一种射流倍增无叶式增氧机

1.本发明涉及了增氧设备技术领域的一种增氧机，具体涉及了一种射流倍增无叶式增氧机。


背景技术：

2.增氧机是我国水产养殖业的重要辅助工具，其主要作用是为水塘水质增加溶氧，保证水下生物不致缺氧，同时可以活动水源，使水下细菌不易滋生，清洁水下环境，保护水下生物。
3.机械增氧方式是我国水产养殖业最广泛使用的增氧技术。目前国内主流的增氧工具大多为叶轮式或水车式增氧机，或微孔曝气式增氧机。叶轮式和水车式增氧机均是覆盖在水体表面，通过叶片搅动水体来使空气与水体混合，功耗大噪音大，扰动过于剧烈，对水下生物会有很大干扰，而且在深水区的供氧能力非常弱；微孔曝气式增氧机主要从水底进行曝气供氧，占地面积广，安装复杂，能耗高，对水体扰动小，溶氧效率低。
4.针对此种现状，有必要研究一种增氧工具，融合已有增氧机的优点，并解决上述已存在问题。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中存在的增氧技术扰动范围小、噪声大、能耗高、溶氧能力低等问题，本发明提出了一种射流倍增无叶式增氧机，无叶式增氧机的涡轮旋转会将增氧机外周围的液体卷吸进入增氧机内部，再将液体沿环状喷口喷出并裹挟喷口附近的微气泡群形成环状的气液两相射流。环状射流一方面与周围液体发生剪切混合，另一方面由于射流的低压效应，使得周边液体向射流中心集聚。这两种效应使得射流的流量倍增，数十倍于环状喷口处的流量。射流的流量倍增可以提高空气和水体的混合效率，使空气中的含氧可以更充分地溶解于周边水体中。
6.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明包括增氧机外壳、增氧机底座、外过滤网、内清洁片、内过滤器、电机、减速行星齿轮组、涡轮和传动轴系；
8.增氧机外壳和电机固定安装在增氧机底座上，电机固定安装在增氧机外壳下部的内部，增氧机外壳的中部为镂空状态，增氧机外壳中部的外部固定套装有外过滤网，增氧机外壳中部的内部活动安装有内清洁片，内清洁片内部设置有涡轮、减速行星齿轮组和内过滤器，电机的输出轴通过传动轴系与减速行星齿轮组和涡轮同轴固连，减速行星齿轮组设置在涡轮下方，减速行星齿轮组与内清洁片啮合形成齿轮清洁片副，涡轮的上方设置有内过滤器，内过滤器设置在增氧机外壳内，内过滤器的上端与增氧机外壳固定连接，内过滤器的下端与内清洁片接触；
9.将增氧机放置在液体中，电机的启动，电机带动涡轮和减速行星齿轮组后，将液体抽进增氧机内部，同时往增氧机外壳的上部注入空气，液体经外过滤网、内清洁片和内过滤
器清洁后从增氧机外壳的上部喷出后与空气混合成为气液混合两相流，气液混合两相流从增氧机上部喷射出来，实现液体的增氧。
10.所述增氧机外壳中部的外部开设多个间隔布置的块形槽使得增氧机外壳中部形成镂空状态，相邻块形槽之间的增氧机外壳上设置有外清洁片，所述内清洁片包括内清洁片转环和多个内清洁片，多个内清洁片等间隔的固定安装在内清洁片转环上，增氧机外壳中部设置有支撑平台，内清洁片转环放置在支撑平台上使得内清洁片转环活动安装在增氧机外壳中部，外清洁片与内清洁片一起构成增氧机的第二过滤层；
11.所述减速行星齿轮组包括太阳轮、多个行星轮和行星架；太阳轮与多个行星轮啮合形成行星齿轮副，太阳轮与多个行星轮通过行星架进行连接构成减速行星齿轮组，多个行星轮与内清洁片转环的内壁进行啮合形成齿轮清洁片副；
12.所述涡轮包括涡轮底盘和多个涡轮叶片；多个涡轮叶片等间隔地固定安装在涡轮底盘上；
13.所述传动轴系包括传动阶梯轴和滑动密封圈，滑动密封圈紧紧套装在所述传动阶梯轴上，传动阶梯轴的下端与电机的输出轴进行同轴固定连接；太阳轮和行星架的中部开设有齿轮组轴孔，
14.传动阶梯轴的上端穿过齿轮组轴孔后与涡轮底盘底面进行同轴固定连接，同时太阳轮和行星架通过滑动密封圈与传动阶梯轴过盈连接；
15.所述内过滤器的下端安装在内清洁片转环上，内过滤器的上端固定安装在增氧机外壳中部的台阶上，内过滤器的圆周侧与增氧机外壳中部之间设置有多个内清洁片，内过滤器构成增氧机的第三过滤层。
16.所述内过滤器为无下底面的中空圆柱体，中空圆柱体的上底面开设有液体流出阵列孔，所述液体流出阵列孔具体为中间开设有一个中心孔，在中心孔外的中空圆柱体的上底面沿内过滤器的径向依次开设有多圈圆周阵列孔，每圈圆周阵列孔都是由相同大小的流出孔等间隔布置，沿内过滤器的径向每圈圆周阵列孔中的流出孔的半径依次减小且每圈圆周阵列孔中流出孔的个数依次增加；
17.中空圆柱体的圆周侧开设有过滤集污孔阵列，过滤集污孔阵列由按照矩阵阵列排布方式在中空圆柱体的圆周侧开设有多个过滤集污孔组成，过滤集污孔包括一个内过滤孔和两个列集污孔，一个内过滤孔的两侧分别开设有两个列集污孔。
18.所述电机固定安装在电机座上，电机座上开设有多个沿圆周等间隔布置的电机座螺纹孔，增氧机底座的中部设有底座凸台，电机座通过螺栓固定安装在底座凸台上；
19.所述增氧机外壳的下部开设有密闭电机室，密闭电机室中设置电机，增氧机外壳的下端通过底座固定密封圈与底座凸台过盈连接后形成封闭空间。
20.所述增氧机外壳的中部和下部由中间设置有支撑平台的下圆筒构成，增氧机外壳的上部由侧置的上圆筒构成，上圆筒中开设有存储水质的液体环流室和存储空气的环状储气室，液体环流室与环状储气室不相通；
21.靠近环状储气室的上圆筒内壁上开设有多排较小直径且每排直径不同的出气孔，每排出气孔中的各个出气孔等间隔布置，靠近环状储气室的上圆筒外壁上开设有较大直径的入气孔，实现环状储气室的进气和出气；
22.上圆筒的底部开设有进液槽，进液槽的开设将液体环流室与下圆筒的内部相通，
使得下圆筒中的液体通过底部的进液槽流进液体环流室，同时上圆筒的底部与下圆筒的上端固定连接后形成封闭空间，液体环流室中不靠近的环状储气室的一侧设置有用于引流的环窝，靠近环窝的上圆筒内壁上开设有用于引导液体喷射的环形液体喷流狭缝，液体环流室中的液体从环形液体喷流狭缝喷射而出。
23.所述增氧机外壳中部的外部开设有上下两条平行且间隔布置的外过滤网卡隙，外过滤网设置有两条外过滤网卡环，外过滤网通过两条外过滤网卡环分别卡在两条外过滤网卡隙中，使得外过滤网固定安装在增氧机外壳中部；所述外过滤网构成增氧机的第一过滤层。
24.所述传动阶梯轴上下两端均开设十字榫；电机的输出轴中开设有电机轴十字卯，涡轮底盘底面的中部开设有涡轮轴十字卯，传动阶梯轴的下端的十字榫与电机的输出轴的电机轴十字卯进行榫卯固定连接；太阳轮和行星架的中部开设有齿轮组轴孔，传动阶梯轴的上端的十字榫穿过齿轮组轴孔后与涡轮底盘底面的涡轮轴十字卯进行榫卯固定连接。
25.所述内清洁片和外清洁片的数量相同。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.无叶式增氧机安装在水下，运转在水下，由于本设备喷射的圆环状射流相比普通圆形管口水射流具有更大的剪切混合面积，环状射流与周边射流的剪切混合可以使设备周边原本静止的流体加速，形成一股流量远大于设备喷口流量的射流，也就是该装置具有极强的射流倍增效应。由于设备喷口的射流携带有大流量的微气泡，这些微气泡携带的氧气在与周边流场的液体混合过程中得以溶解进水体中。射流倍增效应使得该设备具有更强的溶氧能力，同时也使得水体中水
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氧溶解更为均匀。另一方面，射流倍增效应也使得设备出口环状射流的动能快速传递给周边的水体，射流流速在短距离内可以快速下降，机器工作时，设备产生的噪声远低于叶轮式或水车式增氧机，整体呈现“大范围、缓水流”的水氧混合；
28.该设备的环状射流出口设有扇面导流结构，利用水射流的“附壁效应(科恩达效应)”，使得环状射流可以以较大的扩张角射入周边水体中，这种结构也起到了增大环状射流与周边水体的混合剪切面积的效果。
29.将电机封闭在密闭空间中，间接与地面进行固定，减震降噪效果明显提升，仅通过传动轴系传递转矩从而对水质进行处理，保护了电机不被腐蚀；
30.多层过滤系统保证流入增氧机内部的水质良好，为增氧效率的提高做好保障；同时将涡轮等运动部件笼罩其中，保护机体的同时也保护了水下生物，防止出现意外状况，不会对水下生物的生命活动造成任何影响；
31.本发明在独立性、安全性、增氧范围和效率等方面均比传统增氧设备有了较大革新和改进，应用前景十分广阔。
附图说明
32.图1为无叶式增氧机整体等轴侧示意图；
33.图2为无叶式增氧机局部竖剖上下二等角轴侧示意图；
34.图3为无叶式增氧机外壳结构示意图；
35.图4为无叶式增氧机外壳结构竖剖示意图；
36.图5为底座与固定密封圈示意图；
37.图6为外过滤网结构示意图；
38.图7为内清洁片与行星减速齿轮组示意图；
39.图8为内过滤器结构示意图；
40.图9为传动轴系部分组合示意图；
41.图10为传动轴与滑动密封圈示意图；
42.图11为电机结构上下二等角轴侧示意图；
43.图12为电机结构俯视示意图；
44.图13为涡轮结构等轴侧示意图；
45.图14为涡轮结构正仰视示意图；
46.图15为无叶式增氧机的工作示意图。
47.图中：1、增氧机外壳；11、入气孔；12、出气阵列孔；13、外过滤网卡隙；14、传动轴孔；15、外清洁片；16、环状储气室；17、液体环流室；18、环窝；19、环形液体喷流狭缝；110、密闭电机室；111、支撑平台；2、增氧机底座；21、地脚螺栓螺纹孔；22、底座凸台；23、底座固定密封圈；3、外过滤网；31、外过滤网体；32、外过滤网卡环；4、内清洁片；41、内清洁片；42、内清洁片转环；5、内过滤器；51、内过滤器基体；52、内过滤孔；53、集污孔；54、液体流出阵列孔；6、电机；61、电机座；62、电机座螺纹孔；63、电机轴十字卯；7、减速行星齿轮组；71、太阳轮；72、行星轮；73、行星架；74、齿轮组轴孔；8、涡轮；81、涡轮底盘；82、涡轮叶片；83、涡轮轴十字卯；9、传动轴系；91、传动阶梯轴；92、十字榫；93、滑动密封圈。
具体实施方式
48.本领域专业的人员应该清楚，本实施例只是为更好地解释和说明本发明的使用方法，并不能用来限制本发明。
49.如图1和图2所示，本发明包括增氧机外壳1、增氧机底座2、外过滤网3、内清洁片4、内过滤器5、电机6、减速行星齿轮组7、涡轮8和传动轴系9；增氧机外壳1是本发明的主体部分，是水下增氧原理的集中体现。
50.增氧机外壳1和电机6固定安装在增氧机底座2上，增氧机外壳1与增氧机底座2之间形成封闭空间，电机6固定安装在增氧机外壳1下部的内部，增氧机外壳1的中部为镂空状态，增氧机外壳1中部的外部固定套装有外过滤网3，增氧机外壳1中部的内部活动安装有内清洁片4，内清洁片4内部设置有涡轮8、减速行星齿轮组7和内过滤器5，电机6的输出轴通过传动轴系9与减速行星齿轮组7和涡轮8同轴固连，减速行星齿轮组7设置在涡轮8下方，减速行星齿轮组7与内清洁片4啮合形成齿轮清洁片副，涡轮8的上方设置有内过滤器5，内过滤器5设置在增氧机外壳1内，内过滤器5的上端通过六个螺栓与增氧机外壳1固定连接，内过滤器5的下端与内清洁片4接触，内过滤器5与内清洁片4之间有相对滑动；
51.将增氧机放置在液体中，电机6的启动，电机6带动涡轮8和减速行星齿轮组7后，将液体抽进增氧机内部，同时往增氧机外壳1的上部注入空气，液体经外过滤网3、内清洁片4和内过滤器5清洁后从增氧机外壳1的上部的环形液体喷流狭缝19喷出后与空气混合成为气液混合两相流，气液混合两相流从增氧机上部喷射出来，实现液体的增氧。此过程将会使液体流速增大数倍，其扰动能力大大增强，增长了流体的传播距离。
52.如图5所示，增氧机底座2开设有多个沿圆周等间隔布置的地脚螺栓螺纹孔21，增氧机底座2通过地脚螺栓固定安装在水下地表，使增氧机在水下运行。
53.如图11和图15所示，电机6是增氧机的动力源头，电机6固定安装在电机座61上，电机座61上开设有多个沿圆周等间隔布置的电机座螺纹孔62，增氧机底座2的中部设有底座凸台22，电机座61通过螺栓固定安装在底座凸台22上；
54.增氧机外壳1的下部开设有密闭电机室110，密闭电机室110中设置电机6，增氧机外壳1的下端通过底座固定密封圈23与底座凸台22过盈连接后形成封闭空间。由于滑动密封圈93和底座固定密封圈23的密封作用，使密闭电机室110不能透过任何液体，完好地保护了固定在其中的电机6不被液体腐蚀。
55.如图3、图7、图9和图10所示，增氧机外壳1中部的外部开设多个间隔布置的块形槽使得增氧机外壳1中部形成镂空状态，相邻块形槽之间的增氧机外壳1上设置有外清洁片15，具体实施中，如图3和图6所示，增氧机外壳1中部的外部开设有上下两条平行且间隔布置的外过滤网卡隙13，外过滤网3设置有两条外过滤网卡环32，外过滤网3通过两条外过滤网卡环32分别卡在两条外过滤网卡隙13中，使得外过滤网3固定安装在增氧机外壳1中部，可以随时拆卸清洗；外过滤网3构成增氧机的第一过滤层。外过滤网体31可以阻挡较大块的杂物进入增氧机内部，而且能够使一些丝线状杂物挂附在上面，同时还可以防止水下生物靠近增氧机而发生意外事故。
56.内清洁片4包括内清洁片转环42和多个内清洁片体41，多个内清洁片体41等间隔的固定安装在内清洁片转环42上，增氧机外壳1中部设置有支撑平台111，内清洁片转环42放置在支撑平台111上使得内清洁片转环42活动安装在增氧机外壳1中部，外清洁片15与内清洁片4一起构成增氧机的第二过滤层；内清洁片41与外清洁片15片体数量相同，通过转动可以完全隐藏在外清洁片15内，使外壳1入口面积最大；也可以完全暴露在外清洁片15之外，使得外壳1入口面积最小直至消失。内清洁片转环42联接减速行星齿轮组7，内清洁片41固接内清洁片转环42随之转动，不断切割通过外清洁片15进入外壳1内的水质，使杂质无法进入外壳1内，构成第二层过滤。
57.减速行星齿轮组7有着极大的传动比，能有效缓和并传递电机的高速旋转。减速行星齿轮组7包括太阳轮71、多个行星轮72和行星架73；太阳轮71与多个行星轮72啮合形成行星齿轮副，太阳轮71与多个行星轮72通过行星架73进行连接构成减速行星齿轮组7，多个行星轮72与内清洁片转环42的内壁进行啮合形成齿轮清洁片副，才得以使内清洁片4以合适的速度转动不致过快；
58.涡轮8是实现射流倍增的关键部件，涡轮8包括涡轮底盘81和多个涡轮叶片82；涡轮叶片82呈圆润的弧形，上径小下径大，多个涡轮叶片82等间隔地固定安装在涡轮底盘81上；当涡轮8开始转动，涡轮叶片82随之转动，其转动能够将周围的水质由径向流动调整为轴向流动，进而输送到液体环流室17中。
59.传动轴系9包括传动阶梯轴91和滑动密封圈93，滑动密封圈93紧紧套装在传动阶梯轴91上，传动阶梯轴91上下两端均开设十字榫92；电机6的输出轴中开设有电机轴十字卯64，涡轮底盘81底面的中部开设有涡轮轴十字卯83，传动阶梯轴91的下端的十字榫92与电机6的输出轴的电机轴十字卯64进行榫卯同轴固定连接；太阳轮71和行星架73的中部开设有齿轮组轴孔74；
60.传动阶梯轴91的上端的十字榫92穿过齿轮组轴孔74后与涡轮底盘81底面的涡轮轴十字卯83进行榫卯同轴固定连接，同时太阳轮71和行星架73通过滑动密封圈93与传动阶梯轴91过盈连接；
61.如图9
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图14所示，传动阶梯轴91上下两端均开设十字榫92；电机6的输出轴中开设有电机轴十字卯63，涡轮底盘81底面的中部开设有涡轮轴十字卯83，传动阶梯轴91的下端的十字榫92与电机6的输出轴的电机轴十字卯63进行榫卯固定连接；太阳轮71和行星架73的中部开设有齿轮组轴孔74，传动阶梯轴91的上端的十字榫92穿过齿轮组轴孔74后与涡轮底盘81底面的涡轮轴十字卯83进行榫卯固定连接。使用过盈式榫卯结构而非使用键联接，可以解决由于气液带来的腐蚀效果而引发的传动精度问题。
62.内过滤器5的下端安装在内清洁片转环42上，内过滤器5的上端通过螺栓固定安装在增氧机外壳1中部的台阶上，内过滤器5的圆周侧与增氧机外壳1中部之间设置有多个内清洁片41，内过滤器5构成增氧机的第三过滤层。
63.如图8所示，内过滤器5为无下底面的中空圆柱体，中空圆柱体的上底面开设有液体流出阵列孔54，液体流出阵列孔54具体为中间开设有一个中心孔，在中心孔外的中空圆柱体的上底面沿内过滤器5的径向依次开设有多圈圆周阵列孔，每圈圆周阵列孔都是由相同大小的流出孔等间隔布置，沿内过滤器5的径向每圈圆周阵列孔中的流出孔的半径依次减小且每圈圆周阵列孔中流出孔的个数依次增加；
64.中空圆柱体的圆周侧开设有过滤集污孔阵列，过滤集污孔阵列由按照矩阵阵列排布方式在中空圆柱体的圆周侧开设有多个过滤集污孔组成，过滤集污孔包括一个内过滤孔52和两个列集污孔53，一个内过滤孔52的两侧分别开设有两个列集污孔53。集污孔53为圆形沉孔，直径小且深。在水质经过内清洁片41的带动后，液体会有沿内过滤器5外围旋转形成周向流动的倾向，微小杂质可以在水质流经内过滤孔52时残留挂附在相应的集污孔53中，且不易被冲出。
65.如图3和图4所示，增氧机外壳1的中部和下部由中间设置有支撑平台111的下圆筒构成，增氧机外壳1的上部由侧置的异形上圆筒构成，上圆筒中开设有存储水质的液体环流室17和存储空气的环状储气室16，液体环流室17与环状储气室16不相通；
66.环状储气室16设置在上圆筒的一端，靠近环状储气室16的上圆筒内壁上开设有多排较小直径且每排直径不同的出气孔，每排出气孔中的各个出气孔等间隔布置，由内到外孔径变小，孔数变密，使过滤发挥最高效果，更能减缓流速，以防流量过大对接下来的液体喷流造成干扰。每排等间隔布置的出气孔的靠近环状储气室16的上圆筒外壁上开设有一个较大直径的入气孔11，实现环状储气室16的进气和出气；
67.上圆筒的底部开设有进液槽，进液槽的开设将液体环流室17与下圆筒的内部相通，使得下圆筒中的液体通过底部的进液槽流进液体环流室17，同时上圆筒的底部与下圆筒的上端固定连接后形成封闭空间，液体环流室17中不靠近的环状储气室16的一侧设置有用于引流的环窝18，靠近环窝18的上圆筒内壁上开设有用于引导液体喷射的环形液体喷流狭缝19，液体环流室17中的液体从环形液体喷流狭缝19喷射而出。
68.本实施例的工作原理如下：
69.将增氧机通过增氧机底座2固定在水底的沙面上。电机6起动，带动减速行星齿轮组7和涡轮8同时转动，减速行星齿轮组7的转动会带动与之啮合的内清洁片4以较低速度转
动，旋转的涡轮叶片82会将增氧机外界的水质卷入增氧机外壳1内部，并将液体的径向流动转换为轴向流动从而流入液体环流室17。水质在径向流入增氧机外壳1的过程中会经过外过滤网3、固定的外清洁片15与旋转的内清洁片4的配合、内过滤器5的三层过滤，保证清洁的水质轴向流入液体环流室17。当液体充斥整个液体环流室17后，根据科恩达效应，液体会沿环窝18附着，沿着其表面从环形液体喷流狭缝19喷射出来。
70.与此同时需要通过入气孔11打入空气，空气在充斥整个环状储气室16后由出气阵列孔12流出，被来自环形液体喷流狭缝19喷射的水质冲击混合，形成两相流，将氧气充分溶于水质中向外围流动。由于增氧机完全在水下工作，对水底进行供氧活动，对外界环境没有任何影响；电机完全封闭在密闭电机室110中，隔音减噪，而且对水下生物不会有任何损害。利用附壁效应使气液两相流传播更远，增氧效率成倍提高，起到了四两拨千斤的效果。
71.最后值得重申的是，说明书中描述的只是本发明的优选例，只是为了阐明本发明的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。