、信号收发天线；8、叶绿素a传感电极；9、蓝绿藻传感电极；10、电极防护罩；11、进水孔；12、太阳能板。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本实施例提供一种定点停泊的藻类清理装置，包括保护罩1、设置在保护罩1内的超声波组件2与控制器5，超声波组件2用于清除藻类，保护罩1上安装有警示灯6与信号收发天线7，还包括设置在保护罩1底部的浮体箱3。

其中超声波组件2包括plc、超声波控制器（型号：杭州瑞利超声科技有限公司RLC-UC100）、数据采集传输模块和超声波换能器（型号：杭州瑞利超声科技有限公司RLC-UC100，水中作用距离约为150~200m）。

此外，本实施例的除藻装置上也可加装GPS模块（图未示）来对该装置的位置进行定位跟踪，为方便随时行驶至目标水域。

藻类清除装置是利用超声波组件2所发出的超声波在水中传播过程中产生的多种效应（如空化效应、机械效应及自由基氧化效应等），对微藻细胞的伪空胞产生破坏，使其失去浮力下沉，进而抑制光合作用，最终导致藻类的凋亡。

具体情况为，在需要对河流或者湖泊进行除藻工作时，将除藻装置放置在对应除藻的区域，因浮体箱3的存在，使保护罩1漂浮在水面上，不至于沉入水底，方便信号收发天线7的信号接收与发送。在信号收发天线7接收信号后，将电信号传输至控制器5，控制器5传输电信号至超声波组件2，超声波组件2发出超声波，对目标水域进行除藻。

请参阅图1、图2和图7，为方便对目标水域的藻密度进行监测。还包括安装在浮体箱3底部的监测组件，监测组件包括固定安装在浮体箱3上的叶绿素a传感电极8（型号：杭州纳清光电科技有限公司OSA-ChlA）和蓝绿藻传感电极9（型号：杭州纳清光电科技有限公司OSA-Cyano）。本实施例中，叶绿素a传感电极8和蓝绿藻传感电极9浸没在水面以下，通过叶绿素a传感电极8来实时监测目标水体的叶绿素a浓度，配合通过蓝绿藻传感电极9来实时监测目标水体的藻密度。当目标水域的藻密度达到设定值时，监测组件发送电信号至控制器5，控制器5控制信号收发天线7发出信号，用于提示工作人员及时将除藻装置更换待清理水域，同时也可以通过监测组件监测当前范围内水域藻类密度，当达到阀值时，超声波组件2开始除藻工作。

请参阅图1、图2和图7，为减水中杂物（如鱼类、随水流流动的浮木等）对监测组件的影响与破坏。监测组件外安装有电极防护罩10，电极防护罩10固定安装在浮体箱3上，电极防护罩10表面开设有多个进水孔11。目标水域的水可以通过进水孔11流动至监测组件进行检测，从而减小水中动物或者杂物对监测组件的影响与破坏。

其中需要注意的是，江河或者湖泊中的水为活水，随着风力的吹动或者地势的走向水会发生流动，所以在放置除藻装置时，需要对除藻设备进行定位固定。传统的定位方式是人工在江河或者湖泊河床上安装定位桩，然后通过拉绳连接度定位桩与除藻设备，从而实现对除藻设备的定位，整个过程不仅繁琐，耗时教长，而且人工水下安装定位桩也不方便，取出也更为麻烦。

请参阅图1和图2，为解决上述技术问题。浮体箱3上还安装有定位机构4，定位机构4包括拉绳41、收卷单元42和定位锚43，拉绳41一端绕卷在收卷单元42上，拉绳41另一端与定位锚43固定连接，定位锚43位于浮体箱3下侧。

在需要对除藻装置进行定位时，首先将除藻装置移动至目标区域范围内，测量得知当前水域深度，然后通过收卷单元42将绕卷的拉绳41逐渐释放，进而定位锚43带着拉绳41一端在定位锚43的重力作用下逐渐向下水下移动，直至与定位锚与河床接触，然后再放卷一段距离的拉绳41，使浮体箱3在受到水面波澜，或者风的吹动在水面漂浮移动时，通过拉绳41对定位锚43产生拉力，其中拉绳41拉直后与水平面呈倾斜角度，从而在定位锚43受力过程中，定位锚43受到一个倾斜方向的力，将受力插入河床内部，并逐渐深入河床内部，使河床对定位锚43的反作用力也就是阻力逐渐增大，直至定位锚43无法轻易移动，从而使整个除藻装置无法轻易移动，进而实现对除藻装置的定位。

当需要移动除藻装置时，也就是收回定位锚43时，通过收卷单元42对拉绳41进行收卷，进而使得拉绳41对定位锚43产生拉力，从而完成对定位锚43的回收。

需要注意的是，因定位锚43与浮体箱3不在同一竖直方向上，从而如果直接通过收卷单元42收卷拉绳41，进而拉动定位锚43时，定位锚43受力还是会逐渐深入河床底部，从而无法回收，需要先将浮体箱3移动至于定位锚43正上方，使定位锚43所受到拉绳41的拉力竖直向上才能将定位锚43拉出河床，然后才能进行回收。

但定位锚43位于河流湖泊中，无法进行定位，从而难以将浮体箱3移动至定位锚43正上方，需要不断调整浮体箱3位置与拉绳41在水中相对竖直方向上的倾斜角度来确定定位锚43的位置，难以观测，较为不便。

请参阅图1、图2、图3、图4和图6，为解决上述技术问题。定位锚43包括锚杆431，拉绳41固定安装在锚杆431上，锚杆431侧面转动安装有锚爪432，锚爪432靠近承载轴的一侧固定安装有挡块433，锚杆431内滑动安装有限位块434，锚杆431内安装有用于带动限位块434移动的驱动件435，当收卷单元42释放拉绳41时，限位块434与挡块433抵接，锚爪432相对锚杆431静止设置，当收卷单元42收卷拉绳41时，限位块434与挡块433不接触，锚爪432相对锚杆431转动设置。

当除藻装置需要定位，收卷单元42释放拉绳41时，驱动件435带动限位块434向下移动，此时部分挡块433位于下限位块434正下方，从而限位块434移动过程中先与挡块433接触，再推动挡块433与锚爪432相对锚杆431转动，直至锚爪432与锚杆431之间达到预设角度（也就是40度到70度夹角）时，限位块434才停止移动，如图3所示，此时限位块434完全抵接挡块433，挡块433将无法转动，使挡块433相对锚杆431静止，也就是锚爪432相对锚杆431静止，从而在定位锚43与河床接触后，再拉动定位锚43，锚爪432将逐渐深入河床内，从而完成除藻装置的定位操作，而当除藻装置需要移动时，驱动件435带动限位块434与挡块433分离，此时锚爪432相对锚杆431处于转动设置，在拉绳41拉动定位锚43时，锚爪432与锚杆431之间的夹角逐渐增大，直至锚爪432与锚杆431之间的夹角趋近于180度，如图5所示，从而在定位锚43受拉时，定位锚43将不会再深入河床，从而河床对定位锚43的作用力大大降低，从而方便拉绳41拉出定位锚43，方便对定位锚43的回收，而无需移动浮体箱3至定位锚43正上方，提高回收效率。

请参阅图3、图4和图6，锚杆431底部开设有安置槽436，限位块434滑动设置在安置槽436内，锚杆431侧面开设有与锚爪432相对应的定位槽437，定位槽437内壁固定安装有定位轴438，锚爪432转动安装在定位轴438上。

请参阅图3和图6，驱动件435为安装在安置槽436内安装有电动推杆，拉绳41内包裹有电线，电线一端与电动推杆电连接，电线另一端与控制器5电连接，电动推杆包括固定套杆与移动杆，固定套杆与移动杆其中一个和安置槽436内壁固定连接，另一个与限位块434固定连接。

通过控制器5控制电动推杆伸缩，从而控制限位块434的移动，进而实现对锚爪432的控制，方便对定位锚43的回收。

请参阅图1和图2，收卷单元42包括转动设置在保护罩1内的收卷盘421，拉绳41远离定位锚43的一端绕卷在收卷盘421上，收卷盘421上安装有带动收卷盘421转动的第一电机422，电机与控制器5电信号连接。

通过电机带动收卷盘421转动，当需要对除藻装置定位时，第一电机422带动收卷盘421顺时针转动，使得收卷盘421上的拉绳41释放，在定位锚43的重力作用下，拉绳41逐渐脱离收卷盘421，直至定位锚43接触河床，再释放一段拉绳41，当需要对拉绳41进行收卷时，第一电机422带动收卷盘421逆时针转动，收卷盘421对拉绳41进行收卷，进而拉动定位锚43向浮体箱3的方向移动，从而完成对定位锚43的回收。

请参阅图1、图2、图8和图9，浮体箱3靠近收卷盘421的一侧固定安装有用于支撑收卷盘421的支撑柱423，支撑柱423靠近收卷盘421的一侧转动安装有滚珠424。

通过支撑柱423与滚珠424，从而对收卷盘421进行支撑，进而减小收卷盘421与浮体箱3之间的摩擦力，方便收卷盘421的转动。

收卷盘421下侧开设有环形槽425，环形槽425轴心与收卷盘421轴心重合，滚珠424与部分支撑柱423位于环形槽425内。通过环形槽425与支撑柱423限制收卷盘421的移动，防止收卷盘421在转动过程中发生径向偏移，同时确保收卷盘421轴线与第一电机422输出轴轴线重合，减小第一电机422输出轴所受到的径向力，保护第一电机422的输出轴。

其中拉绳41在拉动浮体箱3与保护罩1时，如果拉绳41的作用力位于保护罩1或者浮体箱3侧面，则除藻装置在河流或者湖泊中移动受力时，拉绳41的拉力容易导致保护罩1出现侧翻的情况，从而影响除藻装置的除藻功能。

请参阅图1、图2和图7，为解决上述技术问题。浮体箱3中部沿竖直方向设置有贯穿孔31，拉绳41穿过贯穿孔31至收卷盘421边缘，从而收卷盘421边缘延伸至收卷盘421中部。

拉绳41通过收卷盘421边缘处沿着收卷盘421下侧延伸至贯穿孔31上侧，然后由贯穿孔31上侧延伸至贯穿孔31下侧伸出，（其中贯穿孔31下侧位于浮体箱3底部中部），然后连接至定位锚43，从而在定位锚43与河床固定时，拉绳41对除藻装置的拉力将作用至浮体箱3底部，相对于拉绳41的拉力作用至浮体箱3侧面或者保护罩1侧面，上述方式将减小浮体箱3与保护罩1侧翻的风险。

请参阅图1、图2和图8，其中拉绳41与收卷盘421边缘处接触，在拉绳41移动，收卷盘421转动过程中拉绳41容易产生磨损。为减小拉绳41的磨损，浮体箱3上侧固定安装有导向管32，拉绳41穿过导向管32，导向管32一端弯曲延伸至贯穿孔31内，导向管32位于贯穿孔31的一端轴线与贯穿孔31轴线平行，导向管32另一端延伸至收卷盘421边缘处。

在除藻装置定位好后，拉绳41长时间处于水中，从而拉绳41表面上容易附着一些水草、藻类或者螺丝等异物，在拉绳41收卷过程中，拉绳41上的异物容易随拉绳41收卷至收卷盘421中，一方面容易导致大量藻类随着除藻设备移动至其他干净区域，造成污染，另一方面，容易造成保护罩1内的设备腐蚀。

请参阅图1、图2和图10，为解决上述技术问题。贯穿孔31内壁转动安装有滚筒33，滚筒33内壁固定安置有螺纹条板34，螺纹条板34上固定安装有多个刷毛，刷毛与拉绳41接触，滚筒33外侧壁上固定安装有齿圈35，浮体箱3上固定安装有第二电机36，第二电机36输出轴上固定安装有与齿圈35啮合的齿轮37，第二电机36与控制器5电信号连接。

无论是拉绳41的释放与收卷的过程中，第二电机36均带动齿轮37单向转动，使得齿轮37通过齿圈35带动滚筒33单向转动，进而使滚筒33内的螺纹条板34上的刷毛绕滚筒33轴向转动，其中刷毛转动时，因螺纹条板34为螺旋状，从而刷锚不仅仅对拉绳41产生切向力，同时对拉绳41产生竖直向下的力，也就是刷毛对拉绳41产生螺旋向下的力；一方面，在拉绳41向下移动时，为拉绳41提供向下的牵引力，在定位锚43的重力基础上再施加一个牵引力，减小拉绳41出现卡壳的现象，另一方面，在拉绳41收卷过程中，也就是拉绳41向上移动时，清理拉绳41表面异物，同时将异物向下输送，也就是清理后的异物排送至贯穿孔31外，减少所除藻设备所携带的藻类。

请参阅图1、图2和图7，其中为保持除藻设备的电力充足与自给自足，保护罩1上安装有太阳能板12，保护罩1内安装有蓄电池，蓄电池与太阳能板12电线号连接，蓄电池为控制器提供电力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种定点停泊的藻类清理装置，包括保护罩（1）、设置在保护罩（1）上的除藻机构，还包括设置在保护罩（1）底部的浮体箱（3），所述浮体箱（3）上还安装有定位机构（4），其特征在于，所述定位机构（4）包括拉绳（41）、收卷单元（42）和定位锚（43）；

所述定位锚（43）包括锚杆（431），所述拉绳（41）固定安装在锚杆（431）上，所述锚杆（431）侧面转动安装有锚爪（432），所述锚爪（432）靠近锚杆（431）的一侧固定安装有挡块（433），所述锚杆（431）内滑动安装有限位块（434），所述锚杆（431）内安装有用于带动限位块（434）移动的驱动件（435），当收卷单元（42）释放拉绳（41）时，限位块（434）与挡块（433）抵接，锚爪（432）相对锚杆（431）静止设置，当收卷单元（42）收卷拉绳（41）时，限位块（434）与挡块（433）不接触，锚爪（432）相对锚杆（431）转动设置，部分挡块（433）位于限位块（434）正下方。

2.根据权利要求1所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，还包括安装在浮体箱（3）底部的监测组件，监测组件包括固定安装在浮体箱（3）上的叶绿素a传感电极（8）和蓝绿藻传感电极（9）。

3.根据权利要求1所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述锚杆（431）底部开设有安置槽（436），所述限位块（434）滑动设置在安置槽（436）内，所述锚杆（431）侧面开设有与锚爪（432）相对应的定位槽（437），所述定位槽（437）内壁固定安装有定位轴（438），所述锚爪（432）转动安装在定位轴（438）上。

4.根据权利要求3所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述驱动件（435）为安装在安置槽（436）内的电动推杆，所述电动推杆包括固定套杆与移动杆，固定套杆与移动杆其中一个和安置槽（436）内壁固定连接，另一个与限位块（434）固定连接。

5.根据权利要求4所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述收卷单元（42）包括转动设置在保护罩（1）内的收卷盘（421），所述拉绳（41）远离定位锚（43）的一端绕卷在收卷盘（421）上，所述收卷盘（421）上安装有带动收卷盘（421）转动的第一电机（422）。

6.根据权利要求5所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述浮体箱（3）中部沿竖直方向设置有用于拉绳（41）穿过的贯穿孔（31），所述贯穿孔（31）内壁转动安装有滚筒（33），所述滚筒（33）内壁固定安置有螺纹条板（34），所述螺纹条板（34）上固定安装有多个刷毛，所述刷毛与拉绳（41）接触，所述滚筒（33）外侧壁上固定安装有齿圈（35），所述浮体箱（3）上固定安装有第二电机（36），所述第二电机（36）输出轴上固定安装有与齿圈（35）啮合的齿轮（37）。

7.根据权利要求2所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述监测组件外安装有电极防护罩（10），所述电极防护罩（10）表面开设有多个进水孔（11）。

8.根据权利要求6或7其中之一所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述保护罩（1）上安装有太阳能板（12），所述保护罩（1）内安装有蓄电池。

9.根据权利要求8所述的定点停泊的藻类清理装置，其特征在于，所述保护罩（1）内还安装有控制器（5），所述驱动件（435）、监测组件、第一电机（422）、第二电机（36）和蓄电池均与控制器（5）电信号连接。