CN109197744B - 不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，属于解决海洋缺氧技术领域；两个潮汐泵置于不倒翁式的装置，使装置在海底时始终有一个泵保持直立，该装置结构简单、设计灵活，潮汐泵由一段90°的弯管和一段垂直管组成，弯管部分的导流板能够使泵口始终朝向流的方向，水平的潮汐流通过弯管形成下降流以缓解养殖区的缺氧现象，为底栖生物提供足够氧气。
Description
技术领域
本发明涉及解决海洋缺氧技术领域，尤其涉及一种养殖区潮流泵增氧装置。
背景技术
近几十年来，受人类活动的影响，水体富营养化逐年加剧，致使近海岸底层水体缺氧现象呈不断上升趋势。海洋中的溶解氧是重要的生源要素参数，也是海洋生态系统得以维持发展的关键因子。通常定义水体中的DO浓度＜2mg/L为缺氧状态，当水体中DO浓度＞2mg/L时，为缺氧状态，海洋中大部分水生生物将面临死亡。
水体缺氧严重危害河口、近海环境，缺氧事件会降低海洋物种多样性，改变海洋生物的群落结构，减少鱼类和底栖动物的丰富度，从而影响渔业生产，带来直接或间接的经济损失。如烟台的养马岛近200公里的海域因为季节性缺氧，造成海参大规模死亡，每年的经济损失达几亿元。
海洋缺氧事件不但影响海洋生物化学过程，而且也会改变全球的碳氮循环，从而对整个生态系统产生严重危害。海洋的缺氧现象已经在全球愈演愈烈，引起科学家们的高度重视，如何解决缺氧问题成为当今海洋领域研究的热点之一。
目前现有的科学家提出的解决缺氧问题的方法有深层注水、气泡发生器和密度流发生器等，但是这些方法的不足之处在于需要耗能，而深水海域很难解决能源问题，且这些装置大都比较庞大，使用起来不灵活。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，可以实现在养殖区利用潮流泵实现增氧，解决底层海水缺氧问题，为底栖生物提供足够氧气，且装置设计灵活、结构简单。
为了达到上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：一种不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，包括：第一潮汐泵、第一导流板、第二潮汐泵、第二导流板、第一固桩架、第二固桩架、第三固桩架、固桩钉；其中，所述第一潮汐泵和第二潮汐泵的结构相同，均由一段90°的弯管和一段垂直下降流管相连通而成，第一导流板固定在第一潮汐泵的弯管上，第二导流板固定在第二潮汐泵的弯管上；第一固桩架的一端与第二固桩架的一端固定连接，第二固桩架的另一端与第三固桩架一端固定连接，第一固桩架、第二固桩架和第三固桩架相互垂直，第一固桩架与第二固桩架所在平面的下表面布置若干固桩钉，第二固桩架与第三固桩架所在平面的下表面也布置若干固桩钉；第一潮汐泵的垂直下降流管套装在第一固桩架中且与第一固桩架转动连接，第二潮汐泵的垂直下降流管套装在第三固桩架中且与第三固桩架转动连接。
进一步的，所述垂直下降流管上卡有卡箍。
进一步的，所述第一潮汐泵、第一导流板、第二潮汐泵和第二导流板的材料均为PVC。
进一步的，所述第一固桩架、第二固桩架、第三固桩架的材料均为不锈钢。
进一步的，所述固桩钉的材料为45钢。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明结构简单，抗干扰性强，使用可靠，且易于安装和拆卸。
2、本装置操作简单，没有复杂的操作步骤。
3、潮汐泵可以产生人工下降流，缓解海底缺氧问题。
4、两个潮汐泵置于第一固桩架、第二固桩架以及第三固桩架连接构成的不倒翁式的架子两端，使装置在海底时始终有一个泵保持直立。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是本发明的潮汐泵的物理机理示意图；
图4是本发明的实验结果曲线图；
图中：第一潮汐泵1、第一导流板2、第二潮汐泵3、第二导流板4、第一固桩架5、第二固桩架6、第三固桩架7、固桩钉8、弯管9、垂直下降流管10、卡箍11。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有的实施方式。相反，它们仅是与如所附中权利要求书中所详述的，本发明的一些方面相一致的装置的例子。本说明书的各个实施例均采用递进的方式描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明实施例提供一种不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，包括：第一潮汐泵1、第一导流板2、第二潮汐泵3、第二导流板4、第一固桩架5、第二固桩架6、第三固桩架7、固桩钉8；其中，所述第一潮汐泵1和第二潮汐泵3的结构相同，均由一段90°的弯管9和一段垂直下降流管10相连通而成，第一导流板2固定在第一潮汐泵1的弯管9上，第二导流板4固定在第二潮汐泵3的弯管9上；第一固桩架5的一端与第二固桩架6的一端固定连接，第二固桩架6的另一端与第三固桩架7一端固定连接，第一固桩架5、第二固桩架6和第三固桩架7相互垂直，第一固桩架5与第二固桩架6所在平面的下表面布置若干固桩钉8，第二固桩架6与第三固桩架7所在平面的下表面也布置若干固桩钉8；第一潮汐泵1的垂直下降流管10套装在第一固桩架5中且与第一固桩架5转动连接，第二潮汐泵3的垂直下降流管10套装在第三固桩架7中且与第三固桩架7转动连接。
进一步的，所述垂直下降流管10上卡有卡箍11，第一潮汐泵1上的垂直下降流管10的卡箍11卡在第一固桩架5的外端处，卡箍11用于防止第一潮汐泵1从第一固桩架5中掉出来。第二潮汐泵3上的垂直下降流管10的卡箍11卡在第三固桩架7的外端处，卡箍11用于防止第二潮汐泵3从第三固桩架7中掉出来，如图2所示。
进一步的，所述第一潮汐泵1、第一导流板2、第二潮汐泵3和第二导流板4的材料均为PVC。
进一步的，所述第一固桩架5、第二固桩架6、第三固桩架7的材料均为不锈钢。
进一步的，所述固桩钉8的材料为45钢。
潮汐泵的下降流速主要取决于潮汐流速、相对密度差异。该装置采用不倒翁式的结构以保证总有一个潮汐泵下降流管能够始终直立，使弯管部分能始终保持水平，装置上的固桩钉8用于减少固桩架与海岸的接触面积，防止整个固桩架的地面与海岸接触，从而减少对底栖生物的伤害，弯管处的导流板的作用是使泵口始终朝向流的方向。
理论可行性验证：
如图3是潮汐泵的物理机理示意图，当流通过潮汐泵的弯管入口时，由于阻塞效应，水平流速下降。根据伯努利原理，这种减速会增加入口处的静压，如果足够大将克服分层，驱动潮汐泵中的下降流。在不考虑流场的详细结构时，能量守恒定律(公式(1))在湍流管流的工程分析中得到广泛应用。水平流的动能应足够大以保证连续的下降流，其中分子粘度和湍流涡流消耗了下降流的剩余动能。
max(hk-hρ,0)＝hf (1)
其中，hk是动水头，hρ是密度差头，hf是流体运动头损失。
可以通过相似原理从泵的物理模型来研究泵的下降流能力，从而减少实验时间和费用，相似性是基于控制流场动态的特征无量纲数，包括几何相似和动力相似两种。几何相似性要求以共同的比例缩放原型中所涉及的所有维度，以便在原型到模型的转换中不发生流结构的变形。缩放尺寸包括管子直径D，管长L，弯曲半径R，平均水平面h0，跃层深度h0-h2以及泵在跃层以下的浸入长度h1。
其中，下标m和p分别指模型和原型，r指的是从模型到原型的比例，h2是密集底水的特征长度，Dr设计为80:1，考虑到实验中水深的限制。
在人工下降流中，分层阻力和惯性力占主导，而剩余力相对较小。这两种主力的比值是无量纲的Richardson数，表明水平流动条件下分层的动态重要性。
其中，Ri是无量纲的Richardson数,U是水平流的流速，
是流体中的相对密度差的比例，g是重力加速度，H是跃层以下的浸入长度。Ri可以表示为密度差头与动能头之比的一半，动态相似性可以通过将该值与模型和原型相等来实现。
其中，vh是上弯入口处的水平流速，ρi和ρo分别是跃层以上和以下的水的密度。
模型和原型之间可以相互转换有关下降流基本特征的所有变量，例如原型中的下降流量Qd是通过在模型中用以下系数乘以模型来实现的。
通过与图4所示的实验结果的对比，验证了理论模型的正确性，自变量是无量纲的Richardson数Ri，因变量是下降流的动水头和入射动水头的比值，表示下降流的相对强度。这两个变量之间的关系可以通过
写入等式(6)。
其中，ξt是跟雷诺数和泵的几何形状有关的总损失系数，它受雷诺数影响很小，几乎恒定为一个常数1.33。由于相似性，原型中的这种关系应该遵循比例模型。实验结果与理论基本吻合，原理上具有负偏差，在实践中证实了该潮汐泵模型预测下降流的有效性。
Claims (5)
1.一种不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，其特征在于，包括：第一潮汐泵、第一导流板、第二潮汐泵、第二导流板、第一固桩架、第二固桩架、第三固桩架和固桩钉；其中，所述第一潮汐泵和第二潮汐泵的结构相同，均由一段90°的弯管和一段垂直下降流管相连通而成，第一导流板固定在第一潮汐泵的弯管上，第二导流板固定在第二潮汐泵的弯管上；第一固桩架的一端与第二固桩架的一端固定连接，第二固桩架的另一端与第三固桩架一端固定连接，第一固桩架、第二固桩架和第三固桩架相互垂直，第一固桩架与第二固桩架所在平面的下表面布置若干固桩钉，第二固桩架与第三固桩架所在平面的下表面也布置若干固桩钉；第一潮汐泵的垂直下降流管套装在第一固桩架中且与第一固桩架转动连接，第二潮汐泵的垂直下降流管套装在第三固桩架中且与第三固桩架转动连接；第一潮汐泵和第二潮汐泵置于第一固桩架、第二固桩架以及第三固桩架连接构成的不倒翁式的架子两端，使不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置在海底时第一潮汐泵或第二潮汐泵的垂直下降流管始终直立、弯管始终保持水平。
2.根据权利要求1所述的不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，其特征在于，所述垂直下降流管上卡有卡箍。
3.根据权利要求1所述的不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，其特征在于，所述第一潮汐泵、第一导流板、第二潮汐泵和第二导流板的材料均为PVC。
4.根据权利要求1所述的不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，其特征在于，所述第一固桩架、第二固桩架、第三固桩架的材料均为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的不倒翁式养殖区潮流泵增氧装置，其特征在于，所述固桩钉的材料为45钢。
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