专利名称：一种垂直轴式风力曝气机的制作方法
技术领域：
本发明涉及水体表层曝气用的曝气机，尤其涉及垂直轴式风力曝气机。
背景技术：
城市河道和天然水体中可能含有大量氮磷化合物产生水体富营养化，解决此问题的方法之一就是提高水体含氧量。影响水中氧气溶解度的因素包括水温、含盐量、氧分压。 影响氧气溶解速率的因素包括氧的不饱和程度、水的运动状况、水气接触面积和接触方式。 通过改变氧分压提高是提高氧气溶解度最常用的方法。实现向水体增氧可以采取的措施有搅动水体，促进水体与空气对流交换和界面更新；把水分散为细小雾滴，喷入气相，增加水气接触面积；通过负压吸气，令气体分散为微气泡，压入水中。现有曝气机主要依靠电力，由曝气泵实现水体增氧，对电力的消耗很大。风能作为可再生能源，已经得到了广泛应用，尤其是在风能发电领域。直接利用风能给水体曝气可以直接利用风能产生的机械能，省去发电环节，提高风能利用率。现有风机可分为水平风机和垂直轴风机。与水平轴风机相比，垂直轴风机具有占地面积小，噪音低，稳定性好等特点，尤其是在为水体曝气方面，垂直轴风机可减少整体结构的复杂程度，能量损耗低且能利用各种方向风能。实用新型专利“污水治理风能表层曝气装置”(授权号CNM64725Y)利用阻力型垂直轴式风机实现水体表层曝气，平台漂浮水面，水下安装螺旋叶轮。发明专利“一种垂直轴式风力曝气机”(授权号 CN101580312A)利用阻力型垂直风机带动水泵与充气泵工作，实现曝气。上述风能曝气机曝气范围固定，在高风速下存在局部曝气过量的问题。垂直轴风机可分为升力型和阻力型。阻力型风机利用空气流过叶片产生的阻力作为动力，启动性能好，但转速低功率差，风能利用率低。升力型风机随转速增加阻力减小，升力增大，风能利用率高。发明专利“垂直轴风力发电机翼型叶片及翼型垂直风力发电机”(授权号CN101839219A)介绍了一种兼具阻力型与升力型特点的叶片，微风启动性能好，转动力矩大，应用于风能发电领域。上述专利的翼头部分为半圆形，在低风速下阻力的影响较大。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够根据风速自动调节曝气范围，并且结合兼具阻力型与升力型特点的叶片，充分利用风能，改善风能曝气效果的一种垂直轴式风力曝气机。本发明的一种垂直轴式风力曝气机，它包括垂直轴式风机，在垂直轴式风机的叶轮轴上套有高度调节装置，在所述的高度调节装置上均勻的连接有至少三个拨水器，每一个所述的拨水器包括其一端与高度调节装置相连的一个横轴，在所述的横轴上通过内、外侧套管连接有一个水轮架，在所述的水轮架上通过沿水平方向设置的水轮轴连接有水轮， 在位于每个所述的外侧套管外侧的横轴上设置有能够与外侧套管靠紧配合的外侧控制板， 在每个横轴上套有弹簧，所述的弹簧的一侧靠在所述的内侧套管上并且其另一侧靠在设置在横轴上的内侧控制板上，所述的主轴的底部连接有轴承，在所述的至少三个拨水器的外侧设置有多个构成圆环状的底座，每一所述的底座的上下侧分别通过连接杆与所述的主轴和轴承相连。采用垂直轴式风机作为动力，阻力型叶片与升力型叶片相结合，能利用各方向风能，风能利用率高，噪音小。拨水器可根据风速自动调节，可在曝气机工作范围内保持较好的曝气效果。
图1为本发明的一种垂直轴式风力曝气机的主视图；图2为图1中的风机的俯视图；图3为图2中的风机的叶片的结构示意图；图4为图1中的水轮的结构示意图；图5为图4中的水轮的叶片结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。如图1所示本发明的一种垂直轴式风力曝气机，它包括垂直轴式风机，在垂直轴式风机的叶轮轴2上套有高度调节装置12，在所述的高度调节装置上均勻的连接有至少三个拨水器，每一个所述的拨水器包括其一端与高度调节装置相连的一个横轴11，在所述的横轴11上各自通过内、外侧套管10连接有一个水轮架，在所述的水轮架上通过沿水平方向设置的水轮轴9连接有水轮8，在位于每个所述的外侧套管外侧的横轴上设置有能够与外侧套管靠紧配合的外侧控制板14，在每个横轴上套有弹簧7，所述的弹簧的一侧靠在所述的内侧套管上并且其另一侧靠在设置在横轴上的内侧控制板6上，所述的主轴的底部连接有轴承，在所述的至少三个拨水器的外侧设置有多个构成圆环状的底座5，每一所述的底座 5的上下侧分别通过连接杆4与所述的主轴1和轴承13相连。在本装置中风力驱动叶轮转动，使主轴旋转，带动拨水器搅动水面；主轴通过连接杆4与底座5相连，底座5浮于水面， 拨水器的工作水位与水面一致，拨水器可根据风力大小调节工作范围。如图2-3所示的所述的垂直轴式风机优选的由三个叶片3组成，每一叶片为翼型， 每一叶片内部为空腔，每一叶片翼头为三角形并且其翼尾外侧有开口，开口两侧侧壁通过支撑杆15连接，所述的叶片3与主轴1之间通过叶轮轴2相连。本结构具有阻力型风机的特点，外形设计又具有升力型风机的特点，三角形的翼头设计有助于减少逆风时的阻力。当然也可以采用现有的其它垂直轴式风机。优选的所述的横轴截面与内、外侧套管内壁均为正六边形。防止水轮绕横轴转动， 水轮在一定范围内可根据风力大小自动调节工作范围，结合水体耗氧曲线与机械尺寸与风速等条件可实现曝气范围内的最佳曝气。优选的所述的底座为浮筒，在多个浮筒构成的圆环体外罩有围网。可以防止水中杂质进入曝气范围，维修方便。所述的高度调节装置可以为套在主轴上的套箍，所述的套箍通过连接件与所述的主轴固定相连。
如图4-5所示，优选的所述的水轮的水轮叶片沿转动方向开有凹槽。工作时使水轮一半没入水中，水轮绕轮轴9转动时将凹槽内水体带出，由边缘流向水轮中心。本装置的安装使用方法如下1.首先安装底座5，根据水轮的位置调节主轴1的高度，当水轮8 一半浸入水面， 固定曝气机。2.如图2，以风向从左向右为例，下端叶片翼尾部分为空腔，风进入空腔形成阻力，上端叶片翼头为三角形，形成升力，两种力共同作用，使风机产生逆时针绕主轴1转动。3.风机带动主轴1产生逆时针转动，拨水器也开始逆时针转动，水轮8向前移动的同时，水轮也开始绕轮轴9逆时针转动，搅动水面。由于横轴11与套管10截面为正多边形，使水轮竖直方向位置基本固定不变。水轮叶片外形如图5所示，两侧内壁为空槽，呈对称结构，适用于不同转动方向。水轮凹槽内侧的水体随转动脱离水面，向水轮轴9汇聚，又流回水中。同时，随转速增大，水轮受离心力与弹簧7弹力共同作用，开始向外侧移动，直到转速稳定。当风力减弱时，水轮又开始向内侧移动，减小曝气范围。
权利要求
1.一种垂直轴式风力曝气机，它包括垂直轴式风机，其特征在于在垂直轴式风机的叶轮轴上套有高度调节装置，在所述的高度调节装置上均勻的连接有至少三个拨水器，每一个所述的拨水器包括其一端与高度调节装置相连的一个横轴，在所述的横轴上通过内、 外侧套管连接有一个水轮架，在所述的水轮架上通过沿水平方向设置的水轮轴连接有水轮，在位于每个所述的外侧套管外侧的横轴上设置有能够与外侧套管靠紧配合的外侧控制板，在每个横轴上套有弹簧，所述的弹簧的一侧靠在所述的内侧套管上并且其另一侧靠在设置在横轴上的内侧控制板上，所述的主轴的底部连接有轴承，在所述的至少三个拨水器的外侧设置有多个构成圆环状的底座，每一所述的底座的上下侧分别通过连接杆与所述的主轴和轴承相连。
2.根据权利要求1所述的垂直轴式风力曝气机，其特征在于所述的垂直轴式风机由三个叶片组成，每一叶片为翼型，每一叶片内部为空腔，每一叶片翼头为三角形并且其翼尾外侧有开口，开口两侧侧壁通过支撑杆连接，所述的叶片与主轴之间通过叶轮轴相连。
3.根据权利要求1所述的垂直轴式风力曝气机，其特征在于所述的横轴截面与内、外侧套管内壁均为正六边形。
4.根据权利要求1所述的垂直轴式风力曝气机，其特征在于所述的高度调节装置为套在主轴上的套箍，所述的套箍通过连接件与所述的主轴固定相连。
5.根据权利要求1所述的垂直轴式风力曝气机，其特征在于所述的水轮的水轮叶片沿转动方向开有凹槽。
6.根据权利要求1所述的垂直轴式风力曝气机，其特征在于所述的底座为浮筒，在多个浮筒构成的圆环体外罩有围网。
全文摘要
本发明公开了一种垂直轴式风力曝气机，它包括垂直轴式风机，在垂直轴式风机的叶轮轴上套有高度调节装置，在高度调节装置上均匀的连接有至少三个拨水器，每个拨水器包括其一端与高度调节装置相连的横轴，在横轴上连接有一个水轮架，在水轮架上连接有水轮，在位于每个外侧套管外侧的横轴上设置有能够与外侧套管靠紧配合的外侧控制板，在每个横轴上套有弹簧，弹簧的一侧靠在所述的内侧套管上并且其另一侧靠在设置在横轴上的内侧控制板上，主轴的底部连接有轴承，在至少三个拨水器的外侧设置有多个构成圆环状的底座，底座的上下侧分别通过连接杆与主轴和轴承相连。采用本曝气机可根据风速自动调节，可在曝气机工作范围内保持较好的曝气效果。
文档编号C02F7/00GK102225810SQ201110085418
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者尤学一, 张天虎 申请人:天津大学