专利名称：多功能扬水曝气器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水力混合曝气装置，特别适用于混合由于水深大而水力分层的水库水和湖泊水，并向水中补充氧气。
背景技术：
水库和湖泊水体的容量大、水深大、流动性小，由此带来一些负面的影响。由于流动性小，使许多有机质、氮、磷等营养物质在水库和湖泊沉积聚集，给藻类等浮游植物提供了充足的营养，同时由于水的流动性小，使藻类能稳定地停留在表层水中，接受充足的光照而大量繁殖，带来了水体富营养化问题，影响了水质。由于水深大、流动性小，容易形成水体分层现象，即在夏季，温度高而密度轻的水体稳定分布在上层，温度低密度大的水体下沉到库(湖)底；冬季则相反，温度特别低(小于4℃)密度轻的水体分布于水体上层，温度较高(接近4℃)密度大的水体下沉到库(湖)底，造成上下层水体间相对静止。这会使下层水体溶解氧减少，处于缺氧状态，使水生生态环境恶化，底泥中氮、磷、铁、锰等物质向水体溶解释放，使水质恶化。有资料介绍，国外有一种“扬水筒”装置，利用压缩空气混合上下水层，但该装置本身不具备水位自动调节和充氧功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能充氧和扬水混合的曝气装置，该装置能将表层水与底层水充分混合，同时向水体充氧。它能自动调节自身长度，以适应水位的变化。
本发明解决上述问题的设想是在水库(湖泊)中竖直安装一个直筒体，筒体进口接近水库(湖泊)底，出口接近水面。为适应水位的变化，该直筒体分为上下独立的两节，两节为套筒室式连接，下一节位置固定，上一节能随水位涨落而上下浮动，从而调节整个直筒的长度。在筒体的下端附带一个曝气室和一个气室，曝气室中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部，气泡在曝气室上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气室位于曝气室的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室的气泡，当气室充满空气后，气室中的气体在瞬间向直筒体释放，形成一个大的气弹，并迅速上浮，推动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，表层水被向下抽吸，形成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。
解决上述问题的技术方案是所提供的多功能扬水曝气器为圆筒形结构，由上升筒、曝气室、气室、空气释放管、浮子、锚固墩等组成。所说的上升筒为一段直管道，进口为喇叭形，出口为蘑菇形，出口能将自下向上流动的水流导向水平方向，使水流向四周扩散。上升筒为相对独立的上下两节，上一节直径比下一节稍大，且能套在下一节的外面，相互间能相对滑动，当滑动到平衡位置时由定位插销自动定位。所说的曝气室和气室为一环形空间，是在上升筒下段的外面外包一段直径更大的直筒，内外直筒间围成一个环形空间，下部开口，上部由顶板封闭。该环形空间的下半段为曝气室，上半段为气室。气室的环形空间又被环形水封板和溢流板分隔成三层环形空间，水封板在内，溢流板在外。三层环形空间由外向内依次为储气室、水封室和出气狭缝，三室依次相通。气室和曝气室的内壁上均开有孔洞与上升筒相通。所说的空气释放管为一圆环形管道，位于曝气室的下方进口处，该管道向上的一侧开设一排2mm直径的小孔。所说的浮子为合成树脂或浮筒等能在水中漂浮的物体，用于提供浮力，保证多功能扬水曝气器竖直悬浮与水中，浮子可直接捆绑固定于上升筒上。所说的锚固墩为一重物，沉于水库(湖泊)底，用于锚固多功能扬水曝气器。
多功能扬水曝气器的运行方式是压缩空气通入空气释放管后，从管道上的小孔向水中释放，气泡上升经过曝气室，此过程中，气泡中的氧气溶解扩散到水中。气泡上升时能带动水流向上流动，该部分充氧水流经过曝气室上端内壁上的孔洞进入上升筒，上升到水面。充氧后的尾气泡直接上升进入储气室，储气室收集了来自曝气室的气泡，气量逐步积累，排挤出水体，迫使其中水面不断下降。当水封室中的水面下降到水封板下沿时，储气室中的气体通过水封室在瞬间翻过水封板，进入出气狭缝，由出气狭缝顶部内壁上的孔洞进入上升筒，排气后的储气室空间由曝气室中的水来填充。进入上升筒的气体结合成一个大的气弹，堵塞了上升筒整个横断面，并迅速上浮，形成了上升的活塞流，推动上升筒中的水体加速上升，直至气弹冲出上升筒出口。随后，上升筒中的水流在惯性作用下降速上升，直至下一个气弹形成。上升筒下一节固定在锚固墩上，位置相对固定，上一节浮于水中，顶面与水面持平。当水位下降时，在重力作用下，位于上一节上升筒下端的定位插销被压缩，上一节上升筒沿下一节上升筒向下滑动。当滑到平衡位置时，插销弹出，插进下一节筒体的滑槽内，保持上下筒体的相对固定，否则，在脉动的上升水流推动下，上一节筒体会不停地上下往复运动，影响正常使用。当水位涨高，上升筒的淹没深度加大，定位插销在水压作用下回缩，上一节筒体在浮力作用下上浮，上升筒伸长。当上升至水面时，插销处水压减小，插销弹出，两节上升筒又处于锁住状态。当上升筒伸长到最大长度时，相互间通过挂钩拉结，保证上下节不脱节。
本发明的有益效果是由于本发明在底部高水压、低含氧量的位置设置了曝气室，充氧效率高。上升筒设计成可伸缩结构，可自动调节自生长度，以适应水位变化，始终将出水输送到表层，混合充分。充氧后的余气以集中、间歇方式释放，形成活塞流，提水效率高。本发明解决了扬水曝气器随水位变化的自动调节问题，而且将充氧和扬水混合有机地结合在一起，实现了两大功能的统一，混合了上下水层，破坏了藻类的漂浮状态，迫使其向深水迁移，抑制其生长；给底部水体充氧，改变了缺氧环境，改善底部水生生态环境，抑制了底泥中磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解扩散，稳定了水质。
附图1是本发明一个实施例的结构图。
附图2是本实施例中上下节上升筒的连接定位结构图。
附图3是国际上类似设备“扬水筒”的结构图。
具体实施例方式
如附图1所示上升筒6、15、17为刚性直筒，下部进口(41)为喇叭状，上部出口(42)为蘑菇状，蘑菇出口的顶盖20由4块固定板18固定在底板19上。上升筒17套在上升筒15的外面，相互间能上下滑动。下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30，上部上升筒17的底端有下导向密封圈29。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16，左右对称布置。下部上升筒15的外侧有水密仓27、28，上部上升筒17的顶端设有水密仓32，水密仓用于提供浮力，保持多功能扬水曝气器悬浮于水中。上升筒可分段制作，用法兰10、13、14连接。下段上升筒6的外围有直径更大的直筒5，大小直筒由固定板7连接固定，围成了曝气室21和储气室23，储气室由顶板12封闭。顶板12下固定有水封板11，下段上升筒6上固定有溢流板9，水封板11和溢流板9围成了水封室25和出气狭缝24。出气狭缝24的顶端内壁上开有环向缝隙26，曝气室的内壁上开有孔洞22，孔洞的外面设有裙摆状挡板8，阻止曝气室21中的气泡直接进入上升筒6。曝气室21的下方进口处安装有环形空气释放管4，其上表面开有2mm直径的小孔。空气释放管4上连接有压缩空气管3。上升筒6由锚固链2固定在混凝土锚固墩1上。
附图2所示下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30，上部上升筒17的底端有下导向密封圈29，导向密封圈为橡胶材料。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16，左右对称布置。下部上升筒15筒壁上与定位插销箱16对应位置处设有插销滑槽33，滑槽33内有一系列滚轮34，滚轮34能绕其中心轴滚动。插销箱16由气腔36和插销滑道39组成，均为圆柱形，两者用螺栓43固定，其间垫有弹性橡胶膜37。气腔36为密闭空间。滑道39内有插销35和两个环向滚动轴承38。插销35为圆柱形，根部固定在橡胶膜37上，端部削成锐三角斜面，斜面在下。在正常状态下，插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。
运行时，压缩空气经供气管3进入空气释放管4，并向曝气室21释放小气泡，气泡继续上升进入储气室23及水封室25。气泡上升时带动的水流绕过裙摆状挡板8，经孔洞26进入上升筒6内。随着气泡的积累，储气室23及水封室25的水位不断下降，当水位下降到水封板11的下沿时，气体在瞬间翻过水封板11，经出气狭缝24和环向缝隙26进入上升筒15。气体在上升筒15中很快聚拢成一个大的气泡40，充满了上升筒15的整个横断面，并形成上升的活塞流。上升水流经蘑菇状出口导向水平方向扩散。此运行过程中，曝气室中上升的充氧水流连续进入上升筒6，而气室中的气体是间歇式进入上升筒15，并形成活塞流。上升筒17由水密仓30提供浮力漂浮在水中，顶部基本与水面持平，此时插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。当水位下降时，顶部上升筒17下降，插销35的锐角斜面被其下的滚轮34挤压，插销35被挤入滑道39内，顶部上升筒17得以顺利下降。当水位上升时，橡胶膜37处水压加大，橡胶膜37被水压压向气腔36内(如图中虚线所示)，从而拉回插销35，顶部上升筒17在浮力作用上浮。当上升筒伸长到最大长度时，上下导向密封圈29、30挂住，保证上下节上升筒不脱节。
附图3所示为国际上类似设备“扬水筒”的结构图。在上升筒15的下部外侧设置有气室44，顶部设有浮室45，下部锚固在锚固墩1上，供气管3将空气直接送入气室44中。与本发明的相似处是均设置有能产生气弹的气室44。本发明与之相比，主要创新点在于在气室下部增设了曝气室21，并在曝气室进口处设置穿孔管4布气，在曝气室中产生小气泡，将氧气溶解到水中，溶氧水流通过孔洞26进入上升筒6内；将上升筒设计成能相互滑动的两节，能自动调节上升筒长度以适应水位的变化，尽可能将下层水体提升到表层，上下节上升筒间采用定位插销16自动定位。
权利要求
1.一种多功能扬水曝气器，包括上升筒(6、15、17)、曝气室(21)、气室(23、24、25)、空气释放管(4)，其特征是所说的上升筒为直筒状，由上下套接的两节直筒组成；所说的曝气室和气室为半封闭环行空间，位于上升筒下端的外侧四周，曝气室在下，气室在上，两室相通，曝气室下端开口，气室顶端封闭。气室和曝气室与上升筒间有孔洞相通。空气释放管(4)为环形穿孔管，位于曝气室下端开口处。
2.如权利要求1所说的扬水曝气器，其特征是所说的上升筒能自动调节长度以适应水位的变化，其结构为相互间能滑动的上下两节，两节间采用套筒式连接，顶部上升筒(17)直径大于下部上升筒(15)，并套在下部上升筒(15)外面，两段上升筒间有插销箱(16)定位。
3.如权利要求2所说的插销箱(16)，其特征是插销(35)固定在弹性膜(37)上，而弹性膜(37)的一侧临水，另一侧为密闭的气腔(36)。插销(35)在滑道(39)内滑动，滑道内安装有滚动轴承(38)。在下一节上升筒的外壁上开有滑槽(33)与插销(35)对应，滑槽(33)内有一系列滚轮(34)。
4.如权利要求1所说的扬水曝气器，其特征是在上升筒的外侧和顶部设置水密仓(27、28、32)。
全文摘要
本发明展示了一种高效的水体混合、充氧装置。该装置主要由中心上升筒、曝气室、气室、空气释放管组成。中心上升筒为一段圆管，能自动根据水位调节长度，在其下端的外侧，由同心的大直径管壁与其围成了曝气室和气室。在曝气室下方进口处安装有穿孔的空气释放管。压缩空气经空气释放管进入曝气室充氧，尾气进入气室，气室充满后，气体集中向中心上升筒释放，形成大气泡，推动中心上升筒水流向上流动。多功能扬水曝气器由浮子悬浮，竖直安装于水中，底部由锚固墩锚固。该多功能扬水曝气器可用于混合水库、湖泊的上下水层，抑制藻类生长；给底部水体充氧，改善底部水生生态环境，抑制底泥中磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解扩散。
文档编号C02F7/00GK1554601SQ200310117900
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月23日 优先权日2003年12月23日
发明者黄廷林, 丛海兵, 何文杰, 韩宏大 申请人:西安建筑科技大学, 天津市自来水集团有限公司