專利名稱:水中充氣裝置的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)水中充氣裝置，尤其，在壓力下空氣上升或抽氣作用使大量的水冒出，這種充氣裝置的作用用于充氣目的或水凈化，也用于防止在充滿水的地方如水壩、蓄水水庫(kù)、湖和沼澤地結(jié)凍。
有關(guān)技術(shù)的說(shuō)明如下在壓力下，空氣的抽吸作用或上升的一個(gè)常規(guī)的水中充氣裝置實(shí)際上是用在水壩、蓄水水庫(kù)的裝置，或天然水源如湖和沼澤地使水冒出的目的，為此目的而提供一個(gè)有效的方法〔在日本實(shí)用新型官方出版公開的公布號(hào)57(1982)-39117〕。
常規(guī)的裝置包含一個(gè)管狀筒，而該管狀筒只有一個(gè)單向通道，通過(guò)壓力下的空氣推動(dòng)水，把水吸進(jìn)單向通道，其中通道的孔經(jīng)在40厘米到50厘米。由于單向通道的結(jié)構(gòu)限止了容量的增大，所以及時(shí)運(yùn)送水也受到一定的限止。當(dāng)把這個(gè)裝置用于水壩裝置或能容納下使水20米及20米以上深水的地方，要求每一根管狀筒能容100萬(wàn)噸要運(yùn)送的水。因而，當(dāng)要增加運(yùn)送的水量時(shí)，必須增加單向管狀筒的裝置的數(shù)目。
從上述不難了解到，對(duì)于單向通道管狀筒，運(yùn)送1000萬(wàn)噸水要求10根管狀筒裝置，運(yùn)送10000萬(wàn)噸水要求100根管狀筒裝置，根據(jù)這個(gè)道理很容易從簡(jiǎn)單的計(jì)算中知道。外加運(yùn)送多少噸水，相應(yīng)地要外加多少根管狀筒裝置。增加單向管狀筒裝置的數(shù)目也會(huì)引起附加設(shè)備的增加如空氣供給軟管，空氣壓縮器和馬達(dá)，該馬達(dá)要求較有規(guī)律的或擺動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。解決上述問(wèn)題的一個(gè)辦法是建議通過(guò)增加運(yùn)輸橫截面或單向管狀筒的孔徑來(lái)減少單向管狀筒裝置的數(shù)目。可是，增加孔徑導(dǎo)致空氣腔的體積大大增加，該空氣腔是放在管狀筒下面。這樣的空氣的體積可以從下面的方程式得到，如
V＝K 4/3 πr3其中K是0.3～1.0的一個(gè)系數(shù)，r是一根管狀筒的半徑和V是一個(gè)空氣腔的體積。
從上面的方程式能看出空氣腔的體積與管狀筒的半徑的立方成正比。于是，因?yàn)橐筝^多的空氣供給，便提出加大管狀筒的直徑的問(wèn)題。從節(jié)約能源的要求來(lái)說(shuō)這是不希望出現(xiàn)的。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一個(gè)單向管狀筒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含要求提供一個(gè)總的橫截面直徑的一些小直徑管狀通道，如上述方程式所示。
尤其，按本發(fā)明的組合管狀筒包括一些單向管(如2～10根)有一個(gè)較小的孔徑(例如30～50厘米)，和在那些管下面對(duì)每一根管有一個(gè)多隔層的空氣腔或?qū)λ泄苡幸粋€(gè)共同的空氣腔。因此，單向管狀筒能運(yùn)送較多的水，這些水是由于充氣的作用吸上來(lái)。在這種結(jié)構(gòu)的一種變型是一個(gè)大孔徑管狀筒內(nèi)部可以分成一個(gè)復(fù)雜的縱向管狀通道。
圖的主要敘述本發(fā)明的一些目的和特征參照下面附圖從幾個(gè)最佳實(shí)施例的詳細(xì)敘述中將會(huì)變得更明顯圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施例的組合的管狀筒的一種形式的主視圖。
圖2是圖1所示的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖3～10是從俯視圖來(lái)說(shuō)明不同的結(jié)構(gòu)排列，它們中的每一個(gè)視圖包括不同數(shù)目的小直徑管子，這些管子以不同地方式排列很明顯，在圖3中的結(jié)構(gòu)包含兩根管，在圖4中的結(jié)構(gòu)包括以三角的形式排列的三根管，在圖5中包含以五邊形的形式排列的五根管，在圖6中的結(jié)構(gòu)表示包含一根中心管和五根管圍繞在四周的五邊形排列。在圖7中的結(jié)構(gòu)包含以一個(gè)三角的形式排列的六根管，在圖8中的結(jié)構(gòu)也包含以兩排排列的六根管，圖9表示的結(jié)構(gòu)也包含以一個(gè)園形排列的六根管和圖10表示以三排排列的九根管。
圖11～13是在圖1中表示的第1實(shí)施例的一個(gè)空氣腔的不同結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖14是第2實(shí)施例的俯視圖，其結(jié)構(gòu)包含一個(gè)大直徑管，其內(nèi)分成三個(gè)小的橢園截面的縱向通道。
圖15是第3實(shí)施例的俯視圖，其結(jié)構(gòu)包含三根獨(dú)立的小直徑管結(jié)合在一起。
圖16是前兩個(gè)實(shí)施例的一種變型的主視圖。
圖17是圖16的俯視圖。
圖18是圖16的一個(gè)空氣腔的放大剖視圖。
圖19是管狀筒的一種變型的主視圖，其中空氣腔置于一些單獨(dú)的管和附加的吸水管之間，而附加的吸水管延伸在空氣腔下面。
圖20是圖19的俯視圖。
圖21是說(shuō)明管狀筒是如何裝在不同的海港或海灣上的一個(gè)例子。
最佳實(shí)施例的敘述首先，表示在圖1～13中的實(shí)施例加以詳細(xì)地?cái)⑹觥Ｕ缭谀切﹫D中所示，這個(gè)實(shí)施例包括很多可能的變型，其中水通道管既可以以不同的數(shù)目排列也可以以不同的幾何形狀結(jié)構(gòu)排列。圖1和2是那些變型的一個(gè)典型的、基本的例子。然后，參照?qǐng)D1和2所示的例子作下面的敘述在圖1和2中，一個(gè)組合的管狀筒由小孔徑管1，1a，1b，1c組合和一個(gè)空氣腔3組成，該組合的管狀筒簡(jiǎn)稱為2，在壓力下供給的空氣的作用下，水被抽出穿過(guò)四個(gè)小孔徑管，而空氣腔3置于那些小孔徑管下，并且在壓力下供給空氣。該空氣腔3可以為每一根管子而分離地隔開，如圖11和12所示，或可以提供作為所有的管的一個(gè)共同空氣腔，如圖13所示。兩種情況的空氣腔的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在以后敘述。表示在圖1和2中的組合管狀筒2可以有很多變型，如圖3～10。在圖3中，它是由兩根管構(gòu)成，簡(jiǎn)稱為4。在圖4中的變型5包括以三角的形式排列的三根管。圖5表示以五根管排列的一種變型6。在圖6表示的變型7中，六根管的一根在中心，四周圍著五根。在圖7的變型8也使用六根管排列成三角的形式。在圖8中六根管排列成兩排形成一個(gè)組合的管狀筒9。圖9表示一個(gè)變化的結(jié)構(gòu)10，它也包含六根管排列成一個(gè)六邊形。最后，在圖10中變型11包含九根排列成正方形?？偲饋?lái)說(shuō)，那些管決定總的直徑或單向管狀筒的橫截面的總面積。因而，總的直徑可以通過(guò)增加單向管的數(shù)目來(lái)增大，它可以增加到大于九根管。對(duì)于任何數(shù)目的單向管，那些管都應(yīng)該以某種幾何形狀構(gòu)成，以致當(dāng)組合管狀筒裝在深水中時(shí)，它能處于平衡和保持位置的穩(wěn)定性。
現(xiàn)在敘述與上述組合管狀筒的變型的水泵作用連一起的空氣腔結(jié)構(gòu)。該空氣腔位于管狀筒的下面，如圖11和12所示的空氣腔的形式，空氣腔3包含單獨(dú)的空氣供給室，空氣供給室的數(shù)目與構(gòu)成管狀筒的單向的管1，1a，1b，1c的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，并且空氣供給室的每一個(gè)都和相應(yīng)的管相通。那些空氣供給室由裝有一塊上端板13的一個(gè)外套管12包圍。該外套管12密閉式地圍繞單向的管的組合體安裝著?？諝夤┙o室的每一個(gè)形成園柱隔板14和15，他們同心地彼此隔開和插入在外套管12和它的相應(yīng)的管之間。例如如圖所示，園柱的隔板14有一個(gè)空氣連通孔16在隔板上部，而園柱隔板15有一個(gè)空氣連通孔17在隔板下部。于是，形成在外套管12和隔板14之間的空隙22和形成在隔板14和15之間的空隙23通過(guò)孔16連接起來(lái)。同樣地，形成在隔板15和相應(yīng)的管之間的空隙23和空隙18通過(guò)孔17彼此連接起來(lái)。在空隙18和相應(yīng)的管之間的空氣交流是通過(guò)在管中的窗口19、19b，19c來(lái)形成。每一個(gè)空氣供給室有一個(gè)空氣輸入口，穿過(guò)輸入口(正如一個(gè)箭頭21指出的)，在壓力下把空氣從一個(gè)抽氣軟管20，20b，20c進(jìn)入外邊的空隙22，該抽氣軟管與任何外部的壓縮空氣供給源相連接，如空氣壓縮器。空氣在壓力下通過(guò)輸入口，被吸進(jìn)空隙22然后穿過(guò)孔16進(jìn)到空隙23。在這期間，空氣連續(xù)供給，向上聚集在空隙22和23內(nèi)，并且在管內(nèi)的水平面在空氣的作用下，逐漸地下降。
當(dāng)上面的水平面已經(jīng)降低到點(diǎn)劃線24下面，該點(diǎn)劃線是位于孔17處，充滿在空隙22和23內(nèi)的空氣按箭頭25的方向流經(jīng)孔17，按箭頭26的方向流經(jīng)孔19b，然后流入到管內(nèi)，如箭頭27指出的?？諝饬魅氲焦軆?nèi)，然后形成一個(gè)獨(dú)立的空氣團(tuán)，象一個(gè)錐形28，并且穿過(guò)管升起。當(dāng)空氣團(tuán)正在上升時(shí)，在空氣團(tuán)上面的水的部分被推上和位于空氣團(tuán)的下面的水的部分處于在空氣團(tuán)的抽吸作用下，被抽去。只要壓縮空氣連續(xù)被供給空氣腔，空氣團(tuán)在某時(shí)間間隔內(nèi)(如每30秒)成功地形成在管內(nèi)，空氣團(tuán)穿過(guò)管上升和盡力使他們升高同時(shí)，對(duì)在空氣團(tuán)上面和下面的水起抽吸作用。于是，在那段時(shí)間間隔時(shí)，那些部分的水被上升。事實(shí)上，當(dāng)一個(gè)已給出的空氣團(tuán)穿過(guò)管上升到表面時(shí)，在空氣團(tuán)抽吸下，水流經(jīng)管子開始也以空氣團(tuán)上升的同樣速度上升。當(dāng)空氣到達(dá)表面和出現(xiàn)在空氣上面的大氣中。由于流經(jīng)管子的水有它的慣性作用，所以它的上升速度稍為變慢些。于是，當(dāng)水由管逸出時(shí)，水流速的這個(gè)變化寧可引起水間斷的噴射也不愿水不停的流動(dòng)，水的噴射在表面上形成水環(huán)，按經(jīng)向方向有效地散射。于是，一個(gè)大的對(duì)流層圍繞組合管狀筒形成，和水在表面和深處(如30米深以上)之間循環(huán)。這樣提高了組合管狀筒的容量，允許組合管狀筒在一個(gè)位置上傳送1000萬(wàn)噸水。
圖13表示在圖11和12的空氣腔3的變型，該裝置對(duì)所有的單向管1，1a，1b和1c提供一個(gè)共同的空氣腔。一個(gè)空氣供給在那些管的底端下面，并且連接每一根管子。正如圖13所示的穿過(guò)孔19b等供給空氣的流動(dòng)向上聚集在單個(gè)的面積內(nèi)，該單個(gè)面積有一個(gè)大致等于單個(gè)管狀筒的直徑上。然而，空氣流動(dòng)被分配到每一個(gè)單獨(dú)的管，穿過(guò)管子朝表面上升，并且形成一個(gè)空氣團(tuán)。于是，在那些空氣團(tuán)的抽吸作用下，水吸進(jìn)單個(gè)的面積，同時(shí)也分配到每個(gè)根管。因而，正如在圖11和12中的空氣腔所敘述的一樣。
在前面的實(shí)施例中敘述的組合的管狀筒的一種變型表示在圖16～18，該組合的管狀筒包括與前面的組合管狀筒結(jié)構(gòu)不同的空氣供給腔1，和除上述過(guò)的那些管子外還有抽水管。為了便于和前面的實(shí)施例進(jìn)行比較，組合管狀筒包含同樣數(shù)目的單獨(dú)的空氣和水的通道管(4)，但也可以包含另外的管，尤其在圖16中表示的實(shí)施例，組合管狀筒2包含結(jié)合在一起的小直徑的單向管，放在管下面的一個(gè)共同的空氣腔31和每一根管相連結(jié)，和相應(yīng)的管相連結(jié)的有抽水管30，30a，30b和30c。尤其如圖18所示的空氣腔31包含頂上封住的一個(gè)外套32，頂上打開和底下封閉的內(nèi)園柱部分33，和穿過(guò)外殼32的封閉頂部延伸的一個(gè)管通道34和允許空氣流過(guò)那兒穿入單個(gè)的管內(nèi)。那些另件32，33和34同心地排列成彼此相連空隙。從一個(gè)抽氣軟管35進(jìn)入空氣腔31(如箭頭36所示)供給壓縮空氣，并向上聚集在空氣腔31中。當(dāng)空氣的供給正在增加時(shí)，它作用在空氣腔內(nèi)的水上，把水平面壓到位于管通道34的底部開端的位置。這就允許在腔31內(nèi)的空氣流經(jīng)空隙38和39然后穿過(guò)管通道34(如箭頭40，41和42所示)，通過(guò)管通道34，空氣流入單的管下面的空隙，然后分別進(jìn)入每一根管內(nèi)(如箭頭43所示)。每根管中的空氣部分形成象一個(gè)錐形44的空氣團(tuán)，穿過(guò)管向表面上升。這就引起受吸引的水穿過(guò)吸水管30，3a，30b和30c進(jìn)入每一根管(如箭頭51所示)。然后，當(dāng)空氣團(tuán)進(jìn)一步上升時(shí)，每一根管的水也穿過(guò)管上升(如箭頭45所示)。
上述實(shí)施例不同于前面的實(shí)施例在于抽水發(fā)生在好幾個(gè)位置，代替了單個(gè)位置，并且空氣腔31照原樣構(gòu)成。而且，人們會(huì)明白由圖18的實(shí)施例提供的作用和前面的實(shí)施例的作用相同。
構(gòu)成管狀筒的空氣和水通道可以是如圖14和15所示的變型。在圖14中，大直徑管狀筒46的內(nèi)部等分成形成象弧形的三個(gè)分離的部分47，和縱向地提供形成空氣和水通道的三根小直徑管48，48a和48b。在圖15中，三根小直徑管49，49a和49b由繩索50綁住而形成一個(gè)組合的管狀筒。兩種變型的任一種情況中，可以使用在如前面實(shí)施例中所述的空氣腔中。
表示在圖19和20中的下一個(gè)組合管狀筒的變型包括位于四個(gè)單的小孔直徑水通道管之間的一個(gè)空氣腔和延長(zhǎng)在空氣腔下面的附加的吸水管。在它的特殊結(jié)構(gòu)中，空氣腔53形成在單個(gè)水通道管54，54a，54b和54c的較低端，以致在壓力下它能連接每一根管。而吸水管54伸長(zhǎng)在空氣腔下面，水由空氣腔供給的空氣的吸引下，穿過(guò)吸水管上升。吸水管的長(zhǎng)度可以根據(jù)水的深度決定，實(shí)際上，管狀筒安裝在深水中。
上述結(jié)構(gòu)特別適于在被充氣的深水中使用。如水壩裝置、湖和沼澤。例如對(duì)于80米深的湖，可以使用包含30米的四根管長(zhǎng)和20米長(zhǎng)的吸水管?？梢匝b特殊結(jié)構(gòu)的管狀筒，以便管的頂端放置接近水表面5米到10米深，可以在等于大約2個(gè)大氣壓的低大氣壓下供給空氣。在那些狀態(tài)下，位于50米到60米深的水處就更能有效地受充氣的支配。在如此低的壓力下能供給空氣的這一事實(shí)表面很需要使用低壓空氣供給設(shè)備。使用低壓空氣供給以及附屬設(shè)備的整個(gè)系統(tǒng)比使用高壓空氣供給的費(fèi)用較低。這也減少了在空氣腔和分開的管的上部之間的空氣體積的容量的任何差別。如操作能連續(xù)。
按現(xiàn)有發(fā)明已敘述過(guò)的組合管狀筒的變型的結(jié)構(gòu)和操作特點(diǎn)，為了有助于更好地了解那些特點(diǎn)，現(xiàn)在，通過(guò)參照?qǐng)D21說(shuō)明那些變型在實(shí)際應(yīng)用中的典型例子，圖21表示的例子中的好幾個(gè)管狀筒2以適當(dāng)間隔被裝在寒冷地區(qū)的一個(gè)海港或海灣內(nèi)。當(dāng)安裝那些組合管狀筒中的任何一個(gè)時(shí)，把它本身垂直地置于水的深處，用它的底端放在接近水的底端和它的頂端處于大約接近水面5米深處。然而，一種壓縮空氣從任何外部的空氣供給源如空氣壓縮器把空氣引進(jìn)空氣腔?？諝庀蛏暇奂诳諝馇粌?nèi)，然后以空氣腔釋放出來(lái)，流入分開的管通道(通常以管的形式)。當(dāng)空氣穿過(guò)每一根管通道的上升，形成象錐形的空氣團(tuán)。跟著第一個(gè)空氣團(tuán)之后，另一個(gè)空氣團(tuán)也按上述同樣的方式形成。于是，夾在前面和后面空氣團(tuán)之間中的水既有空氣團(tuán)的吸力又有推力的作用下，穿過(guò)管通道上升。位于接近底部的水含有少量的氧，并且朝表面上升，水從表面噴射和以經(jīng)向方向散射正如箭頭52指出。然后，處于表面上并且含有足夠氧的水又開始在產(chǎn)生的對(duì)流的作用下朝底部下沉。在底部和表面相互變換的那些水快速地改善水中氧的含量的分布。通過(guò)對(duì)流的這種水循環(huán)也是一種有效的防結(jié)冰的方法。因?yàn)橹糜诮咏撞康乃ǔＷ畹途S持到4℃溫度，通過(guò)底部和表面之間對(duì)流水表面也能維持到4℃或較高些。
盡管本發(fā)明是用幾個(gè)最佳實(shí)施例的方法來(lái)敘述，人們都知道各種變化和改良都沒(méi)有離開本發(fā)明的思考范疇。
權(quán)利要求
1.水中充氣裝置的特征在于它能使水在底部和表面之間循環(huán)，該裝置包括一根管狀筒是由許多小直徑管通道組成的一個(gè)大直徑，在壓縮空氣的作用下，允許水通過(guò)上述的每一根管狀通道上升，并且放在上述管狀通道下面的一個(gè)空氣供給腔連通上述每一根管狀通道。
2.按權(quán)利要求
1所述的水中充氣裝置的特征在于上述管狀通道包含一些單向管(從2到20根)構(gòu)成空氣和水通道。
3.按權(quán)利要求
1所述的水中充氣裝置的特征在于上述空氣供給腔包含分離的空氣室，每一間空氣室與相應(yīng)的管狀通道相連通。
4.按權(quán)利要求
1所述的水中充氣裝置的特征在于上述空氣供給腔包含對(duì)于整個(gè)上述管狀通道的一個(gè)唯一的、共同的空氣室，上述空氣室與每一根管狀通道相連通。
5.按權(quán)利要求
1所述的水中充氣裝置的特征在于上述空氣供給腔包含圍繞在上述管狀筒的下周壁的一個(gè)外筒和穿過(guò)空氣連通裝置把空氣吸進(jìn)管狀通道。
6.按權(quán)利要求
1所述的水中充氣裝置的特征在于上述空氣供給腔包含穿過(guò)一個(gè)單個(gè)的空氣連通道連接到上述管狀筒的底端的一個(gè)外殼。
專利摘要
一個(gè)水中的充氣裝置用在充滿水的地方如水壩、蓄水水庫(kù)、湖和沼澤地起著充氣作用，和它是在壓力下使空氣上升而引吸大量的工具，因此，上述工具能使水上升到表面。該裝置可以用作水的凈化和在寒冷的地區(qū)防結(jié)凍的作用。這些工具包括一個(gè)組合管狀筒和在該筒下面的多隔板的或共同的空氣供給腔，該管狀筒包括許多空氣和水的管狀通道，該通道可以把筒內(nèi)部分成好幾個(gè)縱向通道或結(jié)合在一起的分離的管的形式。
文檔編號(hào)C02F7/00GK85102953SQ85102953
公開日1986年12月24日 申請(qǐng)日期1985年4月19日
發(fā)明者牧野久男, 牧野正彥 申請(qǐng)人:海洋工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan