专利名称：浮式节能耕水机及其性能参数的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转式叶轮机械，特别涉及一种可应用于养殖、环保领域改善水质的旋转式叶轮机械及其性能参数的确定方法。
背景技术：
目前，我们经常听到这样的抱怨，“我们想要使水池的水清澈透明，防止池底腐坏，消除恶臭气味和预防蓝藻的发生，但是到现在我们都无从下手”。事实也是这样，在我国象杭州西湖、武汉东湖、云南滇池等湖泊的治理，国家花了大量的人力、物力，使用各种方法，到目前为止都还没有成功的案例。
现在，为了解决水底滞留水、污染物沉积等导致水质腐败的问题基本都是利用疏浚、化学、生物治污或采用喷流式曝气机等办法存在着费用多、能耗达及二次污染等负作用。大型水体则较难处置。诸如，为防止面积为10万平方米，水深为10米的水库中的水腐败，需要将深处10米的水底水通过一种设备翻腾上来，使水面与水底没有温度差，使整个水库达到有氧状态；恐怕现在还没有开发这样大型的充氧流体设备。即使有，采用这种方法消耗的电力也是难以想象的，因此目前这些常规的方法是不可取的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于改善水质，具环保、生态效益的节能旋转式叶轮机械。
本发明的另一个目的在于提供一种上述浮式节能耕水机性能参数的确定方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种浮式节能耕水机，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片低速旋转。
一种确定上述所述耕水机性能参数的方法，假设R是所述耕水机从旋转轴中心到所述叶片最大外径的距离(单位m)；P为所述耕水机驱动源额定功率(单位w)；H为所述耕水机工作时所能涉及的相应水深(单位m)；S为所述耕水机工作时耕水作业的面积(单位m2)；其特征在于，上述各参数之间存在如下关系HS＝k1(PR4)1/3；式1S＝π(k2R)2； 式2其中，k1为水文气象条件和叶片的构造形式所决定的系数，6768≤k1≤18800，单位m·s·kg-1/3；水文气象条件越差，其取值越小；叶片构造形式所决定的耕水效率越低，其取值越小。
k2为一由水体密度、粘性力和阻力所决定的常数，30≤k2≤50；水体阻力越大取值越小。
由于在实际使用状态下，所述耕水机的所述辐条浮在水面上绕旋转轴缓慢的转动，所述叶片使水向水面呈放射状扩展，然后风把水波流向远的水面；叶片轻轻地耕着水，旋转的水面的水移开，在水面就能掀起很大的水流，被排除的水流被水面的水埋没，水底的水按纵向水流上移，能耕大量的水，又节能的能源。
另外，根据上述表达式，我们可知，如果想要使所述耕水机耕动的水流涉及较大的水深和扩展的面积增大，最有效的方法是增大从旋转轴中心到所述叶片最大外径的距离；相对比较，增大驱动源的功率的效果只是功率1次方的效果，而增大叶片的最大外半径就可以达到其长度4次方的效果。从而，当所需要净化的水体深度和面积已经确定的条件下对选择使用哪些规格的耕水机；或者在已知耕水机功率P和外径R的条件下，确定使用的水体的深度和面积，以及耕水机的台数，达到合理匹配，效果最佳的目的。
图1为本发明所述耕水机的原理示意图；图2为本发明性能参数曲线图；具体实施方式
如图1所示为本发明所述耕水机的原理示意图；一种耕水机，有一旋转轴1，在所述旋转轴1的一端连接有驱动源—电机2，以所述旋转轴1为中心呈放射状地分布有多个辐条3，在所述辐条3上设置有叶片4；所述辐条3为一中空的浮筒，其悬浮于水面5；所述电机2驱动所述旋转轴1带动所述辐条3和叶片4慢慢旋转。以所述旋转轴1为中心呈放射状地还分布有多个安装有浮筒8的支架；所述电机2依靠浮筒8和所述辐条3共同托着。所述辐条3也可以是其他密度小于水且有相应强度的材质作成。
当所述电机2驱动所述旋转轴1带动所述辐条3和叶片4慢慢旋转时，从耕水机的旋转中心把水底水沿呈喇叭状的边界7导出后沿所述辐条呈放射状的向水面流出。于是水底水与空气接触并吸入氧，同时依靠吹到水面的风进行曝气，使水底因缺氧，水质腐败所产生的氨气和臭气等散发出去。这样，从池底6引导上来的水一边受到阳光的照射，一边随着水流沿着水面方向流动到一定距离后变向向下移动回到池底6。然后又随着上升水流一起返回耕水机的旋转中心，重复一个流动循环。循环流动的含氧水在不断改善底层的缺氧状态6不断消除堆积淤泥表面9上的腐败物质10而使微生物在有氧环境中得及繁衍，形成食物链，达到污染不断消除，水质得以自净、养殖环境改善等目的。
图中，R是从旋转轴中心到所述叶片最大外径的距离(单位m)；H为所述耕水机工作时所能涉及的对应水深(单位m)；另外，假设P为所述耕水机驱动源额定功率(单位w)；S为所述耕水机工作时的作业面积(单位m2)；根据本申请人的大量实测数据，得出上述各参数之间存在如下关系HS＝k1(PR4)1/3；式1
S＝π(k2R)2；式2其中，k1为水文气象条件和叶片的构造形式所决定的系数，6768≤k1≤18800，单位m·s·kg-1/3；水文气象条件越差，其取值越小；叶片构造形式所决定的耕水效率越低，其取值越小。
k2为一由水体密度、粘性力和阻力所决定的常数，30≤k2≤50；水体阻力越大取值越小。
一般情况下，所述水体的水文气象条件越差，所述水体的阻力也会增大。所以在取值时，k1和k2尽量同时变大或减小。
下面本发明通过具体的试验数据来验证上述关系式的存在。
1)已知耕水机功率P、叶片半件R、k1和k2的前提下的求得的H和S的理论值和试验实测值。(表一)
从上表可以看出理论值和实测值之间的误差均在5％以下。
2)已知耕水机功率P、叶片半件R、试验实测H和S值，代入所述表达式1)和2)中，看所述k1和k2的值能否在所述的范围之内。(表二)从下表得出的数据可知，k1和k2的值完全符合6768≤k1≤18800，30≤k2≤50的设定范围之内。
表二
另外，从上述表一和表二所列出的数据中，我们可知，在需要搅动的水域面积一定和水深一定的条件下，可以根据需要选用几台小功率的耕水机也可以选用一台大功率的耕水机，以达到合理匹配，取得最佳效果。
将式2)代入式1)中，我们可得H＝k1(P/R2)1/3/(k22*π)式3)结合式3)和表一和表二，我们可以绘制出如图2所示的曲线图；其实类似的曲线可以绘制出无数条，因为随着k1/k22的取值的不同，会有不同的曲线与H相对应。
所述耕水机的所述叶片4可以根据具体水体的面积和深度进行优化设计，且所述叶片4和辐条3可以自由的从所述旋转轴1上拆卸下来。所述浮筒8可以如图1所示的那样只设置在各个支架上或者间隔地选择一些支架设置，保证能够让所述耕水机悬浮于水面即可；也可以除了在各支架上安装外，还可以在所述旋转轴1的下方安装一个所述浮筒8，即可以在所述支架的交汇处安装一个所述浮筒8。
本发明还有一些其他的变形，如将所述驱动电机安放在一个固定的支架上，所述辐条也并没有悬浮性，完全借助于固定支架使其贴于水面；叶片的形状可以根据需要设计；因此本领域的技术人员通过本发明做出的显而易见的改变或改进都应该落入本发明权利要求保护的范围内。
权利要求
1.一种浮式节能耕水机，用于改善水质，其特征在于，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片低速旋转。
2.根据权利要求1所述的浮式节能耕水机，其特征在于，所述叶片和辐条可以自由拆卸的安装在所述旋转轴上。
3.根据权利要求1或2所述的浮式节能耕水机，其特征在于，以所述旋转轴为中心呈放射状地还分布有多个安装有浮筒的支架，所述浮筒安装在各个支架上或者选择性地安装一些支架上。
4.根据权利要求3所述的浮式节能耕水机，其特征在于，还有所述浮筒安装在所述支架的交汇处。
5.一种确定权利要求1-4中任意一个所述耕水机性能参数的方法，假设R是所述耕水机从旋转轴中心到所述叶片最大外径的距离(单位m)；P为所述耕水机驱动源额定功率(单位w)；H为所述耕水机工作时所能涉及的相应水深(单位m)；S为所述耕水机工作时耕水作业的面积(单位m2)；其特征在于，上述各参数之间存在如下关系HS＝k1(PR4)1/3；式1S＝π(k2R)2； 式2其中，k1为水文气象条件和叶片的构造形式所决定的系数，6768≤k1≤18800，单位m·s·kg-1/3；k2为一由水体密度、粘性力和阻力所决定的常数，30≤k2≤50。
6.根据权利要求5所述的浮式节能耕水机性能参数的确定方法，其特征在于，水文气象条件越差，k1的取值越小。
7.根据权利要求5所述的浮式节能耕水机性能参数的确定方法，其特征在于，叶片构造形式所决定的耕水效率越低，k1的取值越小。
8.根据权利要求5或6或7所述的浮式节能耕水机性能参数的确定方法，其特征在于，水体的阻力越大k2的取值越小。
全文摘要
本发明涉及一种旋转式叶轮机械，特别涉及一种可应用于养殖、环保领域改善水质的旋转式叶轮机械及其性能参数的确定方法。一种浮式节能耕水机，有一旋转轴，在所述旋转轴的一端连接有驱动源，以所述旋转轴为中心呈放射状地分布有多个辐条，在所述辐条上设置有叶片；在实际使用状态下，所述辐条露出水面，并在所述驱动源的作用下带动所述叶片低速旋转。由于在实际使用状态下，所述耕水机的所述辐条浮在水面上绕旋转轴缓慢的转动，所述叶片使水向水面呈放射状扩展，然后风把水波流向远的水面；被排除的水流被水面的水埋没，水底的水按纵向水流上移，能耕大量的水，又节能的能源。
文档编号A01K63/04GK1884142SQ20061003644
公开日2006年12月27日 申请日期2006年7月11日 优先权日2006年7月11日
发明者赵万立 申请人:赵万立