專利名稱：浮式節(jié)能耕水機(jī)及其性能參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械，特別涉及一種可應(yīng)用于養(yǎng)殖、環(huán)保領(lǐng)域改善水質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械及其性能參數(shù)的確定方法。
背景技術(shù)：
目前，我們經(jīng)常聽到這樣的抱怨，“我們想要使水池的水清澈透明，防止池底腐壞，消除惡臭氣味和預(yù)防藍(lán)藻的發(fā)生，但是到現(xiàn)在我們都無從下手”。事實也是這樣，在我國象杭州西湖、武漢東湖、云南滇池等湖泊的治理，國家花了大量的人力、物力，使用各種方法，到目前為止都還沒有成功的案例。
現(xiàn)在，為了解決水底滯留水、污染物沉積等導(dǎo)致水質(zhì)腐敗的問題基本都是利用疏浚、化學(xué)、生物治污或采用噴流式曝氣機(jī)等辦法存在著費(fèi)用多、能耗達(dá)及二次污染等負(fù)作用。大型水體則較難處置。諸如，為防止面積為10萬平方米，水深為10米的水庫中的水腐敗，需要將深處10米的水底水通過一種設(shè)備翻騰上來，使水面與水底沒有溫度差，使整個水庫達(dá)到有氧狀態(tài)；恐怕現(xiàn)在還沒有開發(fā)這樣大型的充氧流體設(shè)備。即使有，采用這種方法消耗的電力也是難以想象的，因此目前這些常規(guī)的方法是不可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于改善水質(zhì)，具環(huán)保、生態(tài)效益的節(jié)能旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述浮式節(jié)能耕水機(jī)性能參數(shù)的確定方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種浮式節(jié)能耕水機(jī)，有一旋轉(zhuǎn)軸，在所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接有驅(qū)動源，以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀地分布有多個輻條，在所述輻條上設(shè)置有葉片；在實際使用狀態(tài)下，所述輻條露出水面，并在所述驅(qū)動源的作用下帶動所述葉片低速旋轉(zhuǎn)。
一種確定上述所述耕水機(jī)性能參數(shù)的方法，假設(shè)R是所述耕水機(jī)從旋轉(zhuǎn)軸中心到所述葉片最大外徑的距離(單位m)；P為所述耕水機(jī)驅(qū)動源額定功率(單位w)；H為所述耕水機(jī)工作時所能涉及的相應(yīng)水深(單位m)；S為所述耕水機(jī)工作時耕水作業(yè)的面積(單位m2)；其特征在于，上述各參數(shù)之間存在如下關(guān)系HS＝k1(PR4)1/3；式1S＝π(k2R)2； 式2其中，k1為水文氣象條件和葉片的構(gòu)造形式所決定的系數(shù)，6768≤k1≤18800，單位m·s·kg-1/3；水文氣象條件越差，其取值越??；葉片構(gòu)造形式所決定的耕水效率越低，其取值越小。
k2為一由水體密度、粘性力和阻力所決定的常數(shù)，30≤k2≤50；水體阻力越大取值越小。
由于在實際使用狀態(tài)下，所述耕水機(jī)的所述輻條浮在水面上繞旋轉(zhuǎn)軸緩慢的轉(zhuǎn)動，所述葉片使水向水面呈放射狀擴(kuò)展，然后風(fēng)把水波流向遠(yuǎn)的水面；葉片輕輕地耕著水，旋轉(zhuǎn)的水面的水移開，在水面就能掀起很大的水流，被排除的水流被水面的水埋沒，水底的水按縱向水流上移，能耕大量的水，又節(jié)能的能源。
另外，根據(jù)上述表達(dá)式，我們可知，如果想要使所述耕水機(jī)耕動的水流涉及較大的水深和擴(kuò)展的面積增大，最有效的方法是增大從旋轉(zhuǎn)軸中心到所述葉片最大外徑的距離；相對比較，增大驅(qū)動源的功率的效果只是功率1次方的效果，而增大葉片的最大外半徑就可以達(dá)到其長度4次方的效果。從而，當(dāng)所需要凈化的水體深度和面積已經(jīng)確定的條件下對選擇使用哪些規(guī)格的耕水機(jī)；或者在已知耕水機(jī)功率P和外徑R的條件下，確定使用的水體的深度和面積，以及耕水機(jī)的臺數(shù)，達(dá)到合理匹配，效果最佳的目的。


圖1為本發(fā)明所述耕水機(jī)的原理示意圖；圖2為本發(fā)明性能參數(shù)曲線圖；具體實施方式
如圖1所示為本發(fā)明所述耕水機(jī)的原理示意圖；一種耕水機(jī)，有一旋轉(zhuǎn)軸1，在所述旋轉(zhuǎn)軸1的一端連接有驅(qū)動源—電機(jī)2，以所述旋轉(zhuǎn)軸1為中心呈放射狀地分布有多個輻條3，在所述輻條3上設(shè)置有葉片4；所述輻條3為一中空的浮筒，其懸浮于水面5；所述電機(jī)2驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)軸1帶動所述輻條3和葉片4慢慢旋轉(zhuǎn)。以所述旋轉(zhuǎn)軸1為中心呈放射狀地還分布有多個安裝有浮筒8的支架；所述電機(jī)2依靠浮筒8和所述輻條3共同托著。所述輻條3也可以是其他密度小于水且有相應(yīng)強(qiáng)度的材質(zhì)作成。
當(dāng)所述電機(jī)2驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)軸1帶動所述輻條3和葉片4慢慢旋轉(zhuǎn)時，從耕水機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心把水底水沿呈喇叭狀的邊界7導(dǎo)出后沿所述輻條呈放射狀的向水面流出。于是水底水與空氣接觸并吸入氧，同時依靠吹到水面的風(fēng)進(jìn)行曝氣，使水底因缺氧，水質(zhì)腐敗所產(chǎn)生的氨氣和臭氣等散發(fā)出去。這樣，從池底6引導(dǎo)上來的水一邊受到陽光的照射，一邊隨著水流沿著水面方向流動到一定距離后變向向下移動回到池底6。然后又隨著上升水流一起返回耕水機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心，重復(fù)一個流動循環(huán)。循環(huán)流動的含氧水在不斷改善底層的缺氧狀態(tài)6不斷消除堆積淤泥表面9上的腐敗物質(zhì)10而使微生物在有氧環(huán)境中得及繁衍，形成食物鏈，達(dá)到污染不斷消除，水質(zhì)得以自凈、養(yǎng)殖環(huán)境改善等目的。
圖中，R是從旋轉(zhuǎn)軸中心到所述葉片最大外徑的距離(單位m)；H為所述耕水機(jī)工作時所能涉及的對應(yīng)水深(單位m)；另外，假設(shè)P為所述耕水機(jī)驅(qū)動源額定功率(單位w)；S為所述耕水機(jī)工作時的作業(yè)面積(單位m2)；根據(jù)本申請人的大量實測數(shù)據(jù)，得出上述各參數(shù)之間存在如下關(guān)系HS＝k1(PR4)1/3；式1
S＝π(k2R)2；式2其中，k1為水文氣象條件和葉片的構(gòu)造形式所決定的系數(shù)，6768≤k1≤18800，單位m·s·kg-1/3；水文氣象條件越差，其取值越??；葉片構(gòu)造形式所決定的耕水效率越低，其取值越小。
k2為一由水體密度、粘性力和阻力所決定的常數(shù)，30≤k2≤50；水體阻力越大取值越小。
一般情況下，所述水體的水文氣象條件越差，所述水體的阻力也會增大。所以在取值時，k1和k2盡量同時變大或減小。
下面本發(fā)明通過具體的試驗數(shù)據(jù)來驗證上述關(guān)系式的存在。
1)已知耕水機(jī)功率P、葉片半件R、k1和k2的前提下的求得的H和S的理論值和試驗實測值。(表一)

從上表可以看出理論值和實測值之間的誤差均在5％以下。
2)已知耕水機(jī)功率P、葉片半件R、試驗實測H和S值，代入所述表達(dá)式1)和2)中，看所述k1和k2的值能否在所述的范圍之內(nèi)。(表二)從下表得出的數(shù)據(jù)可知，k1和k2的值完全符合6768≤k1≤18800，30≤k2≤50的設(shè)定范圍之內(nèi)。
表二

另外，從上述表一和表二所列出的數(shù)據(jù)中，我們可知，在需要攪動的水域面積一定和水深一定的條件下，可以根據(jù)需要選用幾臺小功率的耕水機(jī)也可以選用一臺大功率的耕水機(jī)，以達(dá)到合理匹配，取得最佳效果。
將式2)代入式1)中，我們可得H＝k1(P/R2)1/3/(k22*π)式3)結(jié)合式3)和表一和表二，我們可以繪制出如圖2所示的曲線圖；其實類似的曲線可以繪制出無數(shù)條，因為隨著k1/k22的取值的不同，會有不同的曲線與H相對應(yīng)。
所述耕水機(jī)的所述葉片4可以根據(jù)具體水體的面積和深度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，且所述葉片4和輻條3可以自由的從所述旋轉(zhuǎn)軸1上拆卸下來。所述浮筒8可以如圖1所示的那樣只設(shè)置在各個支架上或者間隔地選擇一些支架設(shè)置，保證能夠讓所述耕水機(jī)懸浮于水面即可；也可以除了在各支架上安裝外，還可以在所述旋轉(zhuǎn)軸1的下方安裝一個所述浮筒8，即可以在所述支架的交匯處安裝一個所述浮筒8。
本發(fā)明還有一些其他的變形，如將所述驅(qū)動電機(jī)安放在一個固定的支架上，所述輻條也并沒有懸浮性，完全借助于固定支架使其貼于水面；葉片的形狀可以根據(jù)需要設(shè)計；因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過本發(fā)明做出的顯而易見的改變或改進(jìn)都應(yīng)該落入本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種浮式節(jié)能耕水機(jī)，用于改善水質(zhì)，其特征在于，有一旋轉(zhuǎn)軸，在所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接有驅(qū)動源，以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀地分布有多個輻條，在所述輻條上設(shè)置有葉片；在實際使用狀態(tài)下，所述輻條露出水面，并在所述驅(qū)動源的作用下帶動所述葉片低速旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)，其特征在于，所述葉片和輻條可以自由拆卸的安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)，其特征在于，以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀地還分布有多個安裝有浮筒的支架，所述浮筒安裝在各個支架上或者選擇性地安裝一些支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)，其特征在于，還有所述浮筒安裝在所述支架的交匯處。
5.一種確定權(quán)利要求1-4中任意一個所述耕水機(jī)性能參數(shù)的方法，假設(shè)R是所述耕水機(jī)從旋轉(zhuǎn)軸中心到所述葉片最大外徑的距離(單位m)；P為所述耕水機(jī)驅(qū)動源額定功率(單位w)；H為所述耕水機(jī)工作時所能涉及的相應(yīng)水深(單位m)；S為所述耕水機(jī)工作時耕水作業(yè)的面積(單位m2)；其特征在于，上述各參數(shù)之間存在如下關(guān)系HS＝k1(PR4)1/3；式1S＝π(k2R)2； 式2其中，k1為水文氣象條件和葉片的構(gòu)造形式所決定的系數(shù)，6768≤k1≤18800，單位m·s·kg-1/3；k2為一由水體密度、粘性力和阻力所決定的常數(shù)，30≤k2≤50。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)性能參數(shù)的確定方法，其特征在于，水文氣象條件越差，k1的取值越小。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)性能參數(shù)的確定方法，其特征在于，葉片構(gòu)造形式所決定的耕水效率越低，k1的取值越小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的浮式節(jié)能耕水機(jī)性能參數(shù)的確定方法，其特征在于，水體的阻力越大k2的取值越小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械，特別涉及一種可應(yīng)用于養(yǎng)殖、環(huán)保領(lǐng)域改善水質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械及其性能參數(shù)的確定方法。一種浮式節(jié)能耕水機(jī)，有一旋轉(zhuǎn)軸，在所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接有驅(qū)動源，以所述旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀地分布有多個輻條，在所述輻條上設(shè)置有葉片；在實際使用狀態(tài)下，所述輻條露出水面，并在所述驅(qū)動源的作用下帶動所述葉片低速旋轉(zhuǎn)。由于在實際使用狀態(tài)下，所述耕水機(jī)的所述輻條浮在水面上繞旋轉(zhuǎn)軸緩慢的轉(zhuǎn)動，所述葉片使水向水面呈放射狀擴(kuò)展，然后風(fēng)把水波流向遠(yuǎn)的水面；被排除的水流被水面的水埋沒，水底的水按縱向水流上移，能耕大量的水，又節(jié)能的能源。
文檔編號A01K63/04GK1884142SQ20061003644
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者趙萬立 申請人:趙萬立