一种湖泊表层水引流器装置

1.本发明属于市政工程领域，涉及了一种深水型湖泊底层水质修复和改善装置，尤其适用于改善由热分层效应引起的深水型湖库水质恶化。本装置能够通过压力气体作为能源，将表层水体向下引入湖库底层，利用表层水体和底层水体的水质差异，修复底层受污染的超标水质，扰动或破坏水体的物理分层，以期达到从根本上破坏热分层结构，防止深水型湖库内源性污染的目的。


背景技术：

2.深水型湖库水面广阔，水流缓慢，其热分层多发生在气温较高的夏季。表层水体由于受到高温的辐射，水温升高较快，密度下降，但同期底层水体由于所受辐射较少，水温较表层水体低，密度较大，因此在水体的垂直方向上出现了水体的稳定分层结构，在此状态下，能量交换和物质迁移受到抑制，使得不同水层具有不同的水环境状态。在热分层的影响下，表层水体ph值较高、溶解氧含量较大，水质较好。而底层水体溶解氧浓度较低，沉积物中的污染物质在此缺氧还原环境中容易向底层水体释放，引起湖库底层水质恶化，其下泄水进一步影响下游河道水质和生态安全。因此，如破坏水体的稳定物理分层，必然会改善底层水体水质。
3.目前针对水体热分层现象的处理，多数是用扬水曝气法，其原理为利用压缩空气形成气弹，将底层水体推升至表层，被提升的底层水与表层水混合后向四周扩散，在表层完成了上下水层间的循环混合。扬水曝气装置大部分是固定于曝气池底部，浸入水中的机械部件容易腐蚀，并且功率高，所以其能耗大、效率较低。同时该装置通过气弹进行深度曝气处理，而气弹所带出的水量有限且过程中会有损耗，实际用于水体交换的水量较少，破坏热分层效果能力差。除此之外，该装置是将底层水体带至表层水体，即消耗外界能量将水从低势能向高势能运输，没有较好地利用表底层水体的势能差。因此，除有必要采取一定的人工强制混合结构设计措施破坏水体热分层稳定性、增加水体混合深度以平衡水体中各层水中溶解氧浓度之外，同时应改进传统装置的复杂性高、效率低的缺点。


技术实现要素：

4.本发明是针对目前曝气装置存在的上述问题，提供一种悬浮式、可移动，能够加强水、气混合，利用表底层水势能差及其水质差将表层水体引入湖库底层以增加水体溶氧量，利用压缩气体破坏扰动水体物理分层结构，进而改善水体热分层现象的湖泊表层水引流器装置。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现。
6.一种湖泊表层水引流器，包括位于外侧的浮筒，内侧的气水交换室，位于本发明上部的进水管，出气管，位于本发明下部的进气管，出水管；其中浮筒和气水交换室皆为中空密封长方体；进水管，出气管，进气管，出水管皆为中空圆短管，所述的进水管和出水管的管径相等。
7.所述的浮筒由左筒壁，右筒壁，前筒壁，后筒壁，筒盖，筒底构成，其中筒盖中心处开有进水管口和出气管口，筒底中心处开有出水管口和进气管口。
8.所述的气水交换室由上器盖，下器底，左器壁，右器壁围挡组成，所述的上器盖，下器底，左器壁，右器壁，前器壁，后器壁为矩形薄板，其中上器盖中心处开有进水口和出气口，下器底中心处开有出水口和进气口；所述的进水管、出气管的底端分别与进水口和出气口密封连接，其上端伸出进水管口和出气管口并与二者分别密封连接；所述的进气管，出水管的顶端分别与出水管口和进气管口密封连接，其下端伸出出水管口和进气管口并与二者分别密封连接。
9.气水交换室位于浮筒的中心内外器壁之间连接固定支架；上器盖和下器底的中心分别设置有上固定凹槽和下固定凹槽，所述的上固定凹槽和下固定凹槽为“回”字型矩形结构；在上固定凹槽和下固定凹槽的中心连接有滑杆，其上端与上器盖中心固定连接，其下端与下器底固定连接，在滑杆外侧设有上套管，下套管，上套管位于下套管的下侧，二者通过伸缩弹簧连接，上套管的上端和下套管的下端分别连有上控制罩和下控制罩；所述的上控制罩和下控制罩分别为卧式摆放的两端密封的半中空圆柱体，其剖切面周边尺寸与上固定凹槽和下固定凹槽的尺寸吻合；上套管和下套管与滑杆之间的空隙分别设置有上密封胶圈和下密封胶圈。
10.在滑杆中空的内部上端开有内自锁孔，同时在上套管靠近顶端处开有外自锁孔，内自锁孔和外自锁孔的孔径相等；在内自锁孔内突出有自锁柱，所述的自锁柱为实心圆柱结构，其左端为半球形，其右端位于滑杆的腔体内，并与弹片的上端紧密连接，所述的弹片为长条形金属薄片其下端与滑杆的内壁紧密连接，同时自锁柱的右端中心部位连接有牵引绳，所述的牵引绳为强度较好无弹性的金属丝，其向右方向牵引自锁柱，并通过定滑轮控制牵引方向向下，所述的定滑轮为中间带有凹槽的微型滑轮，其中心轴固定在滑杆内壁；牵引绳向下与调节杆上部靠右位置相连，所述的调节杆为实心圆柱体，两端为半球形，其左端固定在转动轴上，并可围绕转动轴旋转，所述的转动轴前后两端分别固定在滑杆的内壁上；在滑杆右侧壁上开有调节孔，其直径为调节杆的3倍，调节杆伸出调节孔的长度为调节孔直径的四分之一，调节孔中心距下器底的距离为下控制罩内腔高度的1.2~1.4倍。
11.在上套管或下套管套有驱动板，所述的驱动板为矩形薄板，其中心开有圆形套孔，所述的圆形套孔的直径略大于上套管或下套管的直径。
12.与现有技术相比，本发明具有以下优点。
13.1．便于安装、运行和维护。本装置运行期间悬浮于表层水体，较传统深水型扬水曝气器安装位置灵活，并可根据水质实际情况快速移动，以便达到最大的运行效果，同时由于安装位置较浅，对装置的后期维护提供了比较便利的条件。
14.2．降低能耗。本装置通过压缩气体并借用表层水体的势能差而将表层水体引入深水型湖库底层，两者在湖库底层混合，完成了能量和物质的交换，较传统扬水曝气装置将底层水体扬升至表层，不旦节约了能耗，而且更有利于全面地提升底层水体水质。
15.3.工作效率高。表层水体通过压缩气体以及势能差进入底层，从而最大程度将湖库表底层水体进行混合。传统扬水曝气器是依靠压缩空气形成的气弹将垂直竖管中的水体顶托至表层，气弹与竖管间的密封情况不可控，效率低能耗大，而本装置充分利用表底层水体势能差进行水体交换，从而提升了装置的工作效率。
附图说明
16.图1为本发明一种湖泊表层水引流器装置的俯视图。
17.图2为本发明一种湖泊表层水引流器装置的侧视图。
18.图3为本发明一种湖泊表层水引流器装置的正视图。
19.图4为图1的1
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1剖视图。
20.图5为图1的2
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2剖视图。
21.图6为图1的3
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3剖视图。
22.图7为图2的4
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4剖视图。
23.图8为图2的5
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5剖视图。
24.图9为图2的6
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6剖视图。
25.图10为图5中的a点大样图。
26.图11为图5中的b点大样图。
27.图12为图6中的c点大样图。
28.图13为图6中的d点大样图。
29.图14为图7中的e点大样图。
30.图15为图8中的f点大样图。
具体实施方式
31.以下是本发明的具体实施例并结合附图1
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15，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
32.本发明包括位于外侧的浮筒1，内侧的气水交换室2，位于本发明上部的进水管3，出气管4，位于本发明下部的进气管5，出水管6。其中浮筒1和气水交换室2皆为中空密封长方体。进水管3，出气管4，进气管5，出水管6皆为中空圆短管，所述的进水管3和出水管6的管径相等。
33.所述的浮筒1由左筒壁101，右筒壁102，前筒壁103，后筒壁104，筒盖105，筒底106构成，所述的左筒壁101，右筒壁102，前筒壁103，后筒壁104，筒盖105，筒底106为矩形薄板，其中筒盖105中心处开有进水管口107和出气管口108，筒底106中心处开有出水管口109和进气管口110。
34.所述的气水交换室2由上器盖201，下器底202，左器壁203，右器壁204围挡组成，所述的上器盖201，下器底202，左器壁203，右器壁204，前器壁205，后器壁206为矩形薄板，其中上器盖201中心处开有进水口207和出气口208，下器底202中心处开有出水口209和进气口210。所述的进水管3、出气管4的底端分别与进水口207和出气口208密封连接，其上端伸出进水管口107和出气管口108并与二者分别密封连接。所述的进气管5，出水管6的顶端分别与出水管口109和进气管口110密封连接，其下端伸出出水管口109和进气管口110并与二者分别密封连接。
35.气水交换室2位于浮筒1的中心，气水交换室2的体积约为浮筒1体积的五分之四。内外器壁之间连接固定支架211，以便固定二者的相对位置并增加装置的机械强度。上器盖201和下器底202的中心分别设置有上固定凹槽212和下固定凹槽213，所述的上固定凹槽212和下固定凹槽213为“回”字型矩形结构。在上固定凹槽212和下固定凹槽213的中心连接
有滑杆214，所述的滑杆214为中空圆柱结构，其上端与上器盖201中心固定连接，其下端与下器底202固定连接，在滑杆214外侧设有上套管215，下套管216，所述的上套管215，下套管216为中空圆管结构，上套管215位于下套管216的上侧，二者通过伸缩弹簧217连接，上套管215的上端和下套管216的下端分别连有上控制罩218和下控制罩219，所述的上控制罩218和下控制罩219分别为卧式摆放的两端密封的半中空圆柱体，其剖切面周边尺寸与上固定凹槽212和下固定凹槽213的尺寸吻合，以便上控制罩218和下控制罩219能够严密地嵌入其中。上套管215和下套管216与滑杆214之间的空隙分别设置有上密封胶圈220和下密封胶圈221，在滑杆214中空的内部上端开有内自锁孔222，同时在上套管215靠近顶端处开有外自锁孔223，内自锁孔222和外自锁孔223的孔径相等。在内自锁孔222内突出有自锁柱224，所述的自锁柱224为实心圆柱结构，其左端为半球形，其右端位于滑杆214的腔体内，并与弹片225的上端紧密连接，所述的弹片225为长条形金属薄片，具有优良弹性，其下端与滑杆214的内壁紧密连接，同时自锁柱224的右端中心部位连接有牵引绳226，所述的牵引绳226为强度较好无弹性的金属丝，其向右方向牵引自锁柱224，并通过定滑轮227控制牵引方向向下，所述的定滑轮227为中间带有凹槽的微型滑轮，其中心轴固定在滑杆214内壁。牵引绳226向下与调节杆228上部靠右位置相连，所述的调节杆228为实心圆柱体，两端为半球形，其左端固定在转动轴229上，并可围绕转动轴229旋转，所述的转动轴229前后两端分别固定在滑杆214的内壁上。在滑杆214右侧壁上开有调节孔230，其直径为调节杆228的3倍，调节杆228伸出调节孔230的长度为调节孔230直径的四分之一，调节孔230中心距下器底202的距离为下控制罩219内腔高度的1.2~1.4倍。
36.在上套管215或下套管216套有驱动板231，所述的驱动板231为矩形薄板，其中心开有圆形套孔232，所述的圆形套孔232的直径略大于上套管215或下套管216的直径。驱动板231周边与左器壁203，右器壁204，前器壁205，后器壁206接触。
37.另外，本发明的主体可由厚度为1mm~2mm不锈钢板制成。外侧浮筒1的高度为800mm~1500mm,浮筒1的宽度为400~800mm；气水交换室2的高度为700mm~1300mm，其宽度为300mm~600mm。出气管4的内径为30mm~60mm、进水管3的内径为50mm~80mm、进气管5的内径为20mm~50mm；所述的滑杆214直径为25~50mm，所述的上套管215和下套管216的直径为30~60mm；所述的上控制罩218和下控制罩219直径为100~200mm;所述的伸缩弹簧217直径为50mm~60mm，高度为80mm~100mm。
38.本发明的工作原理如下所述。
39.1、装置安装。气水交换室2内应保证上控制罩218与上固定凹槽212紧密接触，以便封住进水管3和出气管4，同时下控制罩219与下固定凹槽213分离，并留有一定空隙，以保证出水管6和进气管5畅通。
40.2、外部管道安装。首先将进气管5与稳压充气泵连接，出气管4与曝气盘或穿孔曝气管连接，以增加装置的曝气功能，也可以不与任何管道连接，使气体直接进入水体直接扰动水体的物理分层。
41.3、系统就位。将连接好管道的装置放入湖库中，要保证装置内部充满水的情况下，装置依就能够上浮于表层水体中，因此浮筒1排出的水量应大于装置本身的自重，为保证本装置具有良好的工作环境，建议将装置浸没于表层水体以下4~5m处，因此为使装置的工作位不发生垂直方向的移动，应在装置下部坠有重物，以便限制装置上浮。自锁柱224位于外
自锁孔223内，上控制罩218紧贴上固定凹槽212，密封进水管3和出气管4。此时下控制罩悬于下固定凹槽213的上方，即不与下固定凹槽213密封。将进水管3与软管连接，将软管的另一端置于表层水体以下1~2m处。将出水管6与软管连接，软管的另一端距底层水体2~6m。
42.4、系统启动及运行。待装置安装就位后，启动稳压充气泵，将压缩气体由进气管5输送至气水交换室2内，向下压缩驱动板231，使气水交换室2内的存水由出水管6排出装置。驱动板231继续向下推动下控制罩219，使下控制罩219沿下套管216向下移动，此时将伸缩弹簧217拉伸，下控制罩219向下移动直至内侧上壁撞击调节杆228右端，促使调节杆228绕传动轴229向下顺时针旋转，从而向下拉动牵引绳226，并使牵引绳226通过定滑轮227将自锁柱224从外自锁孔223拉入上套管215内，因此解除上控制罩218的自锁状态，使其在伸缩弹簧217的拉动下向下移动，与上固定凹槽212脱离，进水管3和出气管4打开。同时在驱动板231向下推动，下控制罩219沿下套管216向下滑动，其下边沿进入下固定凹槽213中，将进气管5和出水管6密封。此时表层水由进水管3进入气水交换室2内，随着水位的不断抬升，气水交换室2内的气体被向上挤压由出气管4排出至表层水体，在上浮过程中，对水体的稳定物理分层形成扰动和破坏。同时缓缓上升的液面推动驱动板231依次沿着下套管216、伸缩弹簧217、上套管215向上移动，直至顶托上控制罩218的下端，使上控制罩218沿着上套管215向上移动。待外自锁孔223与内自锁孔222重合时，弹片225将自锁柱224自上套管215内由外自锁孔223弹出，上控制罩218的上端边沿插入上固定凹槽212，将进水管3和出气管4密封，装置重回自锁状态，同时，下控制罩219在伸缩弹簧217的向上牵引作用下脱离固定凹槽213，进气管5和出水管6再次被打开。如此往复循环，达到水体表层与底层水的交换，破坏水体的物理分层，改善湖库底层水质的目的。
43.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。