专利名称：用于在水中推动水的方法和泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在一个水域中推动水的方法。
一个水域(诸如一个湖或一个海湾)不是一个孤立的生态系统，相反它非常依赖于该水域的大气环境以及该水域的周围区域的环境，该水域所接收的水来自于周围区域。
由于降雨而使水中加入了硫酸H2SO4和硝酸HNO3，硫酸H2SO4和硝酸HNO3，特别是在缺乏氧化钙的水域中能够形成一种动植物难于生存的环境。进而，细菌的降解能力降低以致于以腐质土成分形式存在的不能降解的有机物质量增大。
从周围区域流入到该水域的水通常带有一些从城市地区排放的污水，这些水中带有大量的养分(例如以亚硝酸盐和硝酸盐的形式存在的)，这样特别是藻类的生物活性大大地增加。从而，湖中的能见深度降低，水域底部的植物开始死亡。
在底层植物死亡的同时，该水域的供氧量也随之减少，从而使死去的有机物质不能完全腐烂，这样在该水域的底部中形成一个不腐烂有机物质层。特别是一个水域底部的环境有时是非常恶劣的以致于比较高级的有机体不能生存。该水域可被认为是“死”的。
但是，特别是一个相当深的水域的表面和底部的生存环境是大不相同的，所述水域在一个上部温暖区域和下部寒冷区域之间具有一个温变层。这样，在该水域的表面含氧量较高，而在比较深的水中含氧量较低。这种现象特别出现在温变层形成阶段中，在温变层形成阶段中没有足够的风使水能够有效地运动。
为了解决这个问题，人们进行了各种尝试，利用由电流或内燃机引擎驱动的机械泵以人工方式推动这样的水域。但是，对于处理极大量的水所消耗的这种能量是非常大的，另外，所用的在任何情况下都是利用可动机械部件操作的设备容易在工作中出现故障，因此需要经常在海下的艰苦环境中对所述设备进行检查和维护。因而，这种方法不能广泛地使用。
本发明的目的在于，提供一种结构简单且运行可靠的方法和泵，它们能够在无需消耗外部能量的前提下推动水。
本发明的第二个目的在于，利用这种推动方法以将预定的成分从水中排出。
本发明的第三个目的在于，利用这种推动方法以将所需的添加剂加入到水中。
这可利用本发明所涉及的新颖且独特的特征来完成，即将该水域的表面区域中的水波转换成旋流，将所述旋流向下引向该水域的底部。
所述旋流水用于将含氧量较高的表面水中的氧和水波中所附带的外界空气加入到含氧量较低的下部区域中。由于该旋流水相对于非旋流的水流具有较高的速度和较大的内能，因此表面水能够与底部水有效地混合。
本发明还涉及一种用于实现上述方法的泵。所述泵包括至少一个基本上沿着水平方向延伸的旋流管，所述旋流管最好浸没在该水域中并且具有一个纵向狭槽，所述泵还包括至少一个最好以曲线方式延伸的导流片，所述导流片具有一个上部前缘，所述上部前缘在操作中朝向一个水波波阵面，所述水波波阵面可能出现在该水域的表面区域中，所述导流片还具有一个下部后缘，所述下部后缘沿着所述狭槽延伸。以水波形式存在的水流到至少一个导流片中，流入到导流片中的水通过纵向狭槽沿切线方向流入到所述旋流管中，这样使所述水流在旋流管中以一种已知的方式剧烈的旋转，从而使所述水流在旋流管中形成旋流。
本发明所涉及的新颖且独特的技术特征在于，所述旋流管的每一个端部与一个浸没在水中的管相流通，所述浸没在水中的管向着该水域的底部向下延伸。该浸没在水中的管用于将在所述旋流管中旋流向下引入到需要与含氧量较高的表面水和外界空气混合的区域。
本发明所涉及的泵结构简单并且无需可动部件即可工作。因此能够可靠地运行并且长时间地工作，无需检查和维护。这种推动方法能够在不使用外部能量和无需很大的成本的条件下实施。该推动方法仅利用存在于水波中的动能和势能作为运行的能量。
一个流动的旋流所具有的奇特特征是，能够在不严重损耗能量或改变结构的情况下比较容易地改变方向。当所述旋流管和浸没在水中的管利用一个弯曲部分互连以使旋流改变方向时，这个优点能够以最佳的方式被保持，从而不会在转动的水中引起紊流。
在所述浸没在水中的管的开口下方，可放置一个碗形的阻挡件，所述阻挡件具有一个壁，在横截面中看过去，所述壁逐渐形成一个方向向上的中心点。所述碗使流出的旋流水转向以使水向上流动而不是向下流入到底部中，旋流进入水域的底部可能会因带起水底物质而使旋流受损，并因而使水受到污染。
一个水域可具有非常大的水平延伸区域。为了在与所述泵保持一个较大水平距离的区域中的底部水与含氧量较高的表面水混合，所述浸没在水中的管的底部可相对于铅垂线弯曲。从而，为所述旋流提供一个速度分量，所述速度分量能够使所述旋流向着上述区域运动。
当具有两个沿着相反方向的转动的旋流并且这些旋流的底部都按照与在相对两侧上的旋流水运动方向相同的方向转动时，这些旋流将相互排斥以致于非常大的底部区域中的水能够被加氧。
在所述浸没在水中的管中的水的转动能够使水中较重的成分被投向该管的管壁，而较轻的成分将移向该管的中心。利用在一个所需高度处使所述浸没在水中的管与一个被引向所述旋流中的一个特定层中的排出管道相连，能够将该层从向下流动的表面水中完全或部分地排出。
这样，一种不需要的生物质可被分离出来并且通过排出管道将所述生物质导向已排干水的表面。或者，所述排出管道可与一个设置在水中的过滤袋相连。
利用几个分别通向旋流中每一个分离层中排出管道能够以可选择的方式将不同的成分从水中排出。
在一个优选实施例中，所述旋流管还可与一个输入通道相流通，所述输入通道在顶部开口。当所述输入通道终止于水面上方时，外部空气在旋流管中的负压作用下被吸入到旋流管中。从而，所述旋流直接将其所附带的外界空气向下运送以为下部水域加氧。
所述输入通道还可用于将添加剂向下注入到所述旋流管中。例如，使用于改变PH值(例如在酸性的湖中)的氧化钙随着旋流一起向下进到所述湖中，氧化钙在湖中与酸性的水有效地混合。
当所述输入通道终止于水面下方时，表面水将被吸入到所述旋流管中，从而能够通过所述浸没在水中的管将额外的大量含氧量较高的水向下送向水域的底部。
现将参照附图对实施例进行描述，从而对本发明进行更详细地说明，其中
图1是本发明所涉及的一个激励泵(launched pump)的一个平面示意图；图2是图1中所示泵的一个侧视图；图3是图1中所示泵的一个主视图；图4是图1-图3中所示泵的一个局部放大透视图；图5是具有一个下部阻挡件的泵中的一个浸没在水中的管下端的一个侧视图并且是在纵向截面中部分表示的；图6是所述浸没在水中的管下端的第二实施例的一个侧视图；图7是图6中所示管的一个横截面图；图8是所述浸没在水中的管下端的第三实施例和一个运动旋流的侧视图；图9是两个图8中所示那种浸没在水中的管和两个运动旋流的一个平面图，所示两个管是相邻设置的；
图10是与所述泵的一个旋流管相连的浸没在水中的管、与所述旋流管相连的输入通道以及两个与所述浸没在水中的管相连的排出管道的一个部分视图；图11是沿着图10中的Ⅺ-Ⅺ线所得到的一个截面图。
图1-图3示出了本发明所涉及的一个浮在一个水域2中的泵1。利用一个缆绳5使所述泵固定在位于该水域底部4的一个锚具3上。这里，假设所述水域是“死”湖，其底部水中的含氧量很低。
如图1中所示，从上方看过去，该泵的形状大致为楔形体，所述缆绳固定在该楔形体6的尖部。这意味着，该泵将会以所述尖部始终指向水波波阵面的方式在所述湖中摆动。
如图4中以最佳方式示出的，所述泵围绕一个水平延伸的旋流管7，所述旋流管7在水面下方并且与所述水面保持一定的距离。所述旋流管的顶部具有纵向狭槽8。所述旋流管上用于支承所述泵的支承部分也具有与所述泵相同的楔形。
沿着旋流管7，所述泵总共具有六个曲线形导流片9，这些导流片位于一列中并且它们相互之间的位置关系是一个在另一个的后面和上方，每一个导流片都具有一个上部前缘10a，所述上部前缘10a在正常操作中以向前偏斜的方式朝向水波波阵面，所述每一个导流片还都具有一个底部后缘10b，所述底部后缘10b沿着所述旋流管的狭槽8延伸。六个导流片9中位于最下方的导流片延伸到一个斜坡12中，所述斜坡以向下偏斜的方式延伸并且朝向水波波阵面(wave front)。
在所示情况下，利用一个中心浮筒11a和两侧浮筒11b使所述泵浮在水中。在旋流管的下方，所述泵还具有一个阻尼板13，所述阻尼板13具有较大的面积并且位于较深的总体来说没有水波的位置。
在没有所述阻尼板的情况下，所述泵可能会随着经过的水波的移动而移动。然而，因为在所述泵仅沿着竖直方向移动的过程中，所述阻尼板将慢慢地排出在该板周围的大量的水，该泵将不能跟随着具有较高频率的水波的移动而运动。
因此，当所述泵能够随着水的高度的缓慢变化(例如由于潮水)而变化时，所述泵的垂直位置相对于经过水波的波幅(amplitude)是相对不变的。
在操作过程中，水波的上部扫过所述泵，而水波的下部达到所述斜片12并从斜片12流入到所述泵中。接着，这些水沿着所述泵的导流片9通过所述纵向狭槽8从切线方向流入到旋流管7中，从而在所述旋流管中形成一个旋流14，所述旋流14具有由水波的动能和势能所构成的内能。
上述技术可从欧洲专利No.0 611 418中得到，这篇文献在这里作为参考。
这种已知的设备是一种用于将水波的能量转换成电流或者在其它场合下转换成其它形式的能量的动力设备。为此，在旋流管7的每一个端部处都设置一个用于驱动发电机(未示出)的涡轮(未示出)。所述旋流驱动所述涡轮，所述涡轮以一种非旋流的状态使已排出能量的旋流回到周围环境中。
本发明所涉及的泵是一种利用水波的能量在水流中推动水的泵。在这种情况下，利用一个弯曲部分15和一个浸没在水中的管16将所述旋流14向下送向水底4并且使所述旋流14被送至一个下部区域17，旋流14在所述下部区域17中以完全转动状态被排出，同时保持其所有的内能。
因此，旋流14在外部上升的旋流18中在所述浸没在水中的管16外部得到继续，所述旋流18使周围水底的水运动。这样，水域中氧含量较低的底部水和含氧量较高的表面水以及由水波带入到所述泵中的外界空气有效地混合。
可以看出，利用这种方式能够使所述水域的水被泵送到周围，外部上升旋流18始终用于将底部水引导到水域表面，内部旋流14用于将水引向水域底部。
当所述旋流14中的水向下流向水域底部时，存在着旋流可能将带起水底物质(诸如淤泥)的危险。为了克服这个缺点，如图5中所示，将一个碗19放在所述浸没在水中的管的底部出口下方，该碗的壁在一个双曲线回转表面中逐渐形成一个方向向上的中心点20。由于该特定实施例，因此所述碗能够使下降的内部旋流14转向并形成上升的外部旋流18。
图6和图7示出了所述浸没在水中的管的下端部分的第二实施例。在该结构中，利用一个底21封闭所述浸没在水中的管的底部，所述浸没在水中的管的端部设有纵向鳃22，利用所述纵向鳃22能够以较高的速度将内部旋流14的含氧量较高的表面水排放到周围的底部水中。这样，能够在所述浸没在水中的管半径较大的情况下确保底部水有效的搅动。
在图8中，所述浸没在水中的管16的下端部分23向前弯向一个需要加氧的底部区域。在所述浸没在水中的管的出口下方放置一个阻挡件24，所述阻挡件24用于防止所述旋流带起水域底部物质。所述端部的向前偏斜的朝向为向外流动的旋流14提供了一个速度分量，所述速度分量能够形成多个分开的旋流，这些多个分开的旋流沿箭头所示方向上依次向着所述区域运动。图8示出了这些旋流25中的一个。在旋流的运动过程中，所述旋流受到一个横向流体动力的作用，所述横向流体动力能够使所述旋流沿着一个曲线路径运动。
在图1至图4中所示的泵中，所述旋流管7在两端处分别与两个浸没在水中的管16相连，每一个浸没在水中的管16形成一个旋流26。图9中示出了这种情况，其中两个浸没在水中的管16的端部都以图8中所示方式弯曲。所述横向流体动力迫使旋流26沿着箭头所示方向逐渐分开。运动的旋流能够经过很大的区域为“死”的底部水加氧。
图10和图11部分地示出了分别与一个第一排出管道27和一个第二排出管道28相连的浸没在水中的管16。如图11中所示，两个排出管道是经过所述浸没在水中的管的管壁被引导到所述内部旋流14中，所述排出管道的开口端逆着旋流的旋转方向。
所述第一排出管道与一个立管29相连，所述立管29延伸到水面上方并且终止于一个接收容器30中，所述接收容器30设有一个多孔的底部。
转动水流中的重力根据密度将水中的成分分成多个同心的层。例如，在湖中的多余生物质将被设置在一个特定的层中，当所述排出管道的开口端在这一层中时，所述多余生物质将完全或部分地被排出。所述生物质通过立管29被送至接收容器30，附带的水在所述接收容器30中被排干。这样，在为该湖的底部水加氧的同时还能将不需要的成分从湖中排出。
所述第二排出管道28作用与第一排出管道27相同，在这种情况下，水中的不需要成分可被收集在一个过滤袋31中而不是所述接收容器30。
在图10中还示出了一个输入通道32，所述输入通道32在水面的上方并且与水面保持一定的距离。由于所述旋流管7中的负压作用，外界空气经过所述输入通道32被吸入到旋流14中并且随着所述旋流14经过所述浸没在水中的管16向下进入到底部水中，从而提供了大量额外的氧。所述输入通道的下端被引导到所述旋流的旋转轴线中并且沿着流动方向向前弯曲，从而能够使所述输入通道按照需要有效地工作。
如果该湖是酸性的，所述输入通道32如箭头所示还可用于加入氧化钙，在推动水的过程中能够利用所述泵将氧化钙有效地分配到该湖中。同样，其它所需的添加剂也可容易地被分配到该湖中。为此，所述输入通道的上端的形状为漏斗形。
权利要求
1．一种用于在一个水域(2)中推动水的方法，其特征在于，将该水域的表面区域中的水波转换成旋流(14)，将所述旋流(14)向下引向该水域的底部(4)。
2．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流(14)形成为两个旋流。
3．一种用于在一个水域(2)中推动水的泵(1)，所述泵(1)包括至少一个基本上沿着水平方向延伸的旋流管(7)，所述旋流管(7)最好浸没在该水域中并且具有一个纵向狭槽(8)，所述泵(1)还包括至少一个最好以曲线方式延伸的导流片(9)，所述导流片(9)具有一个上部前缘(10a)，所述上部前缘(10a)在操作中朝向一个水波波阵面，所述水波波阵面可能出现在该水域的表面区域中，所述导流片(9)还具有一个下部后缘(10b)，所述下部后缘(10b)沿着所述狭槽延伸，其特征在于，所述旋流管至少在一个端部处与一个浸没在水中的管(16)相流通，所述浸没在水中的管(16)向着该水域的底部(4)向下延伸。
4．一种如权利要求3所述的泵(1)，其特征在于，所述旋流管(7)利用一个弯曲部分(15)与所述浸没在水中的管(16)相连。
5．一种如权利要求3或4所述的泵(1)，其特征在于，一个阻挡件(24)位于与所述浸没在水中的管(16)的底部开口保持一定距离的位置处，所述阻挡件(24)沿着与所述浸没在水中的管(16)的轴线垂直的方向延伸。
6．一种如权利要求5所述的泵(1)，其特征在于，所述阻挡件是一个碗(19)，所述碗的壁利用一个双曲线回转表面从周边逐渐形成一个方向向上的中心点。
7．一种如权利要求3至6中任何一项所述的泵(1)，其特征在于，至少所述浸没在水中的管(16)的下端部分与铅垂线之间形成一个角度。
8．一种如权利要求3至7中任何一项所述的泵(1)并且所述泵(1)具有两个所述浸没在水中的管(16)，其特征在于，至少每一个所述浸没在水中的管(16)的下端部分与铅垂线之间形成一个角度，该角的偏转方向与在相对两侧上的旋流水运动方向相同。
9．一种如权利要求3至8中任何一项所述的泵(1)，其特征在于，所述泵(1)包括至少一个排出管道(27，28)，所述排出管道(27，28)与所述浸没在水中的管(16)中的旋流(14)相通以使所述旋流的一部分成分能够通过所述排出管道排出。
10．一种如权利要求3至9中任何一项所述的泵(1)，其特征在于，所述泵包括至少一个输入通道(32)，所述输入通道(32)具有一个上端和一个下端，所述上端自由地终止于所述水域的表面区域中或在所述表面区域上方的外界空气中，所述下端与所述旋流管(7)或所述浸没在水中的管(16)相流通。
全文摘要
本发明涉及一种例如在一个湖(2)中推动水的方法,该方法利用一个泵(1)将湖中的水波转换成旋流水(14),所述旋流水(14)向下被送向该水域的底部(4)。所述泵包括一个水平延伸的旋流管(7)和至少一个最好以曲线方式延伸的导流片(9),所述旋流管(7)具有一个纵向狭槽(8),所述导流片(9)具有一个上部前缘(10a)和一个下部后缘(10b),所述上部前缘(10a)在操作中朝向湖中的一个水波波阵面,所述下部后缘(10b)沿着所述狭槽延伸。所述旋流管的两端与一个浸没在水中的管(16)相流通,所述浸没在水中的管(16)向着该水域的底部(4)向下延伸。由于该泵能够在没有可动部件的情况下工作,因此它是简单和可靠的。该泵能够在无需消耗外部能量的情况下将含氧量较高的表面水和外界空气引到水底认为含氧量较低的“死”的底部水加氧。同时,该泵还可用于将不需要的成分(诸如多余的生物质)从该湖中排出以及将所需的添加剂(诸如氧化钙)加入到该湖中。
文档编号F03B13/14GK1295536SQ9980450
公开日2001年5月16日 申请日期1999年3月23日 优先权日1998年3月26日
发明者埃里克·斯科鲁普 申请人:维弗普兰国际有限公司