本发明属于水体交换设备技术领域，具体涉及一种由风能驱动的水体垂向交换装置。
背景技术：
天然水体垂向速度非常小，同时由于受到温度或盐度分层的影响，水体(物质)在垂向上的交换主要依赖于扩散过程，时间缓慢、效率低。在一些缺少水平方向交换动力的水域，如内陆湖泊、养殖池塘等相对封闭水域，以及水平方向交换动力不强的海岸地区的泻湖、半封闭港池、闸下河口等水域，水体长时间滞留，水体(物质)垂向交换对于改善水质环境尤其重要。水体中的溶解氧，是衡量水质的一个重要指标，影响水体中生物生长环境。天然水体中溶解氧的浓度分布是表层高，沿水深越往下，浓度越低。为了改善底部水体的水质环境，目前使用的方法主要有：(一)利用电能使水体的上、下层进行交换；(二)利用波浪能向下层水体中进行充氧，增加水体中溶解氧的含量；(三)利用电能向下层水体进行充氧，增加水体中溶解氧的含量。现有方法中，利用电能加强水体交换或直接充氧的方法，依赖于电能设施和电能输入，且没有达到绿色环保的要求。利用波浪能的转置，主要适用于开敞的、波浪能较为集中的海域，在小型湖泊、养殖池塘内适用性较差。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水体垂向交换装置，以风能为驱动，增加水体垂向交换，改善水质。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种水体垂向交换装置，其特征在于：包括风能接收组件、传动组件、输出组件以及与输出组件连接的支撑组件；所述风能接收组件包括横向设置的横向连杆以及与横向连杆垂直设置的风轮叶片；所述输出组件包括底部叶片以及竖直设置的底部支杆，底部叶片与垂直方向成小于45°角设置于所述底部支杆上；所述传动组件通过驱动方向变换组件与横向连杆传动连接，传动组件与底部支杆传动连接，所述支撑组件与底部支杆连接，并且支撑组件固定于水底；所述风轮叶片带动横向连杆转动，通过驱动方向变换组件带动传动组件转动，传动组件带动底部叶片在水体底部进行转动。
进一步地，所述风轮叶片通过轮毂与横向连杆连接，并且所述轮毂设置为单向传动。
进一步地，所述驱动方向变换组件为锥形齿轮，所述锥形齿轮将横向连杆的横向转动转换为传动组件的竖向转动。
进一步地，所述传动组件包括转动轮、变速齿轮、第一传动轮、第二传动轮和竖直设置的竖向支杆，竖向支杆一端连接所述锥形齿轮，另一端支撑于转动轮上，并且与发条的一端连接，发条的另一端连接于转动轮上；转动轮与变速齿轮啮合，带动变速齿轮转动；变速齿轮通过驱动第一传动轮，带动第二传动轮转动；所述底部支杆的上端与第二传动轮连接，由第二传动轮带动底部支杆转动，从而驱动底部叶片转动。
进一步地，所述变速齿轮的位置能够调节，通过调节变速齿轮的位置设置不同的底部叶片转动速度。
进一步地，所述风轮叶片设置于横向连杆的一端，横向连杆的另一端设置尾翼。
进一步地，所述横向连杆上设有转动限制器。
进一步地，所述底部支杆上设置至少两个底部叶片，并且底部叶片交错对称设置于底部支杆上。
进一步地，所述底部支杆上设有安装孔，利用螺丝将底部叶片的一端固接于安装孔中，使得底部叶片连接于底部支杆上。
进一步地，所述底部支杆的长度能够调节。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明所提出的一种水体垂向交换装置，利用风能带动传动装置，将风能蓄为发条的势能，通过变速齿轮、传动齿轮，将发条势能均匀输出为底部叶片的转动，其转动速度可控、可调，从而实现了利用风能自动增加水体的垂向交换。此外，在底部支杆上通过设置不同位置、不同数量的底部叶片，可以适用于不同水深、不同交换要求的水域。
(2)本发明所提出的一种水体垂向交换装置，结构简单，所依靠的风能为绿色、环保、可再生能源，运行中无需消耗其它能源，绿色环保、经济性好且无二次污染。相较于目前大部分采用的电能输入的方式，本发明装置节约了能源和经济投入。尤其在一些封闭及半封闭水域等波浪能不足的水域，弥补了波浪能驱动装置的不足，提高了水体交换效果。
附图说明
图1是本发明一个实施例的水体垂向交换装置结构示意图；
图2是本发明一个实施例的水体垂向交换装置侧视结构示意图；
图3是本发明一个实施例的传动组件示意图；
图4是本发明一个实施例的发条结构示意图；
图5是本发明一个实施例的多个底部叶片设置示意图。
附图标记：11.横向连杆；12.风轮叶片；13.轮毂；14.转动限制器；15.尾翼；21.底部叶片；22.底部支杆；23.安装孔；31.锥形齿轮；32.转动轮；33.变速齿轮；34.第一传动轮；35.第二传动轮；36.竖向支杆；37.发条；41.底部支座；42.固定栓钉；50.圆筒。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1、图2所示，本发明提出了一种水体垂向交换装置，包括传动组件、风能接收组件、输出组件以及与所述输出组件连接的支撑组件。风能接收组件将风能转换为动能，传动组件将动能传递至输出组件，由输出组件带动水体进行垂直方向的交换，所述支撑组件固定于水体底部，使得整个装置在工作过程中保持稳固。其中：
所述风能接收组件包括横向设置的横向连杆11以及与所述横向连杆11垂直设置的风轮叶片12。优选地，风轮叶片12与横向连杆11之间通过轮毂13连接，轮毂13带动转置设置为单向，当风轮叶片12随风朝相反方向转动时为空转，横向连杆11不转。优选地，所述风轮叶片设置于所述横向连杆的一端，所述横向连杆的另一端还可以设置尾翼15，使得风轮叶片12根据风向调整方向，确保风轮叶片12能够正对着风向。
此外，在所述横向连杆11上可以设置转动限制器14，当风能输入饱和时，转动限制器14将阻断横向连杆11将转动动能传递给传动组件，横向连杆11连接的风轮叶片12将是空转，使得风能不能输入，以保护传动组件。
所述输出组件包括底部叶片21以及竖直设置的底部支杆22，所述底部叶片21与垂直方向成小于45°角设置于所述底部支杆22上，使得底部叶片21在水体中转动时，产生向上的交换动力，驱动水体垂向进行交换。
所述传动组件通过驱动方向变换组件与所述横向连杆11传动连接，所述驱动方向变换组件将横向连杆11的横向转动转换为传动组件的竖向转动。所述传动组件与底部支杆22传动连接，将动能传递至底部支杆22，最终由底部支杆22带动底部叶片21进行转动。优选地，所述驱动方向变换组件可以为锥形齿轮31，通过两个锥形齿轮31组合将所述横向连杆11的横向转动转换为所述传动组件的竖向转动。
所述支撑组件包括底部支座41和底部支座41下方的固定栓钉42，所述底部支座41支撑底部支杆22连接，所述固定栓钉42插入水底基床中，使得底部支座41固定于水底，从而保证整个装置的稳定。
所述风轮叶片12位于水面之上，当风带动风轮叶片12转动时，风轮叶片12进一步带动所述横向连杆11转动，通过所述驱动方向变换组件带动所述传动组件转动，所述传动组件带动所述底部叶片21在水体底部进行转动。
此外，为了延长本发明装置的使用寿命，保护内部结构不受外部环境的侵蚀，可以在整个装置的外部设置一个圆筒50，圆筒50的材料可以为耐腐蚀的金属或者其他材料。
在本发明的一个实施例中，参照图3所示，所述传动组件包括转动轮32、变速齿轮33、第一传动轮34、第二传动轮35和竖直设置的竖向支杆36。
所述竖向支杆36一端连接所述锥形齿轮31，锥形齿轮31将横向连杆11的横向转动转换为竖向支杆36的竖向转动。参照图4所示，所述竖向支杆36的另一端支撑于转动轮32上，并且与转动轮32上设置的发条37的一端连接，而发条37的另一端连接于所述转动轮32上。竖向支杆36转动时，将带动发条37旋转，拧紧，将动能转换为发条37的势能，通过释放发条37的势能带动转动轮32进行转动。
所述转动轮32与所述变速齿轮33啮合，转动轮32转动时带动变速齿轮33转动，其中，变速齿轮33的位置可以调节，通过调节变速齿轮33的位置可以根据需要设置不同的输出转动速度，最终控制底部叶片21的转动速度。
所述第一传动轮34与第二传动轮35啮合，所述变速齿轮33通过驱动所述第一传动轮34，进而带动第二传动轮35转动。而底部支杆22的上端与所述第二传动轮35连接，第二传动轮35转动时，带动底部支杆22进行转动，最终驱动所述底部叶片21转动。
当风轮叶片12获得风能后，将风能转换为动能，动能通过横向连杆11由锥形齿轮31传给竖向支杆36，然后再通过竖向支杆36传给发条37变为势能，发条37释放势能带动转动轮32转动将动能传给变速齿轮33，变速齿轮33又通过两组传动轮(34、35)将动能传给底部支杆22，最终将动能传给底部叶片21。底部叶片21在水体底部进行转动，进而使水体产生向上的输送动力，从而引起水体的上、下层交换。
在本发明的另一个实施例中，参照图5所示，底部支杆22可以设置为组装型，标准可设为1m、2m、5m、10m等，根据水深需要进行增减，从而改变底部支杆22的长度。底部支杆22上可以设置安装孔23，采用螺丝将底部叶片21的一端固定于安装孔23中，从而使得底部叶片21连接于底部支杆22上。此外，可以在底部支杆22上的不同位置，设置多个叶片安装孔23，安装多个底部叶片21。当布置多个底部叶片21时，底部叶片21为交错对称布置。底部叶片21数量和位置，根据水深和实际需要进行设置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。