專利名稱：風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境工程科學(xué)領(lǐng)域的一種設(shè)備，具體的說是一種風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水體污染問題日趨嚴(yán)重，水體中的溶解氧(DO)的含量下降，造成了許多環(huán)境問題。水體中的DO含量是衡量水體水質(zhì)狀況的一個重要指標(biāo)，水中DO是維持水生生態(tài)平衡和有機(jī)物進(jìn)行分解的條件。DO含量不足將直接威脅到水中生物的生長；若DO耗盡，則水中有機(jī)物將在厭氧條件下產(chǎn)生分解，使水質(zhì)發(fā)臭。水體中的DO主 要來源于水和氣之間的物理作用過程，亦即大氣復(fù)氧。然而，眾多學(xué)者在研究高速水流通過泄水建筑物的時候如閘，堰等水流的強(qiáng)烈紊動和摻氣會使水體的溶解氧量有明顯的提高，有時候甚至出現(xiàn)超飽和現(xiàn)象。隨著人們對氣泡復(fù)氧的深入研究，各類氣泡曝氣技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境工程中。如臭氧曝氣，空壓機(jī)曝氣等各式各樣的設(shè)備，現(xiàn)有的充氧設(shè)備共同特點(diǎn)(I)攪動水體，如中國專利申請“一種垂直軸風(fēng)力曝氣機(jī)”(公告號CN102225810A)借助表面葉片撥動水體增加水氣接觸面積，增加水體溶解氧向下層水體擴(kuò)散。(2)將水分散為小水滴，噴入氣相，增大氣水接觸面積，提高溶解溶解氧含量。如中國專利申請“氣壓水汽自控曝氣機(jī)”。(3)負(fù)壓吸氣，令氣泡分散為微氣泡壓入水中。如“風(fēng)力水體充氧機(jī)”中國專利申請(授權(quán)公告號CN 2501877Y)，充分利用微氣泡在水體中的溶解原理增大水體溶解氧含量。一些傳統(tǒng)的增氧方式有，水泵遠(yuǎn)距離抽送復(fù)氧，大型風(fēng)輪攪動復(fù)氧，水流跌坎階梯流等設(shè)備。近年來隨著環(huán)境科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的充氧設(shè)備被應(yīng)用在實(shí)踐中，如，武漢科技大學(xué)經(jīng)過四年的努力，研發(fā)的“太陽能湖水凈化技術(shù)及設(shè)備”并在武漢市部分湖泊應(yīng)用，“一種風(fēng)光互補(bǔ)曝氣充氧機(jī)的控制保護(hù)裝置”在實(shí)踐中效果很好。眾多曝氣充氧設(shè)備或多或少存在一些缺陷或不足，主要是(I)曝氣不充分。旨在依靠風(fēng)力實(shí)現(xiàn)水體表層曝氣，未能考慮底部水體的對流交換充氧，未能改變深層水體總?cè)芙庋鹾俊?2)充氧面積小。目前眾多工藝設(shè)備僅考慮設(shè)備作用范圍之內(nèi)水體的復(fù)氧量，未能滿足大面積水體復(fù)氧和水體上下層循環(huán)。(3)能耗大，操作復(fù)雜。一些設(shè)備依靠外在電力，柴油發(fā)電機(jī)等外在能源，忽視了自然資源風(fēng)能，裝置基本結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易操作。還有采用一些設(shè)備風(fēng)電互補(bǔ)的方式，不僅投資大而且操作極其復(fù)雜。(4)效果不佳，不易管理。依靠表層曝氣，忽略深層水體，在本質(zhì)上不可能達(dá)到改善水體，凈化水質(zhì)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種多功能的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案一種風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備，其特征在于，包括豎向傳力軸，在豎向傳力軸由上至下依次安裝有風(fēng)輪，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置、動力連接系統(tǒng)、產(chǎn)氣囊、浮伐系統(tǒng)、大齒輪轉(zhuǎn)換裝置和固定塊，其中，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置外端有與動力連接系統(tǒng)連接的N字形鋼條，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置包括齒輪箱，齒輪箱中有主齒輪和副齒輪，主齒輪與副齒輪相嚙合，主齒輪與豎向傳力軸相連接，副齒輪與橫向傳力軸連接，在橫向傳力軸兩端，安裝有一對葉片方向相反的推流葉輪，齒輪箱表面安裝微曝氣頭。本發(fā)明的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備，與目前開發(fā)和使用的同類設(shè)備相比，具有以下多方面的創(chuàng)新和優(yōu)點(diǎn)(I)曝氣充分。通過產(chǎn)氣囊將空氣壓入底部缺氧態(tài)水體，旋轉(zhuǎn)的推流葉輪將大氣泡破碎，均勻分布?xì)馀菖c水體接觸，充分增加汽水接觸面積，提高曝氣效果。 (2)淺層水體充氧接觸面積大。通過風(fēng)輪將淺層水體向表層水體流動的相反方向攪動。充分考慮風(fēng)力的影響，通過方向相反安裝的推流葉輪，將底部上升的汽水混合水體向表層水體相反方向推流，增加未飽和水體與表層飽和水體的充分接觸。(3)結(jié)構(gòu)簡單，造價低。充分考慮自然能源風(fēng)力，通過風(fēng)輪積聚動能，帶動豎向傳力軸，從而攪動水體，不僅節(jié)省資源，而且環(huán)保。裝置構(gòu)造簡單，操作容易，不需人為高頻率的察看。(4)結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。適用于一些湖泊，景觀湖河道等，不僅外觀漂亮，而且容易裝飾成湖泊的美化構(gòu)筑物，材料要求低，便于組裝攜帶。(5)充分利用自然能源。將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能用于推動水流。(6)氣泡復(fù)氧效果好。將空氣輸送到底部,旋轉(zhuǎn)的推流葉輪將大氣泡破碎,均勻分布到周圍水體，汽水接觸面積大，富氧率高。


圖I是本發(fā)明的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是大齒輪轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是產(chǎn)氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是動力連接系統(tǒng)示意圖。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本實(shí)施例給出一種風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備的結(jié)構(gòu)，包括豎向傳力軸10，在豎向傳力軸10由上至下依次安裝有風(fēng)輪1，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2，動力連接系統(tǒng)3，產(chǎn)氣囊4，浮伐系統(tǒng)5，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置6，推流渦輪7，固定塊8，橫向傳力軸9，其中，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置6包括齒輪箱64，齒輪箱64中有主齒輪61和副齒輪62，主齒輪61與豎向傳力軸10相連接，副齒輪62與橫向傳力軸9連接，在橫向傳力軸9兩端，安裝有一對葉片方向相反的推流渦輪7，該推流渦輪7與橫向傳力軸9之間采用螺紋連接，齒輪箱64表面安裝微曝氣頭65。本實(shí)施例中，風(fēng)輪I由均勻分布的三組葉片組成，葉片采用流線型設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際需求確定葉片的大小及彎曲度，用固定盤12固定在豎向傳力軸10上。參見圖2，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置6包括齒輪箱64，在齒輪箱64中有主齒輪61和副齒輪62，主齒輪61和副齒輪62嚙合，副齒輪62兩側(cè)通過連接軸承63與橫向傳力軸9相連接。主齒輪61憑借固定于齒輪箱64上下表面的傳力軸10固定在箱體內(nèi)。副齒輪62憑借固定于齒輪箱64左右兩側(cè)的橫向傳力軸9固定在齒輪箱64內(nèi)，齒輪箱64外表面安裝有微曝氣頭65。參見圖3，產(chǎn)氣囊4包括有內(nèi)外兩層橡膠(31，32)，在產(chǎn)氣囊4上有吸氣閥和出氣閥，吸氣閥和出氣閥均依靠內(nèi)外壓差設(shè)計(jì)。
兩層橡膠囊(31，32)外形相似，且外橡膠囊31與內(nèi)橡膠囊32密封連接，外橡膠囊31與內(nèi)橡膠囊32之間形成空腔，內(nèi)橡膠囊32頂部內(nèi)側(cè)連接軸承33 ;傳力軸10穿過軸承33，產(chǎn)氣囊4在動力連接系統(tǒng)4的作用下實(shí)現(xiàn)伸縮，在動力連接系統(tǒng)5壓縮過程中，吸氣閥中由彈簧連接的鋼球35壓縮鋼片36密封吸氣口，出氣閥在氣壓的作用下鋼片壓縮彈簧連接的鋼球，將出氣口打開，將橡膠囊31內(nèi)的氣體輸送出去。在動力連接系統(tǒng)3的拉伸過程中，橡膠囊31內(nèi)的壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于外界壓強(qiáng)，在壓差作用下吸氣閥內(nèi)鋼片36在壓力作用下擠壓彈簧連接的鋼球35將吸氣口打開使得外界氣體順利進(jìn)入橡膠囊31內(nèi)，此時在出氣閥內(nèi)輸氣管內(nèi)的壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于橡膠囊內(nèi)的壓強(qiáng)，在彈簧連接的鋼球作用下將擠壓鋼片將出氣口關(guān)閉，防止輸氣管內(nèi)的氣體回流到橡膠囊內(nèi)。軸承34連接在內(nèi)外橡膠囊(31、32)底部，起固定作用，最底層的固定板37固定橡膠囊整體部分，固定板37的中心連接有軸承。參見圖4，動力連接系統(tǒng)3上部的連接桿43連接小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2外端的N字型鋼條，在小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2旋轉(zhuǎn)的時候，連接在外端的N字型鋼條做圓周運(yùn)動，在運(yùn)動過程中，動力連接系統(tǒng)3驅(qū)動連接桿43上下運(yùn)動，傳力軸10芽過軸承41,軸承41兩端連接固定板42，固定板42末端向下連接搖擺板44的中心軸連器，搖擺板44的兩端分別連接連接桿(43，45)。該風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備的工作原理是在風(fēng)力作用下，風(fēng)輪I順時針旋轉(zhuǎn)，帶動豎向傳力軸10順時針旋轉(zhuǎn)，在豎向傳力軸10的帶動下，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2同方向旋轉(zhuǎn)，且?guī)舆B接在外端的N字形鋼條作圓周運(yùn)動，在運(yùn)動過程中，動力連接系統(tǒng)3帶動連桿上下運(yùn)動，且拉伸產(chǎn)氣囊4伸縮，將空氣擠壓到傳力軸10內(nèi)。由于齒輪箱6中的主齒輪61位于豎向傳力軸10外徑上并與豎向傳力軸10相連接，也同時隨豎向傳力軸10順時針轉(zhuǎn)動，主齒輪61與副齒輪62嚙合，帶動橫向傳力軸7轉(zhuǎn)動，推流葉輪7轉(zhuǎn)動將水體從左到右推動，形成淺層水體的橫向循環(huán)流動，大大增加了缺氧狀態(tài)水體與飽和水體的混合，促進(jìn)缺氧狀態(tài)水體溶解氧含量增加。豎向傳力軸10連接小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2并隨之順時針旋轉(zhuǎn)的同時，在動力連接系統(tǒng)3的作用下拉升產(chǎn)氣囊4，將空氣壓入豎向傳力軸10內(nèi)。微曝氣頭65將氣體均勻分布在底部的水體中，增大未飽和水體與飽和水體的接觸面積,從而增大水體的溶解氧速率。如果風(fēng)輪I隨風(fēng)力逆時針旋轉(zhuǎn)時，各構(gòu)件旋轉(zhuǎn)方向與順時針方向剛好相反，但其充氧效果與順時針相同。具體實(shí)施步驟
(I)風(fēng)輪I由三個橢圓形葉片組成，葉片選擇聚乙烯材料制成，葉片的大小根據(jù)下面連接的產(chǎn)氣囊4和推流葉輪7的大小設(shè)計(jì)，葉片流線型設(shè)計(jì)，聚有升力型葉片的特點(diǎn)，克服了啟動難的弱點(diǎn)。葉片頂部和底部分別通過固定盤12與豎向傳力軸10固定，固定盤12的大小根據(jù)葉片大小確定，頂端固定盤12與豎向傳力軸10頂部焊接(2)豎向傳力軸10中上部連接小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2隨豎向傳力軸10旋轉(zhuǎn)，帶動連接在小齒輪轉(zhuǎn)換裝置2外側(cè)的N字型鋼條作圓周運(yùn)動。(3)動力連接裝置3下部適當(dāng)位置連接固定在豎向傳力軸10上的產(chǎn)氣囊4，產(chǎn)氣囊4與豎向傳力軸10之間用軸承連接，產(chǎn)氣囊4的安裝高度根據(jù)動力連接裝置3的功率大小確定。(4)豎向傳力軸10中部連接浮伐系統(tǒng)5。浮伐系統(tǒng)5包括泡沫浮體、浮伐軸承和三根等長度固定鋼管，其中，浮伐軸承通過固定鋼管與泡沫浮體固定在一起。浮伐軸承與豎向傳力軸10相連接。
本實(shí)施例中，泡沫浮體51采用聚乙烯材料制作，耐腐蝕，耐光照，密度小等特點(diǎn)。泡沫浮體51形狀類似于圓環(huán)狀，有利于構(gòu)件在擺動過程中平衡。(5)豎向傳力軸10中下部與大齒輪轉(zhuǎn)換裝置6相連接(圖2)。大齒輪轉(zhuǎn)換裝置6包括有齒輪箱64，齒輪箱64中有主齒輪61和副齒輪62，豎向傳力軸10穿過齒輪箱64上下表面的軸承，與齒輪箱64內(nèi)的主齒輪61連接，主齒輪61與副齒輪62嚙合，主齒輪61依靠豎向傳力軸10固定。副齒輪62兩側(cè)通過連接軸承63與橫向傳力軸9連接。(6)橫向傳力軸7兩端分別連接推流葉輪7，橫向傳力軸9的長度可根據(jù)實(shí)際情況確定，橫向傳力軸9與推流葉輪7可以用螺紋相連接，便于拆除安裝。推流葉輪7的葉片根據(jù)推流器的葉片設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)，葉片大小根據(jù)實(shí)際情況確定，左右兩個推流葉輪7的葉片安裝方向相反，便于水流向一個方向流動。(7)大齒輪裝換裝置6的齒輪箱64表面安裝微曝氣頭65，微曝氣頭65的安裝數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況確定。(8)豎向傳力軸10下部連接固定塊8，固定塊8用鐵鏈與豎向傳力軸10下部的軸承連接，鐵鏈長度根據(jù)實(shí)際情況確定。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備，其特征在于，包括豎向傳力軸(10)，在豎向傳力軸(10)由上至下依次安裝有風(fēng)輪(1)，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置(2)，動力連接系統(tǒng)(3)，產(chǎn)氣囊(4)，浮伐系統(tǒng)(5)，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置(6)和固定塊(8);其中，小齒輪轉(zhuǎn)換裝置(2)外端有與動力連接系統(tǒng)(3)連接的N字形鋼條；大齒輪轉(zhuǎn)換裝置(6)包括齒輪箱(64)，齒輪箱(64)中有主齒輪(61)和副齒輪(62)，主齒輪(61)與副齒輪(62)相嚙合，主齒輪(61)與豎向傳力軸(10)相連接，副齒輪(62 )與橫向傳力軸(9 )連接，在橫向傳力軸(9 )兩端，安裝有一對葉片方向相反的推流葉輪(7)，齒輪箱(64)表面安裝微曝氣頭(65)。
2.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備，其特征在于，所述的風(fēng)輪(I)由均勻分布的三組葉片組成，用固定盤(12)固定在豎向傳力軸(10)上。
3.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備，其特征在于，所述的豎向傳力軸(10)與產(chǎn)氣囊(4)之間可拆卸。
4.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備，其特征在于，所述的產(chǎn)氣囊(4)底部有吸氣閥和出氣閥，吸氣閥和出氣閥均依靠內(nèi)外壓差設(shè)計(jì)。
5.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)充氧設(shè)備，其特征在于，所述的推流渦輪(7)與橫向傳力軸(9 )之間采用螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力直驅(qū)循環(huán)曝氣設(shè)備，包括豎向傳力軸，在豎向傳力軸由上至下依次安裝有風(fēng)輪，小齒輪裝換裝置，動力連接系統(tǒng)，產(chǎn)氣囊，大齒輪轉(zhuǎn)換裝置、固定塊、微曝氣頭和推流葉輪，產(chǎn)氣囊在動力連接系統(tǒng)的作用下向底部輸送空氣，該設(shè)備在風(fēng)力作用下風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能，經(jīng)過豎向傳力軸向攪動渦輪和產(chǎn)氣囊完成空氣的輸送，完成向底部輸送空氣，在攪動渦輪作用下淺層水流橫向擴(kuò)撒，與表層水體對流交換，實(shí)現(xiàn)大面積水體擾動。結(jié)構(gòu)簡單布置緊湊，操作方便，節(jié)省能源，適用于湖泊，水塘水質(zhì)改善。
文檔編號C02F7/00GK102874940SQ20121035902
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者盧金鎖, 閆帥軍, 段飛飛 申請人:西安建筑科技大學(xué)