CN2903041Y - 耕水机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转式叶轮机械，特别涉及一种可应用于养殖、环保领域改善水质的旋转式叶轮机械。一种耕水机，用于改善水质，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片低速旋转。所述辐条为一悬浮体。所述旋转速度在每分钟5转以下。所述驱动源安装在一悬浮体上。所述叶片最大外径大于等于1米。本实用新型能把大量的水从水底都导入水面，形成循环水流，且节约能源。

Description

耕水机

技术领域

本实用新型涉及一种旋转式叶轮机械，特别涉及一种可应用于养殖、环保领域改善水质的旋转式叶轮机械。

背景技术

目前，我们经常听到这样的抱怨，“我们想要使水池的水清澈透明，防止池底腐坏，消除恶臭气味和预防蓝藻的发生，但是到现在我们都无从下手”。事实也是这样，在我国象杭州西湖、武汉东湖、云南滇池等湖泊的治理，国家花了大量的人力、物力，使用各种方法，到目前为止都还没有成功的案例。

现在，为了解决水底腐败的问题基本都是利用水泵、水车、喷流式曝气机等向水中吹入空气，都属于空气曝气装置。如果只是小庭院式水池的水和少量的产业废水，按这些常规方法我们就可以处理了；但是针对大型养殖池及公园里的景观池、水库、湖泊、沼泽、入海口区域的水净化，就是很大的难题。比如说，为防止面积为10万平方米，水深为10米的水库中的水腐烂，需要将深处10米的水底水通过一种设备翻腾上来，使水面与水底没有温度差，使整个水库达到有氧状态；恐怕现在还没有开发这样大型的充氧流体设备机器。即使有，采用这种方法消耗的电力也是难以想象的，因此目前这些常规的方法是行不通的。

同时这种把水掀起，向水中注入细气泡，虽然增强了水的冲击力，但既浪费电力又破坏水中的微生物。本来，微生物体的植物浮游生物和动物性浮游生物等，在太阳紫外线的照射下产生凝集，并产生氧气，使水中的溶氧量增加，起到水的净化剂的作用；同时这些微生物体也是水中的虫、小鱼、幼鱼等生育时所需的饵料。现在由于增氧机等空气曝气装置带来强的振动，发出超声波，冲洗了鱼类的保护膜，将杂菌散布在水中，促使杂菌感染生长，这样就破坏了生态系统，结果就是发生了鱼病。因此更进一步的说明只是考虑向水中供给气体的常规做法，是得不到效果的。

可以说至今为止的做法——用电力强行把水掀起供氧，打乱了自然特有的自然净化原理，无视自然的力量——通过向水面吹风和太阳光及产生的植物浮游生物，能够保证向水中供氧。用电力强行把水掀起供氧，如果，加快水流速，电力消耗将按其流速3次方的比例增长。但是，即使消耗了大量电力得到的效果的仅是扬起水面的一部分水，水底部分是没有效果的，底水照样停滞不前，造成缺氧状态，解决不了腐烂和恶臭的状态。

拥有纯净的水是人类生活的愿望，想办法找出更好的技术、用简单省能源无浪费的技术引导自然的力量净化活水是我们唯一能做的事。

众所周知，发生水腐败的根源是水的滞留、氧气没有散布到水底导致水底腐败不能养殖鱼介类。因此，不能顺利地生成食物链，浮游生物发生异常，使水混浊；进而遮住太阳光，由于光不足以使水底的光合成，丧失了机能，不能正常生成氧气，所以越是缺氧水质越是腐败。这是水池、湖泊、水库和入海口腐败的原因构成。

但是，地球却是例外。从宇宙俯瞰地球是一个圆水槽，地球的水就是滞留在水槽的水。如果把它放置的话，像水库那样腐败，是理所当然的，但是其实不然。经过数亿年的洗礼，今天地球的水还是清彻透明的。其实，地球什么都没有做，既没有用水泵把掀起喷水，又没有水车增氧的转动，更没有投入巨大的电力用在压缩机增氧。

地球上，风静静地吹着水面的水，把深层水从水底导出水面，通过太阳照射和风的吹拂又导入水底反复循环，太阳光能使植物性浮游生物生成氧气，培育动物性浮游生物和鱼介类；由于这些生命体的作用被分解产生的氨气和臭气在风的作用下(换气作用)向水面散发；水中的浮游杂菌被太阳紫外线的消除后，整个水域能养殖成健康的鱼介类；食物链形成的同时达到净化水的效果。可以说，地球仅用风持续耕水把海洋从腐败中解救出来。这是地球经过数十亿年永年岁月的证明，教给我们的，也让我们学到了“自净原理”。

用耕水来确定生态体系，重要的不是单纯往水中增加氧，而是顺利生成食物链，达到水的净化目的。浩瀚的大海用风来耕水，而在湖泊、入海口的闭塞处水域、深水库和水池的时候不能依靠风，必须要人为的非强烈冲击的耕水。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于改善水质的旋转式叶轮机械，其能够把大量的水从水底导入水面，形成循环水流。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种耕水机，用于改善水质，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片低速旋转。

所述辐条为一悬浮体。

所述驱动源安装在一悬浮体上。

所述驱动源通过一连杆绕一支点移动。

所述支点也为一悬浮体，所述支点通过一锚栓相对固定在水面上。

所述旋转速度在每分钟30转以下。

所述旋转速度在每分钟10转以下。

所述旋转速度在每分钟5转以下。

所述叶片最大外径大于等于1米。

由于在实际使用状态下，所述耕水机的所述辐条浮在水面上绕旋转轴缓慢的转动，叶片轻轻地耕着水，旋转的水面的水移开，水底的水按纵向上移，在水面掀起很大的水流，所述辐条使水流向水面呈放射状扩展，然后风把水波流向远的水面，逐渐被水面的水埋没回到水底；然后又随着上升水流一起返回耕水机的旋转中心，重复一个流动循环。本实用新型能把大量的水从水底都导入水面，形成循环水流，且节约能源。

下面从如一三个方面阐述为什么本实用新型能够到达上述目的。

一、通过如图1所示的数学模型介绍一下本实用新型为什么能够节能：

假设：R是从旋转轴中心到所述叶片最大外径的距离，ω表示叶片旋转的角速度，水流的循环水量Q，电力效率η(1瓦循环的水量)，所述叶片的长度k1*R，宽度k2*R。当所述叶片匀速旋转时，循环水量Q等于叶片的面积乘以平均速度k3*ωR，k1、k2、k3、K、k为是叶片的形式决定的常数。

即Q＝k1*RXk2*RXk3*(ωR)＝k1k2k3*ωR³＝KωR³

在此过程中电动机所做的功为P＝F*s＝m*a*s＝ρv g*a*s

                                ＝ρQg*(ω²R)*(k3R)

η＝Q/P＝1/ρg*(ω²R)*(k3R)＝{1/(ρg k3)}*{1/(ωR)²}

                           ＝k{1/(ωR)²}〔m³/分W〕

根据上述表达式，增大R，循环水量Q也会增加。这样电力效率η就会降低，耕水时就要消耗大的电量。假设R保持不变，叶片旋转的角速度ω变小，即让(ωR)变小，电力效率就会提高。

例如：假设叶片形状一定，当R为1米时，叶片旋转的角速度ω为1分钟2转时，电力效率为1.4k〔m³/分W〕，1分钟循环水量Q为13K(m³/分)。这样，所需要的电力仅是9.3K/k(W)。

如果按照以前快速旋转搅动水的方式增氧，当R为0.23米时，要达到相同的循环水量，在保证水不会到处飞溅的前提下，最少叶片1分钟170转。叶片以这样速度快速回转，即使R很小，其电力效率也下降为0.0037k〔m³/分W〕；所需要的电力为3.6K/k(KW)

两者所消耗的电力相比相差380倍。因此使叶片外径变大，速度变慢的方法，能够达到我们所期望的节能的效果。

二、下面分析本实用新型水面移动水流波扩展距离。

假设r为从叶片外径R处向水面流出扩展水流波的水流扩展距离，r处的水流的角速度为ω₀。则，r＝R(ω₀/ω)^1/2〔m〕

上式表明水流的扩展距离与叶片外径R成正比例关系，R越大水流扩展的距离越大。

实验表明，当R为1.74m，耕水机浮在水深10米的水库上，用50w的电机以每分钟转3次，每分钟的循环水量为25m³，水流的扩展距离为130米，能使水面和水底3℃的温差没有了，这是我们实际测试的数据。

三、分析叶片外径R变大与水底水向上移动水流的关系

水底的水不上升到水面时，从水底向上移动的水形成不了水流。如形成上升水流的话，周围的底水集中在那里填补了水底水在上升过程中的空白；回转水将被送入水底，然后在上升点集中又形成水流，如此周而复始。

因此，我们首先要解决的是生成上升水流。水库底部的水从水底向上时承受了高压力。不能上到水面上，那是由于它的上面有很多水；如果上面的水退下去，它就能上来。

如图3所示，为整个流水系统的流动模型，上升水流被成喇叭状的流线0包围；如果不看喇叭状的部分，上升水流就是一管状流管。

为了深入理解这个理论，把与上述上升水流形成的流管同形状的喇叭状管放在水池上做一个假定的实验。喇叭状管的小口端露出水面，大口端与水底有一定距离，即水底部的水能流入。将管内的水用水桶捞出，管外部的水就会瞬间下降，而管内的水面马上回到原状。如果底水不能流入管内，就不会出现这种现象。实验表明，如果排除水面的水，水底的水会在瞬间上升。

如果在管内的水面上设置一耕水机，连续耕水，将管内的水排除到管外，就会诱导水自己上升。如果加大叶片的外径R，相当于增大管的直径，采用低旋转速度，将会导出更多的水。

在转速较大的条件下，管的内外压差，与转速的2次方成正比；在增大叶片外径R，且低转速旋转的条件下，内外压差将变小的忽略了；这样通过管壁从外部到内部，得不到水被挤入现象。即使在没有喇叭状管的条件下，流通的水流也会如图2所示只有底水才能上升。

另外结合水深按比例增大叶片外径R和增大管的直径，这样可从水深的地方导出大量的水；即从底水导水对深度没有限制。这在试验和在理论上都能够得到证明。

把水底的水导出来不需要消耗大的电力；在水面方向将水退去，只需一点点的能源就可以了。本实用新型所构筑的使用管的力量把底水导出水面理论击中了流体力学用力在水面掀起水流的盲点；本实用新型节能耕水机正是以这项节能的新理论为基础开发的。

附图说明

图1为本实用新型原理的示意图；

图2为本实用新型第一实施例的示意图；

图3为本实用新型第二实施例的示意图；

图4为本实用新型第三实施例的示意图；

具体实施方式

实施例一

如图2所示，为本实用新型使用在一个对水的透明度要求较高的景观池中，用于改善水质。

一种耕水机，有一旋转轴1，在所述旋转轴1的一端连接有驱动源—电机2，以所述旋转轴1为中心呈放射状地分布有多个辐条3，在所述辐条3上设置有叶片4；所述辐条3为一中空的浮筒，其悬浮于水面5；所述电机2驱动所述旋转轴1带动所述辐条3和叶片4慢慢旋转。所述电机2依靠浮筒8和所述辐条3共同托着。所述辐条3也可以是其他密度小于水的材质作成。

当所述电机2驱动所述旋转轴1带动所述辐条3和叶片4慢慢旋转时，从耕水机的旋转中心把水底水导出沿所述辐条呈放射状的向水面流出。于是水底水与空气接触并吸入氧，同时依靠吹到水面的风进行换气，使氨气和臭气等散发出去。这样，从池底6引导上来的水一边受到阳光的照射，一边随着水流沿着水面方向流动到一定距离后变向向下移动回到池底6。然后又随着上升水流一起返回耕水机的旋转中心，重复一个流动循环。

为了使水的透明化程度更高，在水流上升地方设置了一个垫子7，所述的上升水必须通过所述垫子7流入耕水机的旋转中心。

池水浑浊的原因在于，在水中繁殖着线型和葡萄型的细菌集团，这些细菌分泌出粘着性物质。当设置一个垫子7后，自由游泳型微生物和浮游物等被凝集、着付在垫子上，青海苔等兰藻类也不例外，水就会变的透明。粘着性物质被凝集后就失去了光合成的活性，被附着在垫子上的水蚤和鱼贝类的作为饲料消耗掉。

气性菌是净化水所集结的微生物，利用了循环水流吸收进的氧和植物性浮游性生物产生的氧，分解水中的有机物持续繁殖。在水流不断循环的过程中除去了BOD和COD，水逐渐得到了净化。起泡沫在景观方面也被忌讳的，本实用新型也能除去泡沫了。

随着微生物净化作用的进行，附着在垫子上的微生物的繁殖量也会逐渐增加堆积变厚。要除去这些微生物就要依靠栖息在池子里的昆虫和鱼贝类。水中的浮游微生物很忌讳太阳紫外线的照射，会紧紧地着付在垫子上，因此在那里轮虫、象虫等浮游生物繁殖，水蚤、赤虫等大型微生物也开始增加，但都会被昆虫、小鱼做为饲料食掉而消失。

实施例二

深水库和湖泊水底腐败发生有恶臭、长青海苔时，由于不象景观池那样要求较高的透明度，只需要解决恶臭问题。这种情况下，就要如图3所示的那样取掉垫子、增加叶片外径R，使水底水向上升腾。

增加叶片外径R要根据水库或者湖泊的深度按比例进行，使水底水上升后沿水流方面扩展足够的距离，使水能充分吸收氧、太阳、进行光合作用，通过风达到换气效果；这样才能从水中把恶臭、氨都散发出来。

被净化的水又返回水底，冲洗水底6堆积的淤泥表面9，所述淤泥表面9被净化水冲洗后变成了气性菌膜象微生物过滤床10，包覆着淤泥、腐败问题被解消不会发生恶臭。由于一部分紫外线的作用，植物浮游生物的凝集生成重力集聚生成的块，在水底形成了微生物过滤床。由于与图2中的微生物过滤垫子作用机理相同；在水中浮游的大肠菌等，杂菌类惧怕太阳紫外线潜入过滤床下面；所以净化干净的水集结了微生物和浮游生物。

微生物和浮游生物的作用是水溶性有机物被酸化分解、水逐渐被净化而有光线射入。在水底的过滤床上大量产生的浮游生物也在水中分解；块状的浮游生物也能成为昆虫、小鱼的饲料。被净化干净的水排除了杂菌，有利于这些生物增长，不会发生由于杂菌感染的病症，为鱼贝类健康成长创造了好的环境。生物块被食后，逐渐减少；淤泥也是一样，转换为浮游生物，成为鱼贝类的饲料而消失；这样在生态方面形成了食物链。这种活性化状态，将一直持续下去。

实施例三

如图4所示，悬浮于水面5上连接有叶片4的所述辐条3为一中空的浮筒，在所述辐条3上装载了驱动源2。所述驱动源2通过一连杆13活动连接在一支点11上，并可以绕所述支点11转动；所述支点11也是一悬浮体；为了防止所述支点防被水流冲走，在水池中心地方设置支点11的锚栓12。

所述叶片4在旋转耕水时会有反作用力，想对所述支点11会出现移动所述辐条3和叶片4的力矩。在这个力的作用下，所述叶片4和辐条3边耕水边，边象行星的公转运动那样以支点为中心、以连杆的长度为半径旋转。象钟表针一样静静运转、从而净化更广阔的水域。这在过去的净水技术中是不可想象的，远远超过了我们在常识上能够期待的好效果。

由于所述辐条3是一浮筒方式悬浮于水面的，所以叶片直径可任意扩展。

实验表明，叶片的外直径扩展到8米，用90W的电机带动，以每1分钟转1圈的速度回转的话，以流量计算每分钟85m³的水可以上升，而且这些水能从水深30m处的水底被导引上来。

叶片的外直径扩展到4米，用340W的电机带动，以每1分钟转30圈的速度回转的话，以流量计算每分钟320m³的水可以上升，这些水能从水深5m处的水底被导引上来。

叶片的外直径扩展到4米，用112W的电机带动，以每1分钟转10圈的速度回转的话，以流量计算每分钟106m³的水可以上升，这些水能从水深15m处的水底被导引上来。

叶片的外直径增加到2米，用30W的电机带动，每分钟回转5转，慢慢地旋转耕水；每分钟有11m³的水从水底被导引上来；

但是用以前通过强力把水掀起来的老式方法是不行的。

不采用增加叶片外径R提取大量水方法，无论如何也得加快流速。这样，在水中形成的流管的内压和外压的差，要大于所述流速的平方。

例如，采用掀起水的方式，以叶片直径0.8m来试验，假设需要提取相同的85m³的水量，则转速不增加100倍是达不到的。如果转速提高100倍，管内外的压差将会比采用增加叶片外径R提取大量水方法形成的管内外压差提高1万倍。在外压的作用下水从侧面压入，水底的水就上不来。深处水需要通过用水泵和排水管抽上来，就是这个理由。问题是使用排水管抽水耗费电力。如果转速提高到100倍时，所消耗电力是转速的3次方，也就是需要增加100万倍。也就是说，直径为0.8m的抽水管，每分钟抽85m³的水，需要9万千瓦的电力，这些都是难以想象的，当然这些都是用管子提取水的理论极限。

但是，根据本项实用新型仅仅用90W的电力耕水，就能够将在水深30m的水底水从水底移动上来。这个水流能使水底活性化，这样使在水底堆积的淤泥的表面象用气性菌的地毯覆包一样，杂菌、霉臭都将消失，对水消毒和去臭所需费用将大幅减轻。也不会破坏该水域的生态环境。不需要担心要再给予渔业补偿，还有可能带更大利益。

如果将叶片再继续扩展的话，有很大的可能，海洋养殖场的净化已不是梦想。要养殖，海水就要污染，这是一个常识；但是，如果发展养殖事业的同时海水的净化也跟进的话，这个认识就是错误的。

在海底看不到的地方，只依靠水和饲料来养殖就会使海底腐败，结果人们就使用福尔马林、抗生素等药剂来净化处理。使用药剂不是我们要讨论的问题。这样的养殖方法是不可行的；其实，真正的养殖是净化海水(耕水)谋求海底活性化。用生成的浮游生物来育虾，用它做饵料再养育其他鱼类。我们的宗旨是利用本实用新型在海底进行耕水，借助风和太阳的作用，有效利用食物链的养殖技术革新，不依靠饵料和药剂，实现天然养殖的梦想，开拓养殖产业光明的未来。

湖泊水底腐败，淤泥和青海苔、恶臭解决不了？如果利用60W的电机旋转直径3.5m的叶片，每隔100米间距安装10台；1分钟就能够耕水2808m³，8万平方米的水底将成为净水，微生物的过滤床、生成的浮游生物又成为田地，形成了英国动物生态学者埃尔顿的金字塔基地；淤泥、青海苔变成培育公鱼虾、蚬贝等小鱼、贝类的幼体的珍贵资源，被食后消失。由于富营养化被污染的湖泊及海湾，反过来成为宝贵的渔场。水鸟将会飞来，在此嬉戏游戏，整个湖泊及海湾变得有活力，这种美好的景象将会永远持续不会消失。

采用把叶片半径增大使其浮在水面静静的回转，方法简单而且可以省去一些治理费用。无论在何处，任何人包括孩子、老人都可安装操作，风雨对其没有影响。

“流水不腐，户枢不蠹”这是我们老祖宗留给我们的至理名言。流动的水吸收氧和阳光，为防止水底腐败，要培育微生物和鱼贝类，用其生命的活动作用来维持清澄的湖泊。要学会自净原理，有效利用本项发明的特征就是把认为不可能治理好的的广域水池、湖泊、海湾，用节能方法来进行净化。本实用新型所构筑的把底水导出水面理论击中了流体力学用力在水面掀起水流的盲点，节能净水机彻底地用减法技术避免了浪费，使超过人类智慧的净水技术成为可能。

圆满的食物链及自净原理，从水底导出水的新理论，难以想象的节能技术，无论从哪点来判断，这项技术都是史无前例的创新。

本实用新型还有一些其他的变形，如将所述驱动电机安放在一个固定的支架上，所述辐条也并没有悬浮性，完全借助于固定支架使其露出水面；叶片的形状可以根据需要设计；因此本领域的技术人员通过本实用新型做出的显而易见的改变或改进都应该落入本实用新型权利要求保护的范围内。

Claims (9)

1、一种耕水机，用于改善水质，其特征在于，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片旋转。

2、根据权利要求1所述的耕水机，其特征在于，所述辐条为一悬浮体。

3、根据权利要求1所述的耕水机，其特征在于，所述驱动源安装在一悬浮体上。

4、根据权利要求1所述的耕水机，其特征在于，所述驱动源通过一连杆绕一支点移动。

5、根据权利要求4所述的耕水机，其特征在于，所述支点也为一悬浮体，所述支点通过一锚栓相对固定在水面上。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的耕水机，其特征在于，所述旋转速度为每分钟30转以下。

7、根据权利要求6所述的耕水机，其特征在于，所述旋转速度为每分钟10转以下。

8、根据权利要求5所述的耕水机，其特征在于，所述旋转速度为每分钟5转以下。

9、根据权利要求1或2或3或4所述的耕水机，其特征在于，所述叶片最大外径大于等于1米。

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