本發(fā)明屬于水環(huán)境領(lǐng)域中抑制藻類生繁相關(guān)的研究領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大、中型湖泊或者河道的擾動(dòng)控藻裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)光互補(bǔ)擾動(dòng)控藻裝置，在水環(huán)境領(lǐng)域中是一種抑制藻類生繁的專業(yè)設(shè)備。其工作原理是：通過增加水體的垂直紊動(dòng)，將真光層中的藻類驅(qū)趕至暗光層或者弱光區(qū)域。藻類由于光照條件的限制，直接影響其生長和繁殖的固有規(guī)律，造成眾多藻類失去活性甚至消亡，進(jìn)而，達(dá)到抑制藻類生長和繁殖的目的。
傳統(tǒng)抑制藻類的生繁裝置，大都是通過增加水體的垂向擾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，但是由于這些裝置本身存在能耗大、工作效率低和維護(hù)困難等問題，一直沒有將其應(yīng)用于大、中型湖泊（水庫）和河道之中。此外，傳統(tǒng)的擾動(dòng)控藻裝置一般都采用動(dòng)力電，存在較大的安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于大、中型湖泊的風(fēng)光互補(bǔ)的擾動(dòng)控藻裝置。
本發(fā)明包括風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、電機(jī)、葉片、速度傳感器、控制系統(tǒng)、浮標(biāo)及附件和錨及其固定組件，其特征在于：所述的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)位于浮板的上方，直接將湖泊或河道表面的風(fēng)和光轉(zhuǎn)化成電能，并作為電機(jī)的原動(dòng)力；所述的電機(jī)固定在浮板上部，浮板通過固定組件與擾動(dòng)葉片的頂部連接；所述的擾動(dòng)葉片上端直接安裝在電機(jī)的輸出端，下端自由沉入水體中；借助重力作用，擾動(dòng)葉片沿鉛垂方向懸掛于水體中；所述的速度傳感器與擾動(dòng)葉片的中心軸線平行設(shè)置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測葉片周圍水體的垂向運(yùn)動(dòng)速度；所述的控制系統(tǒng)一端與速度傳感器直接相連，另一端與電機(jī)相連，用于控制葉片的垂向擾動(dòng)速度。
進(jìn)一步說，所述的葉片為雙螺旋結(jié)構(gòu)，單個(gè)葉片的特征在于：兩個(gè)完全相同的螺旋線對(duì)稱分布，螺旋升角（φ）為：2°≤φ≤30°，螺旋角（β）：2°≤β≤45°，雙螺旋結(jié)構(gòu)的長度為：2m~8m，單個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的水平寬度（b）為：0.5cm≤b≤20cm，單個(gè)螺旋葉片的厚度（h）為：0.1mm≤h≤10mm；葉片組的特征在于：兩個(gè)螺旋葉片之間通過剛性連接物相連，一個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)兩個(gè)葉片間的水平距離（s）為：1cm≤s≤10cm；相鄰兩個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)中軸線之間的水平距離（l）為：1m≤l≤5m。
進(jìn)一步說，所述的速度傳感器均勻分布在葉片的周圍，與葉片軸線間水平截面的直徑（d）：0.5m≤d≤3m，以方便監(jiān)測葉片周圍水體的垂向流速。
進(jìn)一步說，所述的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于：太陽能電池板與光傳感器相連，能自動(dòng)調(diào)整太陽能電池板的傾斜角度，任意時(shí)刻電池板與太陽光方向垂直。
進(jìn)一步說，所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：控制箱內(nèi)的控制器具有遠(yuǎn)程通訊功能，能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程操作端，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測。同時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)程序，調(diào)整控藻裝置中雙螺旋葉片的轉(zhuǎn)速和工作時(shí)間。控制箱通過連接物體固定在浮板上方，與水面的垂直距離為：1~1.5m；
進(jìn)一步說，所述的電機(jī)，其特征在于：小型步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速區(qū)間為：0~200r/min。
本發(fā)明的有益效果：具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、綠色無污染等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1：裝置的整體圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，一種適用于湖泊、河道的風(fēng)光互補(bǔ)擾動(dòng)控藻裝置，主要包括：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)1；電機(jī)7；擾動(dòng)裝置5；速度傳感器6；控制系統(tǒng)2；浮板及附件3；錨及其固定組件4。電機(jī)安裝于浮板上，通過錨及固定組件將浮板等固定在湖泊或河道表面。擾動(dòng)裝置安裝于浮板下部，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)1為電機(jī)提供原動(dòng)力。通過速度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測雙螺旋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，并將測量結(jié)果反饋給控制箱，經(jīng)預(yù)設(shè)程序動(dòng)態(tài)調(diào)整葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
擾動(dòng)裝置安裝于浮板下部，通過錨及其組件將整個(gè)裝置固定在水體中，葉片擾動(dòng)，而帶動(dòng)水體產(chǎn)生垂直方向的擾動(dòng)。當(dāng)垂向擾動(dòng)速度大于2mm/s時(shí)，藻類會(huì)隨著水流沉入水體底部的弱光區(qū)或者無光區(qū)，進(jìn)而，降低藻類的生繁速度。所述擾動(dòng)裝置的葉片為雙螺旋結(jié)構(gòu)，其特征在于：兩個(gè)完全相同的葉片按照螺旋線規(guī)律分布，螺旋升角（φ）為：2°≤φ≤30°，螺旋角（β）：2°≤β≤45°，雙螺旋結(jié)構(gòu)的長度為：2-8m，單個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的水平寬度（b）為：0.5cm≤b≤20cm，單個(gè)螺旋葉片的厚度（h）為：0.1mm≤h≤10mm。單個(gè)螺旋線的幾何參數(shù)保證了擾動(dòng)面積可以有效增加，為增大葉片的擾動(dòng)強(qiáng)度，葉片需成組布置，一組內(nèi)兩個(gè)葉片間的水平距離（s）為：1cm≤s≤10cm；同時(shí)由于水體流動(dòng)的連續(xù)性，一個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一定區(qū)域水體的垂直擾動(dòng)，所以相鄰兩個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)中軸線之間的水平距離（l）為：1m≤l≤5m。
具體表述為：1、葉片作為水體擾動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，水體垂向流動(dòng)圍繞葉片展開，并逐漸向其周圍擴(kuò)散。單個(gè)螺旋葉片的升角和旋轉(zhuǎn)角及其水平寬度均對(duì)其擾動(dòng)速度和流場有重要影響，所以結(jié)合水體中藻類的分布特性和結(jié)構(gòu)特征，葉片的升角和螺旋角需做部分調(diào)整。同時(shí)，結(jié)合水質(zhì)特性，一組內(nèi)兩個(gè)葉片之間與各組葉片之間的距離都要作對(duì)應(yīng)的調(diào)整。2、由于水質(zhì)會(huì)對(duì)水體透光度產(chǎn)生重要影響，根據(jù)不同水體具體調(diào)節(jié)雙螺旋結(jié)構(gòu)的長度，以覆蓋水體的可見光區(qū)。如水體的透光度5m，單個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的垂向長度就定義為4-6m；3、由于受水生物等多種因素的影響，螺旋葉片的強(qiáng)度要求各不相同，所以葉片的厚度需根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行改變。
所述的錨固定組件主要包含四個(gè)大小相同的錨及組件，錨均勻分布在浮板支撐結(jié)構(gòu)的周圍，以固定浮板?？刂葡渫ㄟ^連接物體固定在浮板上方（距離水面1~1.5m）處。
自動(dòng)控制箱可以顯示雙螺旋擾動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)速、周圍水體的垂向紊動(dòng)速度和工作時(shí)間，并且可編程控制。同時(shí)，控制箱內(nèi)的控制器具有遠(yuǎn)程通訊功能，能夠?qū)?shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制端，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋。其工作的過程中，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將所檢測到的實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較并通過pid計(jì)算，從而改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)周圍水體的垂向擾動(dòng)速度和工作時(shí)長。當(dāng)整個(gè)裝置布置在深水湖中的時(shí)候，所述的速度傳感器與葉片軸線間水平截面的直徑（d）：0.5m≤d≤3m，以方便監(jiān)測葉片周圍水體的垂向流速。
所述的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置作為擾動(dòng)控藻裝置的動(dòng)力源，采用現(xiàn)有成熟的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置為擾動(dòng)控藻裝置提供源動(dòng)力。
通常情況下，由于夏秋季節(jié)溫度較高，光照時(shí)間較長，因而，動(dòng)植物生長較快，水體中藻類的生繁速度也最大。因而，一般是在夏秋季節(jié)進(jìn)行擾動(dòng)。首先，測量出水體中藻類的含量和組份。接著，分析水體藻類的生活特性。根據(jù)水體紊動(dòng)的擴(kuò)散規(guī)律。最后，編寫控制程序，搭建控制電路。
水體紊動(dòng)儀安裝于葉片的周圍，實(shí)時(shí)將測量數(shù)據(jù)反饋到自動(dòng)控制箱中。當(dāng)水體的垂向紊動(dòng)速度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)程序的預(yù)設(shè)值，控制箱驅(qū)動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)速和開啟時(shí)長。當(dāng)水體的垂向紊動(dòng)速度高于預(yù)設(shè)定值時(shí)，電機(jī)關(guān)閉，葉片停止轉(zhuǎn)動(dòng)。