WO2017124885A1 - 一种智能导航太阳能曝气装置 - Google Patents

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WO2017124885A1
WO2017124885A1 PCT/CN2016/111794 CN2016111794W WO2017124885A1 WO 2017124885 A1 WO2017124885 A1 WO 2017124885A1 CN 2016111794 W CN2016111794 W CN 2016111794W WO 2017124885 A1 WO2017124885 A1 WO 2017124885A1
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solar
water
intelligent navigation
draft tube
control system
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王以尧
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王以尧
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F7/00—Aeration of stretches of water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention belongs to the field of aeration machinery, and in particular relates to a solar aeration device.
  • Patent CN 204529481 U provides a mobile solar aerator that relies on "floating material" to move over the surface of the water, both passive and non-directional.
  • Patent CN 103570146 A provides a solar mobile water exchange and aeration device, which moves in the form of "pitching the body to rotate, and the water floating body revolves around the solar boat", moving on both sides of the guide rope, and the movement range is limited.
  • Patent CN 104775461 A discloses a solar water bottom decontamination method which can only reciprocate on both sides of a straight line.
  • Patent CN 103828759 A provides a free-moving high-efficiency aerator, "controls the direction of the multiple flaps by means of a connecting rod and adjusts the direction of the external force.
  • the mechanical control rod is connected to control the expansion frequency of the flap and the continuous daytime.
  • Electronic controller Patent CN 204022576 U provides a freely moving water aeration propulsion device, "the direction adjuster controls the direction and maintenance time of the flap by connecting the shaft”; although the two devices can move freely, It is the flexibility and controllability of its movement is low. Therefore, the existing movable aeration device has a problem that it cannot be flexibly and accurately moved, and affects the use effect thereof.
  • An object of the present invention is to provide an intelligent navigation solar aeration device, which has high mobility flexibility , and can move independently and controllable, effectively improving the use effect.
  • a smart navigation solar aeration device comprising a floating body frame, and a floating ball is arranged below the floating body frame.
  • the aeration device also includes a solar power supply system, an aeration system, a mobile system, and a direction control system.
  • a solar powered system is used to power the entire device;
  • the mobile system includes a water flow propeller;
  • the directional control system includes a navigation system and a remote control system coupled to the water flow propeller.
  • the aeration system includes a fan connected to the solar power supply system, and the air duct is disposed on the fan to connect the gas diffusion device located under the water, and the gas diffusion device is provided with a barrel body, the barrel body is located under the water, the bottom portion It has a water inlet and is connected to the floating body frame through a connecting rod.
  • a draft tube is disposed at the bottom of the barrel, and the lower end of the draft tube extends to a deep water area.
  • the mobile system further includes a water retaining system
  • the water retaining system includes at least one water retaining plate disposed on a side of the upper portion of the barrel, the water blocking plate is connected with a mechanical control member, and the mechanical control member is connected.
  • the electronic controller the electronic controller is connected to the direction control system.
  • the solar power supply system comprises a solar panel assembly disposed on the floating body frame, the solar panel assembly is connected to the control inverter system, and the inverter system is controlled to connect the battery and the fan.
  • the battery is connected to a navigation system, a remote control system, a water flow propeller and a fan.
  • the solar panel assembly is formed in a circular arc shape, and the solar panel assembly is rotatable on the floating body frame.
  • the floating body frame is provided with a track along the edge of the solar panel assembly; and the bottom end of the solar panel assembly is provided with a sliding member that cooperates with the track.
  • the navigation system comprises a positioning system, a destination selection system, a path calculation system and a path guidance system;
  • the remote control system comprises a control signal generation mechanism, a transmission device and an execution mechanism.
  • the guiding tube has a cross shape, the upper end is connected to the bottom of the barrel body, and the left and right ends and the lower end form a water inlet.
  • the directional control system further comprises an onshore command system disposed on the ground, the onshore command system wirelessly communicating with the remote control system.
  • the onshore command system includes a PC and is based on the GIS system. System and management system, route planning, course correctness analysis, heading correction, unmanned ship trajectory storage, obstacle avoidance analysis, endurance analysis.
  • the method further includes an imaging system and an alarm system disposed on the floating body frame, the imaging system including a camera head and a memory card for storing image information captured by the camera, the camera system wirelessly communicating with the onshore command system.
  • the imaging system including a camera head and a memory card for storing image information captured by the camera, the camera system wirelessly communicating with the onshore command system.
  • a gas blocking member is disposed above the gas diffusion device.
  • the gas diffusion device is disposed at an upper portion of the draft tube, and the flow blocking member is disposed directly above the draft tube and the inner cavity of the lower portion of the barrel.
  • the flow blocking member has a streamline shape of a large upper and a lower.
  • the surface of the spoiler is provided with uniform regular regular hexagonal pits, and the maximum width of the pits is not more than 6 mm and the maximum depth is not more than 3 mm.
  • the guiding tube is vertically suspended by a rope, and the upper end of the rope is combined; a small electric hoist is fixed on the bracket at the lower end of the barrel, and the electric hoist is connected with the directional control system; The working end of the hoisting machine; the gas diffusion device and the guiding tube are fixed to each other, and the portion of the air guiding tube near the vicinity of the guiding tube is a hose; and the electric hoisting machine is also powered by the battery.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the aeration device is provided with a solar power supply system, and the energy consumption is low.
  • the mobile system includes a water flow propeller that increases the flexibility of the aerator movement.
  • the control of the water flow propeller by the direction control system enables the aeration device to move autonomously and controllably. In this way, the aeration device can be quickly and accurately moved to a designated position, thereby effectively improving the use effect.
  • the arrangement of the draft tube into the deep water area allows the lower water body to enter the barrel body, thereby improving the fluidity of the water body and enhancing the treatment effect.
  • FIG. 2 is a schematic structural view of a solar panel assembly and a floating body frame
  • Figure 3 is a partial enlarged view of A in Figure 1;
  • FIG. 4 is a schematic structural view of a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a gas diffusion device of a preferred mode;
  • FIG. 6 is a reference view of the use state of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic view of an embodiment in which the draft tube can be vertically moved.
  • an intelligent navigation solar aeration device includes a floating body frame 11 , and a floating ball 12 is disposed below the floating body frame 11 , and the floating ball 12 provides buoyancy for the aeration device.
  • the aeration device also includes a solar power supply system, an aeration system, a mobile system, and a directional control system for powering the entire device. Using solar energy for power supply, low energy consumption.
  • the mobile system includes a water flow propeller 15.
  • the water flow propeller 15 can be a more commonly used propeller type or water jet propeller, which can quickly adjust the moving direction and speed of the aeration device, and improve the flexibility of the aeration device.
  • the directional control system includes a navigation system 13 and a remote control system 14 coupled to the water flow propeller 15. The water flow pusher 15 is controlled by a direction control system to change the moving direction and speed of the aeration device.
  • the navigation system 13 includes a positioning system, a destination selection system, a path calculation system, and a path guidance system.
  • the path guidance system includes an actuator that can control the flow propeller 15. After positioning and determining the destination of the aeration device, the movement path is calculated, and the water flow propeller 15 is controlled by the path guidance system to move the aeration device according to the path.
  • the remote control system 14 includes a control signal generating mechanism, a transmission device, and an actuator. The remote control system 14 can receive a control signal from a manually operated remote controller or an onshore command system; and then control the water flow propeller 15 through the actuator to achieve controllability of the aerator movement.
  • the direction control system targets the lowest level of power consumption, and detects the position information of the hull, the acquisition of attitude information, the acquisition of obstacle information, and the video data by sensor detection such as direction, position, wind, temperature, and obstacles.
  • the acquisition and transmission work, and control the hull's forward, backward, steering and other work.
  • the remote control system 14 of the present invention can also be adapted to an onshore command system located on the ground, the shore command system being in wireless communication with the remote control system 14, which can provide position information, attitude information, obstacles via the remote control system 14.
  • the information information, video information, etc. are sent to the onshore command system, and can also receive a series of control commands or a single control command sent by the onshore command system to realize a series of actions according to the planned route or forward, backward, leftward, rightward, etc. Single action.
  • Specific methods of wireless communication are, for example, 4G, 3G, and the like.
  • the onshore command system includes a PC, and based on the GIS system, develops a control and management system, realizes route planning, course correctness analysis, aerotropy correction, unmanned ship trajectory storage, obstacle avoidance analysis, and endurance analysis. .
  • the display screen of the onshore command system PC or the external display screen can display the area map and display the position of the aeration device in the area in real time, and the PC function can be based on different project characteristics.
  • the pre-stored planning path can be retrieved, and the driving trajectory can be manually planned according to the actual situation of the project, and the breakpoint recording and the breakpoint endurance function can be realized.
  • the onshore command system can analyze the orientation of the obstacle, formulate a bypass plan, and issue a bypass command. Thus successfully bypassing the obstacles and continuing to follow the original planned route.
  • the navigation path mode controlling the water flow propeller 15 by the navigation function of the navigation system 13, and causing the aeration device to move according to the navigation path
  • second the remote path mode; the manually operated remote controller or the onshore command system
  • the control signal controls the water flow propeller 15 through the remote control system 14 to move the aeration device according to the remote control path.
  • the aeration device moves in cooperation with the navigation path mode and the remote path mode.
  • the control of the water flow propeller 15 by the direction control system enables the aeration device to move autonomously and controllably. In this way, the aeration device can be quickly and accurately moved to a designated position, thereby effectively improving the use effect.
  • the aeration system includes a fan 3 connected to a solar power supply system, and the air duct 5 is disposed on the fan 3 to connect the gas diffusion device 6 located under the water.
  • the fan 3 supplies a gas having a pressure to the gas diffusion device 6 through the air guiding tube 5.
  • the gas diffusion device 6 may be an aeration disk or an aeration tube.
  • a barrel 8 is disposed outside the gas diffusing device 6, and the barrel 8 is located under water, and a water inlet is provided at the bottom, and is connected to the floating body frame 11 through a connecting rod 7.
  • the barrel 8 can also be referred to as a barrel 8.
  • the barrel 8 is filled with air bubbles dispersed by the gas diffusing means 6, and a negative pressure is formed in the body 8, causing the water body to flow in from the bottom of the body 8, and flow out from the top of the barrel 8.
  • a draft tube 9 is disposed at the bottom of the barrel 8, and the lower end of the draft tube 9 extends to a deep water area.
  • the length and thickness of the draft tube 9 and the clogging between the draft tube 9 and the body 8 can be adjusted according to the water depth and the actual situation, so that the lower end of the draft tube 9 constitutes a part or all of the water inlet. This allows the lower layer of water to enter the bucket Body 8, enhances the fluidity of the water body and enhances the treatment effect.
  • the mobile system further includes a water retaining system 10 that includes at least one water deflector disposed on a side of the upper portion of the tub 8.
  • the water retaining system 10 blocks the water flowing out from the top of the body 8, and the reverse thrust of the water body drives the aerator to move without additional power. This can improve the efficiency of the mobile system and reduce its energy consumption.
  • the water flap is connected to the mechanical control member, the mechanical control member is connected to the electronic controller, and the electronic controller is connected to the direction control system.
  • the electronic controller is controlled by the navigation system 13 and the remote control system 14, and the electronic controller controls the upper and lower telescopic insertion or rotation of the water flap through the mechanical control member, that is, whether it controls the water body flowing out from the top of the barrel body 8 to block. , and the blocking area and angle of the barrier.
  • This can change the direction and magnitude of the reverse thrust of the water body, and thus change the moving speed and direction of the aeration device.
  • the water retaining system 10 can also serve as a component of the directional control system to act as a synergistic adjustment of the direction of the aeration device.
  • the solar power supply system includes a solar panel assembly 1 disposed on the floating body frame 11.
  • the solar panel assembly 1 is connected to the control inverter system 2, and the control inverter system 2 is connected to the battery 4.
  • the solar panel assembly 1 supplies electric power to the fan 3 by controlling the inverter system 2, and simultaneously inputs a part of the electric energy to the battery 4 in parallel.
  • the power of the navigation system 13, the remote control system 14, and the water flow propeller 15 may be provided by an external power source. More preferably, the battery 4 is connected to the navigation system 13, the remote control system 14, the water flow propeller 15, and the fan 3.
  • the fan 3 can directly supply electric energy from the solar panel assembly 1; in the rainy weather or at night, the electric energy can be supplied from the storage battery 4, thereby effectively improving the adaptability.
  • the solar panel assembly 1 is formed in a circular arc shape. It may be a circular arc as a whole, or a plurality of solar panels may be arranged in a circular arc shape.
  • the solar panel assembly 1 can be rotated on the float frame 11. When the wind is large, part of the wind energy is absorbed by the rotation of the solar panel assembly 1, the wind resistance is effectively reduced, and the influence of the wind on the aeration device is reduced.
  • the present invention can read the battery 4 capacity information in real time and send it to the onshore command system wirelessly.
  • the onshore command system can display the battery 4 capacity and calculate the farthest stroke. Return to the starting point. Realize the analysis of endurance.
  • the rotation of the solar panel assembly 1 can be achieved in a variety of ways.
  • a rotating shaft may be disposed at a central axis position of the solar panel assembly 1, and the upper end of the rotating shaft is fixedly coupled to the solar panel assembly 1, and the lower end is fixed to the floating body frame 11 by bearings.
  • the floating body frame 11 is provided with a rail 16 along the edge of the solar panel assembly 1; the bottom end of the solar panel assembly 1 is provided with a sliding member that cooperates with the rail 16.
  • the circle The rail 16 may be formed by a sliding slot 111 formed in the floating body frame 11.
  • the bottom end of the solar panel assembly 1 is provided with a slider 101 matching the sliding slot 111.
  • the cross-sectional shape of the sliding slot 111 and the slider 101 is not limited to the drawing.
  • the shape shown in the figure can also be rectangular or circular.
  • the rail 16 is constituted by a guide rail or a guide groove provided on the upper surface of the floating body frame 1, and the bottom end of the solar panel assembly 1 is provided with a sliding member that matches the guide rail or the guide groove.
  • the sliding member may be a sliding block, and the solar panel assembly 1 is slidably connected with the rail 16; the sliding member may also be a pulley or a sliding sleeve with a steel column inside, between the solar panel assembly 1 and the rail 16 In order to constitute a rolling fit, the running resistance is further reduced, which is more advantageous for the rotation of the solar panel assembly 1.
  • the draft tube 9 may be a straight tube. More preferably, as shown in FIG. 4, the draft tube 9 has a cross shape, the upper end is connected to the barrel 8 , and the left and right ends and the lower end form a water inlet. The draft tube 9 can be extended to the bottom of the water. When the aeration device moves, the draft tube 9 is driven to move, and the mud-water interface is agitated, thereby improving the treatment effect at the mud-water interface.
  • a flow blocking member 61 may be disposed above the gas diffusion device 6, such that the flow blocking member 61 can disperse the vapor-water mixed fluid from the gas diffusion device 6 to the surroundings to avoid bubble concentration and Combined with each other, the interface area of the soda water contact is increased to ensure the effect of mixing of steam and water and aeration.
  • the spoiler 61 can generally be constructed as a hollow structure that is mounted by a bracket or a connecting rod to increase the buoyancy of the entire device.
  • the gas diffusing device 6 may be disposed in the upper portion of the draft tube 9 (not disposed in the lower portion in order to prevent bubbles from flowing in the draft tube 9 for a long period of time to cause bubble coalescence), and the spoiler 61 is disposed in the diversion flow.
  • the flow blocking member 61 Immediately above the tube 9, the lower portion of the inner cavity of the barrel 8. Thus, the vapor-water mixed fluid from the gas diffusing device 6 is blocked by the flow blocking member 61, and flows upwardly toward the periphery in the lower port of the barrel 8.
  • the entire fluid flow direction is as indicated by the arrow in FIG.
  • the fluid flowing above the draft tube 9 forms a negative pressure in the lumen of the draft tube 9, enhancing the suction capacity of the deep water region near the lower end of the draft tube 9.
  • the flow path around the spoiler 61 flows, the flow rate is increased, and a larger negative pressure is formed, which enhances the suction effect on the lower port of the barrel 8 and the surrounding water, and the working principle is similar to the negative pressure formed above the wing of the aircraft. This does not increase any external force and energy consumption, and can simultaneously enhance the aeration effect on the deep water area in the deep water area and the periphery of the barrel 8.
  • the interference effect of the component itself on the bubble is also considered, for example, It can cause problems such as bubbles colliding with each other.
  • the maximum width of the pit is no more than 6mm and the maximum depth is no more than 3mm. That is, the diameter of the circumscribed circle of the regular hexagonal pit is not more than 6 mm.
  • the shape of the spoiler 61 is a streamline shape that is large and small, and may also be referred to as an upward raindrop shape. This can further reduce the resistance and interference of fluid flow. Since the pit structure is too detailed and similar to the shape of the golf ball surface, the detailed illustration is omitted.
  • the draft tube 9 can be fixed by a vertical link and a bracket fixed to the lower end of the barrel 8. More preferably, as shown in Fig. 7, it can also be hung on the bracket at the lower end of the barrel 8 by a rope.
  • a plurality of symmetrical ropes are used to connect the connecting holes uniformly arranged at the upper end of the draft tube 9, and the draft tube 9 is kept.
  • the upper end of the rope can be combined into one strand at the axial center of the draft tube 9.
  • a small electric hoist is fixed on the bracket at the lower end of the barrel 8. The working end of the electric hoisting machine 17 is connected to the rope, and the electric hoisting machine 17 winds up or releases the rope when it is working.
  • the electric winch 17 is connected to the direction control system. Specifically, the electric hoisting machine 17 communicates with and is controlled by the navigation system 13 and the remote control system 14. Similar to the movement and position control of the entire device, the electric hoisting machine 17 can also be automatically controlled by the navigation system 13 according to instructions issued by the position information, or manually controlled by the command of the onshore command system or remote controller received by the remote control system 14.
  • the gas diffusing device 6 and the draft tube 9 are fixed to each other, and a portion of the air guiding tube 5 near the draft tube 9 is constituted by a hose 51.
  • the remote control system 14 or the onshore command system can control the electric hoisting machine 17 to lower or wind the rope according to the recorded or detected depth of the water, so that the draft tube 9 is raised or lowered to accommodate aeration in different water depth areas.
  • the distance between the upper end of the draft tube 9 and the lower end of the barrel 8 has a weak influence on the aeration effect, so that the space for adjusting the upper and lower sides of the draft tube 9 is relatively plentiful.
  • the electric hoisting machine 17 of Fig. 7 is installed in the center of the barrel 8 to function as a choke, and can be regarded as a part of the spoiler 61.
  • the electric hoisting machine 17 is also powered by the battery 4.
  • the present invention further includes an imaging system and an alarm system disposed on the floating body frame 11.
  • the imaging system includes a camera and a memory card for storing image information captured by the camera, and the camera system and the onshore command system wirelessly Communication.
  • the wireless communication can be realized by the remote control system 14, or can be realized by a separate wireless transmitter and receiver, and the image information captured by the camera can be feedback to the onshore command system.
  • the alarm is issued.
  • the system can send information such as videos, pictures and GPS coordinates to Command the system or mobile phone on the shore, and call the alarm number or send an alarm message to the designated mobile phone number.

Landscapes

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Abstract

一种智能导航太阳能曝气装置，该曝气装置移动灵活性高，且能自主可控的进行移动，有效提高使用效果。一种智能导航太阳能曝气装置，包括浮体架(11)，浮体架(11)下方设置浮球(12)。所述曝气装置还包括太阳能供电系统、曝气系统、移动系统和方向控制系统；所述移动系统包括水流推进器(15)；所述方向控制系统包括与水流推进器(15)相连的导航系统(13)和遥控系统(14)。该曝气装置的移动系统包括水流推进器(15)，提高了曝气装置移动的灵活性。通过方向控制系统对水流推进器(15)的控制，使曝气装置能自主可控的进行移动。这样曝气装置能快速准确的移动到指定位置，有效提高其使用效果。

Description

说明书 发明名称：一种智能导航太阳能曝气装置 技术领域
[0001] 本发明属于曝气机械领域， 具体涉及一种太阳能曝气装置。
背景技术
[0002] 目前地表水营养化已是世界普遍现象， 更成为了一个急需解决的难题。 相比于 底泥疏浚、 调水推流等方法来说， 原位处理具有简单、 资金使用少、 效果好且 生态风险低等优点， 其中曝气被认为是有效处理方式之一。 曝气装置存在使用 能耗高、 电力运输麻烦的缺点； 并且定点安装曝气装置不仅影响航运， 其安装 数量也较大。
[0003] 因此， 可移动曝气装置应运而生。 专利 CN 204529481 U提供了一种移动式太阳 能曝气装置， 该装置依靠"漂浮材料"在水面上进行移动， 其移动既被动又没有方 向性。 专利 CN 103570146 A提供了一种太阳能移动式水层交换和增氧装置， 其 移动方式为"搅水附体自转， 搅水浮体绕太阳能船公转"， 在导向绳的两侧移动， 移动范围有限。 专利 CN 104775461 A公开了一种太阳能水底除污方式， 也只能 在直线两侧进行往复运动。 专利 CN 103828759 A提供了一种自由移动的高效增 氧装置， "通过连接杆控制多个挡水板的方向和伸缩来调节外力方向， 机械控制 杆连接控制挡水板伸缩频率及持续吋间的电子控制器"； 专利 CN 204022576 U提 供了一种自由移动的水上曝气推进装置， "方向调节器通过连接轴控制挡水板的 方向和维持时间"； 这两种装置虽然可以自由移动， 然而是其移动的灵活性及可 控性都较低。 因此现有的可移动曝气装置， 存在不能灵活且准确移动的问题， 影响其使用效果。
[0004] 此外如湖泊、 水库等较为开阔水域， 其水面风力较大。 曝气装置容易被风吹到 岸边不能发挥其作用， 即使移动也会受到风力的影响。 使得曝气装置不能得到 很好的应用。
技术问题
[0005] 本发明的目的是提供一种智能导航太阳能曝气装置， 该曝气装置移动灵活性高 ， 且能自主可控的进行移动， 有效提高使用效果。
问题的解决方案
技术解决方案
[0006] 为实现上述发明目的， 本发明所采用的技术方案是： 一种智能导航太阳能曝气 装置， 包括浮体架， 浮体架下方设置浮球。 所述曝气装置还包括太阳能供电系 统、 曝气系统、 移动系统和方向控制系统。 太阳能供电系统用于给整个装置供 电； 所述移动系统包括水流推进器； 所述方向控制系统包括与水流推进器相连 的导航系统和遥控系统。
[0007] 所述曝气系统包括与太阳能供电系统相连的风机， 风机上设置导气管连接位于 水下的气体扩散装置， 所述气体扩散装置外设置桶体， 所述桶体位于水下， 底 部设有进水口， 并通过连接杆与浮体架相连。 所述桶体底部设置导流管， 导流 管下端延伸到深水区域。
[0008] 优选的： 所述移动系统还包括挡水系统， 所述挡水系统包括至少一个设于桶体 上部旁侧的挡水板， 所述挡水板连接机械控制件， 机械控制件连接电子控制器 , 电子控制器与方向控制系统连接。
[0009] 优选的： 所述太阳能供电系统包括设置在浮体架上的太阳能板组件， 太阳能板 组件连接控制逆变系统， 控制逆变系统连接蓄电池和风机。
[0010] 优选的： 所述蓄电池与导航系统、 遥控系统、 水流推进器以及风机相连。
[0011] 优选的： 所述太阳能板组件构成的形状为圆弧形， 太阳能板组件可以在浮体架 上转动。
[0012] 优选的： 所述浮体架上沿太阳能板组件边缘设置轨道； 所述太阳能板组件的底 端设置与轨道配合的滑动件。
[0013] 优选的： 所述导航系统包括定位系统、 目的地选择系统、 路径计算系统以及路 径指导系统； 所述遥控系统包括控制信号产生机构、 传输设备以及执行机构。
[0014] 优选的： 所述导流管呈十字形状， 上端与桶体底部相连， 左右两端及下端形成 进水口。
[0015] 优选的： 所述方向控制系统还包括布置在地面的岸上指挥系统， 该岸上指挥系 统与遥控系统无线通信。 岸上指挥系统包括 PC机， 并以 GIS系统为基础， 开发控 制和管理系统， 实现航线的规划， 航向正确性分析， 航偏纠正， 无人船行驶轨 迹的存储， 障碍物避让分析， 续航能力分析。
[0016] 优选的： 还包括设置在浮体架上的摄像系统和报警系统， 所述摄像系统包括摄 像头和用于储存摄像头捕捉的图像信息的内存卡， 所述摄像系统与岸上指挥系 统无线通信。
[0017] 优选的： 所述的气体扩散装置上方布置一个阻流件。
[0018] 优选的： 所述的气体扩散装置布置在导流管内的上部， 所述的阻流件布置在导 流管正上方、 桶体下部内腔。
[0019] 优选的： 所述的阻流件是上大、 下小的流线形。
[0020] 优选的： 所述的阻流件表面设置均匀规则的正六边形凹坑， 凹坑的最大宽度不 超过 6mm、 最大深度不超过 3mm。
[0021] 优选的： 所述的导流管用绳索竖直吊挂， 绳索上端合成一股； 在桶体下端的支 架上固定小型的电动卷扬机， 电动卷扬机与方向控制系统连接； 该绳索上端连 接电动卷扬机的工作端； 所述气体扩散装置与导流管相互固定， 导气管靠近导 流管附近的部分是软管； 所述电动卷扬机也靠蓄电池供电。
发明的有益效果
有益效果
[0022] 本发明具有以下有益效果： 该曝气装置设有太阳能供电系统， 使用能耗低。 移 动系统包括水流推进器， 提高了曝气装置移动的灵活性。 通过方向控制系统对 水流推进器的控制， 使曝气装置能自主可控的进行移动。 这样曝气装置能快速 准确的移动到指定位置， 有效提高其使用效果。 同时导流管伸入深水区域的设 置使较为下层的水体进入桶体， 提高水体的流动性， 增强处理效果。
对附图的简要说明
附图说明
[0023] 图 1为本发明的结构示意图；
[0024] 图 2为太阳能板组件与浮体架的结构示意图；
[0025] 图 3为图 1中 A的局部放大图；
[0026] 图 4为本发明的优选实施方式的结构示意图； [0027] 图 5为优选方式的气体扩散装置示意图；
[0028] 图 6为图 5的使用状态参考图；
[0029] 图 7为导流管可竖向移动的实施例示意图。
实施该发明的最佳实施例
本发明的最佳实施方式
[0030] 在此处键入本发明的最佳实施方式描述段落。
发明实施例
本发明的实施方式
[0031] 如图 1所示的， 一种智能导航太阳能曝气装置， 包括浮体架 11 , 浮体架 11下方 设置浮球 12, 浮球 12为曝气装置提供浮力。 所述曝气装置还包括太阳能供电系 统、 曝气系统、 移动系统和方向控制系统， 太阳能供电系统用于给整个装置供 电。 利用太阳能进行供电， 使用能耗低。 所述移动系统包括水流推进器 15。 水 流推进器 15可以是较为常用的螺旋桨式或喷水式推进器， 能快速调节曝气装置 的移动方向及速度， 提高了曝气装置移动的灵活性。 所述方向控制系统包括与 水流推进器 15相连的导航系统 13和遥控系统 14。 利用方向控制系统控制水流推 进器 15， 来改变曝气装置的移动方向及速度。
[0032] 更好的是， 所述导航系统 13包括定位系统、 目的地选择系统、 路径计算系统以 及路径指导系统。 所述路径指导系统包括能控制水流推进器 15的执行机构。 通 过对曝气装置定位并确定目的地后， 计算出移动路径， 通过路径指导系统控制 水流推进器 15， 使曝气装置按照该路径进行移动。 所述遥控系统 14包括控制信 号产生机构、 传输设备以及执行机构。 遥控系统 14可以接收由人工操作的遥控 器或者是岸上指挥系统所发出的控制信号； 然后通过执行机构控制水流推进器 1 5, 从而实现曝气装置移动的可控性。 总之， 方向控制系统以最低程度的电能消 耗为目标， 通过方向、 位置、 风力、 温度、 障碍物等传感器检测， 完成船体的 位置信息的获取、 姿态信息的获取、 障碍物信息的获取、 视频数据的获取及传 输工作， 并控制船体的前进、 后退、 转向等工作。
[0033] 本发明的遥控系统 14还可以适配位于地面的岸上指挥系统， 该岸上指挥系统与 遥控系统 14无线通信， 本发明可通过遥控系统 14将方位信息、 姿态信息、 障碍 物信息、 视频信息等发送至岸上指挥系统， 也可接收岸上指挥系统发送的系列 控制指令或单个控制指令， 实现按规划路径行驶的一系列动作或向前、 向后、 向左、 向右等单个动作。 无线通信具体的方式例如： 4G、 3G等。 岸上指挥系统 包括 PC机， 并以 GIS系统为基础， 开发控制和管理系统， 实现航线的规划， 航向 正确性分析， 航偏纠正， 无人船行驶轨迹的存储， 障碍物避让分析， 续航能力 分析。
[0034] 在实际使用过程中， 岸上指挥系统 PC机自带的显示屏或外接的显示屏能显示出 区域地图并实时显示出曝气装置在该区域中的位置， PC机能根据不同的项目特 性调取预存的规划路径， 也可根据项目的实际情况人工规划行驶轨迹， 并可实 现断点记录、 断点续航功能。 曝气装置将障碍物信息以无线方式发送到岸上指 挥系统后， 岸上指挥系统可以分析出障碍物的方位， 制定绕行计划， 并发出绕 行指令。 从而成功绕开障碍物继续按原规划路径行驶。
[0035] 该曝气装置的移动控制方式有三种。 第一， 导航路径模式； 通过导航系统 13的 导航作用， 控制水流推进器 15 , 使曝气装置按照导航路径进行移动； 第二， 遥 控路径模式； 人工操作的遥控器或者是岸上指挥系统发出的控制信号， 通过遥 控系统 14控制水流推进器 15， 使曝气装置按照遥控路径进行移动； 第三， 曝气 装置由上述的导航路径模式和遥控路径模式配合进行移动。 通过方向控制系统 对水流推进器 15的控制， 使曝气装置能自主可控的进行移动。 这样曝气装置能 快速准确的移动到指定位置， 有效提高其使用效果。
[0036] 所述曝气系统包括与太阳能供电系统相连的风机 3， 风机 3上设置导气管 5连接 位于水下的气体扩散装置 6。 风机 3通过导气管 5为气体扩散装置 6提供具有压力 的气体。 所述气体扩散装置 6可以是曝气盘或者曝气管。 所述气体扩散装置 6外 设置桶体 8， 所述桶体 8位于水下， 底部设有进水口， 并通过连接杆 7与浮体架 11 相连。 桶体 8也可以称为筒体 8。 桶体 8内充满了气体扩散装置 6分散的气泡， 在 捅体 8内形成负压， 促使水体从捅体 8底部流进， 从桶体 8顶部流出。 所述桶体 8 底部设置导流管 9 , 导流管 9下端延伸到深水区域。 所述导流管 9的长度、 粗细以 及导流管 9与捅体 8之间是否堵塞可以根据水深和实际情况进行调整， 从而使导 流管 9的下端幵口构成进水口的一部分或者全部。 这样使较为下层的水体进入桶 体 8， 提高水体的流动性， 增强处理效果。
[0037] 所述移动系统还包括挡水系统 10, 所述挡水系统 10包括至少一个设于桶体 8上 部旁侧的挡水板。 挡水系统 10阻挡从捅体 8顶部流出的水体， 利用水体对其的反 推力带动曝气装置进行移动， 不需要额外提供动力。 因此能提高移动系统的工 作效率， 并且减少其使用能耗。 所述挡水板连接机械控制件， 机械控制件连接 电子控制器， 电子控制器与方向控制系统连接。 也就是利用导航系统 13和遥控 系统 14控制电子控制器， 电子控制器再通过机械控制件控制挡水板的上下伸缩 插入或者旋转， 也就是控制其是否对从桶体 8顶部流出的水体进行阻挡， 及阻挡 吋的阻挡面积和角度。 这样能改变水体对其反推力的方向和大小， 进而改变曝 气装置的移动速度和方向。 因此， 挡水系统 10还能作为方向控制系统的组成部 分， 起到曝气装置方向调节的协同作用。
[0038] 所述太阳能供电系统包括设置在浮体架 11上的太阳能板组件 1 , 太阳能板组件 1 连接控制逆变系统 2, 控制逆变系统 2连接蓄电池 4。 所述太阳能板组件 1通过控 制逆变系统 2向风机 3提供电能， 同时并联输入一部分电能给蓄电池 4。 所述导航 系统 13、 遥控系统 14、 水流推进器 15的动力可以由外接电源提供。 更好的是， 所述蓄电池 4与导航系统 13、 遥控系统 14、 水流推进器 15以及风机 3相连。 这样 风机 3可以直接由太阳能板组件 1提供电能； 也可以在阴雨天气或夜晚， 由蓄电 池 4提供电能， 有效改善其适应能力。 如图 2所示， 所述太阳能板组件 1构成的形 状为圆弧形。 可以是其整体为圆弧形， 也可以是将若干太阳能板布置成圆弧形 。 太阳能板组件 1可以在浮体架 11上转动。 这样风力较大时， 通过太阳能板组件 1的转动吸收一部分的风能， 有效减少风阻， 降低风对曝气装置的影响。 在持续 的行驶中， 本发明能实时读取蓄电池 4容量信息， 并通过无线方式发送到岸上指 挥系统， 岸上指挥系统能实吋显示蓄电池 4容量， 并计算最远行程， 在电量耗尽 前可以返回出发点。 实现续航能力的分析。
[0039] 太阳能板组件 1的转动可以通过多种方式实现。 可以是在太阳能板组件 1的中心 轴位置设置旋转轴， 旋转轴上端与太阳能板组件 1固定连接， 下端通过轴承与浮 体架 11相固定。 也可以是， 所述浮体架 11上沿太阳能板组件 1边缘设置轨道 16; 所述太阳能板组件 1的底端设置与轨道 16配合的滑动件。 如图 3所示， 所述圆形 的轨道 16可以是由浮体架 11上开设的滑动槽 111构成， 太阳能板组件 1底端设置 与滑动槽 111相吻合的滑块 101， 滑动槽 111和滑块 101的横截面形状并不仅限于 图中所示的形状， 也可以是矩形、 圆形。 或者是， 所述轨道 16由设置在浮体架 1 1上表面的导轨或者导槽构成， 太阳能板组件 1底端设置与导轨或导槽相吻合的 滑动件。 该滑动件可以是滑动块， 太阳能板组件 1与所述轨道 16之间为滑动连接 ； 滑动件也可以是滑轮或内部带有钢柱的滑套， 太阳能板组件 1与所述轨道 16之 间为构成滚动配合， 运行阻力进一步减小， 更有利于太阳能板组件 1的转动。
[0040] 所述导流管 9可以是直管， 更好的是如图 4所示， 所述导流管 9呈十字形状， 上 端与桶体 8相连， 左右两端及下端形成进水口。 导流管 9可以延伸至接近水底处 , 曝气装置移动时带动导流管 9进行移动， 对泥水界面进行搅动， 从而改善泥水 界面处的处理效果。
[0041] 更好是如图 5所示的， 气体扩散装置 6上方可以布置一个阻流件 61， 这样阻流件 61可以将气体扩散装置 6出来的汽水混合流体向周围分散， 避免气泡集中和相互 结合， 增大汽水接触的界面面积， 确保汽水混合及曝气的效果。 阻流件 61通常 可以做成空心结构， 通过支架或者连杆安装， 增大整个装置的浮力。
[0042] 在利用导流管 9的实施例中， 因为导流管 9本身有一定长度， 水体在导流管 9内 流动也会有阻力。 所以实践中导流管 9内水流向上流动的趋势并不明显。 为解决 该问题， 可以将气体扩散装置 6布置在导流管 9内的上部 （不能布置在下部是为 了避免气泡长期在导流管 9内流动造成气泡合并） , 阻流件 61布置在导流管 9正 上方、 桶体 8内腔的下部。 这样气体扩散装置 6出来的汽水混合流体遇到阻流件 6 1阻挡， 在桶体 8下端口内部向周边分散向上流动。
[0043] 此吋， 整个流体流动方向如图 6中箭头所示。 这样的结构中， 导流管 9上方的流 体流动在导流管 9内腔形成负压， 加强对导流管 9下端管口附近深水区域的抽吸 能力。 同时， 阻流件 61周边由于流体曲线流动， 流速加快， 形成更大负压， 增 强对桶体 8下端口及周边水域的抽吸效果， 工作原理类似于飞机机翼上方形成的 负压。 这样不增加任何外力和能耗， 可以同时增强对深水区和桶体 8周边的中间 深度水域的曝气效果。
[0044] 利用阻流件 61的实施例中， 也要考虑该部件本身对气泡的干扰作用， 例如是否 会导致气泡相互撞击合并等问题。 经过试验， 发现在阻流件 61表面设置均匀规 则的正六边形凹坑可以降低对气泡的干扰。 凹坑的最大宽度不超过 6mm、 最大 深度不超过 3mm。 也就是正六边形凹坑的外接圆直径不大于 6mm。 并且因为流 体是向上流动的， 所以阻流件 61的形状是上大、 下小的流线形， 也可以称为向 上的雨滴形。 这样也可以进一步降低流体流动的阻力和干扰。 因凹坑结构过于 细节， 并且类似于高尔夫球表面的造型， 所以省略细节图示。
[0045] 通常， 导流管 9可以用竖向的连杆和固定在桶体 8下端的支架固定。 更好是， 如 图 7所示的， 也可以用绳索吊挂在桶体 8下端的支架上， 通常用几个对称的绳索 连接导流管 9上端均匀设置的连接孔， 保持导流管 9竖直。 绳索上端可以在导流 管 9轴心处打一个结合成一股。 同时在桶体 8下端的支架上固定小型的电动卷扬 机 17， 电动卷扬机 17的工作端与绳索连接， 电动卷扬机 17工作的时候就将绳索 收卷或者放出。 电动卷扬机 17与方向控制系统连接。 具体来说， 电动卷扬机 17 与导航系统 13和遥控系统 14进行通信， 并受其控制。 与整个装置的移动和位置 控制类似， 电动卷扬机 17也可以受导航系统 13根据位置信息发出的指令进行自 动控制， 或者受遥控系统 14收到的岸上指挥系统或遥控器的指令进行人工控制
[0046] 同时， 气体扩散装置 6与导流管 9相互固定， 导气管 5靠近导流管 9附近有一段是 软管 51构成。 这样遥控系统 14或岸上指挥系统可以根据记录的或探测到的水域 深度， 控制电动卷扬机 17将绳索放下或绕卷， 使得导流管 9升起或下降以适应不 同水深区域曝气。 导流管 9上端与桶体 8下端的间距对曝气效果影响很弱， 因此 导流管 9上下调整的余地还是比较宽裕的。 图 7中的电动卷扬机 17安装于桶体 8中 心， 起到阻流作用， 可以被看作是阻流件 61的一部分。 该电动卷扬机 17也靠蓄 电池 4供电。
[0047] 另外， 本发明还包括设置在浮体架 11上的摄像系统和报警系统， 所述摄像系统 包括摄像头和用于储存摄像头捕捉的图像信息的内存卡， 所述摄像系统与岸上 指挥系统无线通信。 无线通信可通过遥控系统 14实现， 也可通过另设的无线发 射器、 接收器实现， 摄像头捕捉的图像信息可实吋反馈至岸上指挥系统， 当曝 气装置被人破坏、 盗取时， 报警系统可将视频、 图片以及 GPS坐标等信息发送给 岸上指挥系统或手机， 并向指定手机号拨打报警电话或发送报警短信等。

Claims

权利要求书
一种智能导航太阳能曝气装置， 包括浮体架 （11) , 浮体架 （11) 下 方设置浮球 （12) ， 其特征在于： 所述曝气装置还包括太阳能供电系 统、 曝气系统、 移动系统和方向控制系统； 太阳能供电系统用于给整 个装置供电； 所述移动系统包括水流推进器 （15) ； 所述方向控制系 统包括与水流推进器 （15) 相连的导航系统 （13) 和遥控系统 （14) ； 所述曝气系统包括与太阳能供电系统相连的风机 （3) ， 风机 （3) 上设置导气管 （5) 连接位于水下的气体扩散装置 （6) , 所述气体扩 散装置 （6) 外设置桶体 （8) ， 所述桶体 （8) 位于水下， 底部设有 进水口， 并通过连接杆 （7) 与浮体架 （11) 相连； 所述桶体 （8) 底 部设置导流管 （9) , 导流管 （9) 下端延伸到深水区域。
根据权利要求 1所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 移动系统还包括挡水系统 （10) ， 所述挡水系统 （10) 包括至少一个 设于桶体 （8) 上部旁侧的挡水板， 所述挡水板连接机械控制件， 机 械控制件连接电子控制器， 电子控制器与方向控制系统连接。
根据权利要求 1所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 太阳能供电系统包括设置在浮体架 （11 ) 上的太阳能板组件 （1 ) ， 太阳能板组件 （1) 连接控制逆变系统 (2) , 控制逆变系统 （2) 连 接蓄电池 （4) 和风机 （3) 。
根据权利要求 3所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 蓄电池 （4) 与导航系统 （13) 、 遥控系统 （14) 、 水流推进器 （15 ) 以及风机 （3) 相连。
根据权利要求 3所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 太阳能板组件 （1) 构成的形状为圆弧形， 太阳能板组件 （1) 可以在 浮体架 ( 11) 上转动。
根据权利要求 5所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 浮体架 （11) 上沿太阳能板组件 （1) 边缘设置轨道 （16) ； 所述太 阳能板组件 （1) 的底端设置与轨道 （16) 配合的滑动件。 根据权利要求 2所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 导航系统 （13) 包括定位系统、 目的地选择系统、 路径计算系统以及 路径指导系统； 所述遥控系统 （14) 包括控制信号产生机构、 传输设 备以及执行机构。
根据权利要求 1所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 导流管 （9) 呈十字形状， 上端与桶体 （8) 底部相连， 左右两端及下 端形成进水口。
根据权利要求 1所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 方向控制系统还包括布置在地面的岸上指挥系统， 该岸上指挥系统与 遥控系统 （14) 无线通信； 岸上指挥系统包括 PC机， 并以 GIS系统为 基础， 开发控制和管理系统， 实现航线的规划， 航向正确性分析， 航 偏纠正， 无人船行驶轨迹的存储， 障碍物避让分析， 续航能力分析。 根据权利要求 9所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 还包 括设置在浮体架 （11) 上的摄像系统和报警系统， 所述摄像系统包括 摄像头和用于储存摄像头捕捉的图像信息的内存卡， 所述摄像系统与 岸上指挥系统无线通信。
根据权利要求 1所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 的气体扩散装置 （6) 上方布置一个阻流件 （61) 。
根据权利要求 11所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 的气体扩散装置 （6) 布置在导流管 （9) 内的上部， 所述的阻流件 （
61) 布置在导流管 （9) 正上方、 桶体 （S) 下部内腔。
根据权利要求 12所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 的阻流件 （61) 是上大、 下小的流线形。
根据权利要求 13所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 的阻流件 （61) 表面设置均匀规则的正六边形凹坑， 凹坑的最大宽度 不超过 6mm、 最大深度不超过 3mm。
根据权利要求 13所述的智能导航太阳能曝气装置， 其特征在于： 所述 的导流管 （9) 用绳索竖直吊挂， 绳索上端合成一股； 在桶体 （8) 下 端的支架上固定小型的电动卷扬机 （17) ， 电动卷扬机 ( 17) 与方向 控制系统连接； 该绳索上端连接电动卷扬机 （17) 的工作端； 所述气 体扩散装置 （6) 与导流管 (9) 相互固定， 导气管 （5) 靠近导流管
(9) 附近的部分是软管 （51 ) ； 所述电动卷扬机 ( 17) 也靠蓄电池
(4) 供电。
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