專利名稱：一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于攔截藻類以及受污染水體向保護區(qū)輸移的圍隔，尤其涉及一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔，屬于水環(huán)境治理技術領域。
背景技術：
目前國內各湖泊水源區(qū)受藻類水華影響的頻率逐年增加，導致水源區(qū)水生植物被退化壓力增加，一旦水生植物消失，將會對整個生態(tài)系統造成極為不利的影響。因此，迫切需要進行水源區(qū)水域的保護，控制藻類水華對水源區(qū)的危害，阻止水源區(qū)水生植物的退化； 另一方面在集中式飲用水水源地取水口以及重點風景區(qū)，外來藻類的攔截一直是相關機構關注的重要問題。目前普遍采用的軟圍隔擋藻裝置雖然能夠攔截大部分外來藻類，但是圍擋目標區(qū)內繁殖生長的藻類，卻會因圍隔的存在，在目標區(qū)內會不斷累積，并惡化水質，是當前圍隔攔擋技術的極其嚴重的垢病。在常規(guī)圍隔一旦建成條件下，當外圍水體因氣象條件變化藻類消失，水質變好時，因圍隔阻擋作用常發(fā)生目標水體藻類含量大于外圍水體以及目標水體水質劣于外圍水體。此外，在冬季和風浪較大情況下，常規(guī)圍隔缺乏自我調控能力，浮體部分始終浮于水面，長期經受風浪和紫外輻射損傷，縮短了圍隔使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術之不足，提供一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔，可根據自然條件的變化，人工操作使其浮在水面或沉入水下，浮在水面時，圍隔可阻止藻類及受污染水體向保護區(qū)水域輸移；沉入水下時，圍隔從水面消失，增加保護區(qū)內外水體交換，可方便地將進入保護區(qū)水域的藻類排出，同時使圍隔經受風浪和紫外輻射損傷的時間縮短，增加圍隔使用壽命。實現上述目的的技術方案如下一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔，設有包括浮于水面的浮體及與浮體聯接為一體、沉于水面下的柔性隔簾，其特征在于所說浮體系由多個浮桶之間通過柔性隔簾串聯成浮體鏈，將該浮體鏈設置于保護區(qū)外圍；每個浮桶為臥置的兩端封閉圓柱型桶，在浮桶的上表面設有兩個對稱布置的氣嘴，所有氣嘴位于浮體鏈的同一水平線上，垂直于水面，所有氣嘴一端均與各自桶腔連通，所有氣嘴另一端連通一軟管，此軟管的兩個端口分別連通在一個三通的兩個通口，三通的另一通口通過另一軟管連通另一個三通的一個口，此三通的另外兩個通口分別通過閥門連通大氣和壓縮空氣； 在每個浮桶氣嘴的正對側下表面的中點，開有一個通水孔與桶腔連通，自然狀態(tài)下通水孔始終沒于水下，在通水孔左右兩側設有與浮桶內壁固定的對稱配重塊；浮桶外側四周邊設置與浮桶外壁固定聯接的邊框形法蘭，通水孔一側的法蘭邊與沉于水下的隔簾固定聯接， 兩浮桶端面之間的法蘭邊固定聯接隔簾，氣嘴一側的法蘭邊與連通氣嘴的軟管固定聯接。圓柱型浮桶的左右兩端面可設置成對稱的尖劈形，尖劈形的中心面即是垂直于水面的圓柱型桶的縱向中心面，氣嘴位于尖劈的中心面兩側并設置于靠近兩尖劈頂內側，邊框形法蘭平面位于尖劈的中心面上。
在每個浮桶氣嘴同側的法蘭邊上，左右對稱點分別聯接一根繩索，兩個繩索的另一端分別聯接一浮球，兩浮球浮力之和大于一個浮桶重量，浮球與浮桶連接繩長度加上浮桶直徑小于水深。本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果本發(fā)明特別適用于特定水域保護區(qū)(包括湖泊及水庫)用于攔截藻類以及受污染水體向保護區(qū)輸移，可防止因外圍進入和圍內再生污染物惡化水質，增加目標水體污染物輸出，不但可阻止藻類向保護區(qū)水域輸移，也可很方便的將進入保護區(qū)水域的藻類排出。裝置制作簡單，操作方便，便于改進。本發(fā)明可自如地使圍隔上端下沉至水面下某一位置，在水面消失，降低對紫外輻射和風浪的損害，延長使用壽命，改善水面景觀。本發(fā)明在外圍水質得到改善、藻類消失條件下，可使圍隔從水面消失，撤除目標水域與周邊水體圍隔阻擋作用，增加水體交換，方便地將進入保護區(qū)水域的藻類排出，從而使水源保護區(qū)的藻類減少，改善目標區(qū)水質。此外在極端不利條件下，可將圍隔沉入水下，降低風浪等對圍隔的破壞，延長圍隔使用期限。


圖1為本發(fā)明浮于水面時結構圖2為圖1之33-33斷面圖3為本發(fā)明沉于水下時結構圖4為圖3之34-34斷面圖5為本發(fā)明單個浮桶浮于水面時受力示意圖6為本發(fā)明單個浮桶浮于水面時浮桶側轉受力示意圖7為單個氣嘴和進出水孔浮桶不能沉入水下原因分析示意圖8為單個氣嘴和進出水孔浮桶不能上浮至水面原因分析示意圖
圖9為本發(fā)明單個浮桶結構正視圖10為圖9的仰視圖。
具體實施例方式參看圖9、10，單個浮桶為兩端封閉的圓柱形桶，左右兩端面設置成對稱的尖劈形 7，臥置于水面上。尖劈形的中心面即是圓柱型桶的縱向中心面，在浮桶的上表面設有兩個對稱布置的氣嘴4，兩氣嘴分別位于尖劈的中心面兩側并設置于靠近兩尖劈頂內側，所有氣嘴一端均與各自桶腔連通.浮桶氣嘴的正對側下表面的中點，開有一個通水孔5與桶腔連通，自然狀態(tài)下通水孔始終沒于水下，在通水孔5左右兩側設有與浮桶內壁固定的對稱配重塊2 ；浮桶外側四周邊設置與浮桶外壁固定聯接的邊框形法蘭3，法蘭3平面位于尖劈的中心面上，法蘭四邊上有孔6。在浮桶氣嘴4同側的法蘭邊3上，左右對稱點分別聯接一根繩索85，兩個繩索的另一端分別聯接一浮球80，兩浮球浮力之和應大于一個浮桶重量，浮球與浮桶連接繩長度加上浮桶直徑小于水深。將圖9、10之多個浮桶60之間通過柔性隔簾串聯成浮體鏈如圖1 (浮起)、圖3 (沉入水下)所示，所有氣嘴4 一端均與各自桶腔連通，所有氣嘴另一端連通一軟管9，此軟管9 的兩個端口分別連通在一個三通86的兩個通口，三通86的另一通口通過另一軟管連通另一個三通186的一個口，三通186的另外兩個通口分別通過閥門87、187連通大氣和壓縮空氣儲氣罐88，，儲氣罐88連通空氣壓縮機89 ；通水孔5 —側的法蘭邊通過孔6與沉于水下的隔簾11固定聯接，兩浮桶端面之間的法蘭邊固定聯接隔簾13，再將隔簾11與13連為一體；氣嘴一側的法蘭邊與連通氣嘴的軟管9固定聯接。浮桶設置配重塊2是為了確保浮桶內部空氣含有壓縮空氣時保持平衡狀態(tài)，在浮桶受外力搖晃時，可以自動恢復臥置狀態(tài)，同時增加桶自重，在內部充有^g/m壓力空氣時，確保通水孔5始終沒于水面下，桶內壓縮空氣不從孔口泄出；浮桶兩端面設置成尖劈形是為了在浮桶受外力搖晃時，兩浮桶之間柔性隔簾可維持一定彎曲而不發(fā)生相互間碰撞和損傷。 如圖3、4，當打開三通86與大氣相連的閥門開關87時，由于桶內空氣壓P大于大氣壓PO (桶內氣壓P = P0+G/S，其中G為浮桶加桶配重及軟管的重量，F為其下簾布的拉力之和，S為桶內空氣與水接觸面積)，氣體從桶上氣嘴4排出，桶內壓力下降，浮力(浮力 =P · S-PO · SO, SO為水面與桶相截面積)下降，水體通過進出水孔5進入桶內，桶不斷下沉，桶下沉沒入水中時，桶失去浮力，桶繼續(xù)下沉，在桶下沉過程中，當桶下沉距離等于浮球與桶之間的連接繩85長時，浮球80下沉，當浮球80排開水體的重量與桶60重量相等時， 桶停止下沉，處在水中，繩長加桶直徑小于水深時，桶不接觸湖底50，避免桶與湖底間碰撞、 摩擦而受損。此時圍隔在水面90消失，外圍未受污染和水質較好的水體可進入保護區(qū)，同時也讓保護區(qū)內水質相對較差的水體流出保護區(qū)。此時，柔性隔簾11在水下折疊，12為隔簾11的底桿。 如圖1、2，關閉三通86與大氣相桶的閥門開關87，打開三通86與壓縮空氣儲罐88 間的閥門開關187，壓縮空氣因其壓力(大于2公斤壓力)大于桶所進出水孔5處水的壓力 (小于0. 5公斤壓力)，壓縮空氣通過導氣管9由氣嘴進入桶內，由于桶受浮球向上拉力和進出水孔5兩側配重物2重力作用，氣嘴4始終位于上方，進出水孔5始終位于下方，進入桶內的壓縮空氣將桶內水逐漸排出，桶的浮力逐漸增加，當浮力大于桶和配重物2的重量后，桶上浮，當桶浮于水面時，由于下側法蘭和隔簾布11相連，隨浮桶60上移動展開形成隔簾，阻隔水體交換，防止外圍受污染和水質不好水體對保護區(qū)水體影響圍隔閉合，外來藻類或氣體污染物被隔離。關閉與三通86與壓縮空氣儲罐88間的閥門開關87。桶內空氣壓力為P = P0+G/S，為由于配重物作用，桶有一部分始終沒入水下。由于桶為對稱形，配重物始終處于下端，否則就會產生偏轉力矩，使得配重物始終位于桶的下方，進出水孔因和配重物在桶的同一側，因桶的進出水孔5始終沒于水下，桶內空氣壓力保持在P = P0+G/S，進出水孔5的所在深度則與桶的重量相關。配重物重量在不超過桶最大排水體積的重量時，水孔 5的所在深度與配重物重量成正比。 參看圖5-8，本發(fā)明的關鍵是進出氣口 4位于沉浮體60兩端對稱位置，如果位于一端，在使壓縮空氣罐88中氣體在向浮桶60內充入時，浮桶60產生歪斜，從而導致浮桶翻轉，一旦桶軸線方向為鉛直方向時，在向桶內充入一定氣體后，進出水孔露出水面，降低充氣使桶上浮效果，不能將簾布拉起，圍隔有一段沒入水中，不能形成封閉圍隔。另外在排氣時，一旦桶傾斜使有氣嘴端沒入水體時，桶內空氣無法排不出，桶無法下沉。而進出水孔5 位于沉浮體60另一側的中間位置處，進出氣口 4的直徑小于進出水孔5的直徑。當進氣時， 桶兩端同時受到壓縮空氣的壓強力作用，水體受向對面中間進出水孔5壓強梯度力的作用而流出流出；而排氣時，桶上側兩端壓力同時減小，在桶內剛好形成自進水孔至兩端氣嘴對稱壓強梯度力，保證桶平衡下沉浮。進出水孔5的兩邊設有配重2，可增加浮體浮于水面時的穩(wěn)定性，使得浮體進出水孔5始終在浮體底部而不會發(fā)生翻到。圖5浮桶所受浮力為桶內水面面積與桶內空氣壓強之乘積減去桶外水面割浮桶交線所圍面積與大氣壓之乘積，加上浮桶內無水而桶外壁有水壁部分所受的壓力。在浮桶對稱面為鉛直平面時，浮桶所受浮力、配重物重力、浮桶重力、簾布拉力在一條直線上，浮力 =配重物重力+浮桶的重力+簾布拉力，浮桶處于平衡狀態(tài)。圖6在浮桶對稱面偏離鉛直平面時，配重物重力和簾布拉力與浮桶所受浮力、浮桶重力不一條直線上，相互平行，產生使浮體對稱面向鉛直平面偏轉的力矩，從而使浮體對稱面維持在鉛直面。圖7(在桶下沉過程中，單氣嘴浮桶一旦發(fā)生圖示翻轉，圖中斜線部分的桶內空氣無法排出浮桶，桶內空氣被壓縮，根據氣體狀態(tài)方程PV = nRT，桶內空氣壓強增加，作用于桶內壁上壓力大于桶外空氣作用桶的壓力，產生浮力。桶下沉越多，桶內空氣被壓縮就越嚴重，桶內空氣壓縮接近等溫壓縮，根據氣體狀態(tài)方程，壓強P和空氣體積之乘積為常數，因此桶內壓強就越大，桶內壁所受的壓力越大，因而浮力就越大，當超過浮桶的重量時，浮桶停止下沉。)在由4氣孔充氣時，因壓縮氣體氣壓大于水壓，水體由水孔5排出桶內，桶的浮力為桶排開水的體積，隨著充入空氣增加，浮力增加，當浮力大于桶重量上浮，當桶的水孔浮到水面時，排入壓縮空氣直接從水孔進入大氣，桶內壓力迅速下降，與大氣壓強差異減小， 桶浮力降低，途中斜線部分無法上浮，因圍隔沿桶軸線方向布置，圍隔難以封閉。本發(fā)明在太湖、東太湖進行的運用結果顯示，圍隔開閉過程簡單，只需在岸上打開導氣管與大氣連通開關即可使裝置下沉，下沉時間所需2兩小時，閉合圍隔關閉導氣管與大氣連通的開關，同時打開導氣管與壓縮空氣儲氣罐開關，導入壓縮空氣，閉合圍隔僅20 分鐘時間，圍隔閉合后關閉導氣管與壓縮空氣儲氣罐開關即可。圍隔開閉裝置的使用提高了攔擋藻類的效果，使保護區(qū)水質得到顯著提高。實施例尺寸浮桶直徑38cm，浮桶長 75cm，兩浮桶間距40cm，配重塊6. 5kgX2，通水孔Φ5ο ，進氣孔(氣嘴)Φ8πιπι。
權利要求
1.一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔，設有包括浮于水面的浮體及與浮體聯接為一體、沉于水面下的柔性隔簾，其特征在于所說浮體系由多個浮桶之間通過柔性隔簾串聯成浮體鏈，將該浮體鏈設置于保護區(qū)外圍；每個浮桶為臥置的兩端封閉圓柱型桶，在浮桶的上表面設有兩個對稱布置的氣嘴，所有氣嘴位于浮體鏈的同一水平線上，垂直于水面，所有氣嘴一端均與各自桶腔連通，所有氣嘴另一端連通一軟管，此軟管的兩個端口分別連通在一個三通的兩個通口，三通的另一通口通過另一軟管連通另一個三通的一個口，此三通的另外兩個通口分別通過閥門連通大氣和壓縮空氣；在每個浮桶氣嘴的正對側下表面的中點，開有一個通水孔與桶腔連通，自然狀態(tài)下通水孔始終沒于水下，在通水孔左右兩側設有與浮桶內壁固定的對稱配重塊；浮桶外側四周邊設置與浮桶外壁固定聯接的邊框形法蘭， 通水孔一側的法蘭邊與沉于水下的隔簾固定聯接，兩浮桶端面之間的法蘭邊固定聯接隔簾，氣嘴一側的法蘭邊與連通氣嘴的軟管固定聯接。
2.根據權利要求1所述的沉浮式軟圍隔，其特征在于圓柱型浮桶的左右兩端面設置成對稱的尖劈形，尖劈形的中心面即是垂直于水面的圓柱型桶的縱向中心面，氣嘴位于尖劈的中心面兩側并設置于靠近兩尖劈頂內側，邊框形法蘭平面位于尖劈的中心面上。
3.根據權利要求1或2所述的沉浮式軟圍隔，其特征在于在每個浮桶氣嘴同側的法蘭邊上，左右對稱點分別聯接一根繩索，兩個繩索的另一端分別聯接一浮球，兩浮球浮力之和大于一個浮桶重量，浮球與浮桶連接繩長度加上浮桶直徑小于水深。
全文摘要
一種用于湖泊水域保護區(qū)的沉浮式軟圍隔，由多個浮桶之間通過柔性隔簾串聯成浮體鏈，浮桶為臥置的圓柱型桶，左右兩端面成對稱的尖劈形，尖劈形的中心面即是圓柱型桶的縱向中心面，在浮桶的上表面設有兩個對稱布置的氣嘴，氣嘴位于尖劈的中心面上并靠近兩尖劈頂內側，氣嘴一端均與各自桶腔連通，所有氣嘴另一端連通一軟管，此軟管的兩個端口分別連通在一個三通的兩個通口，三通的另一通口通過另一軟管連通另一個三通的一個口，此三通的另外兩個通口分別通過閥門連通大氣和壓縮空氣；在每個浮桶氣嘴的正對側下表面的中點，開有一個通水孔與桶腔連通，在通水孔左右兩側設有對稱配重塊，浮桶外側四周邊設有邊框形法蘭，用于聯接隔簾和軟管。
文檔編號B63B35/44GK102230317SQ20111008772
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權日2011年4月8日
發(fā)明者朱金格, 李欽欽, 胡維平, 陳龍, 高峰 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所