一种风光互补的扰动控藻装置

摘要

本发明公开了一种风光互补的扰动控藻装置。本发明中的风光互补发电系统位于浮板的上方，直接将湖泊或河道表面的风和光转化成电能，并作为电机的原动力；电机固定在浮板上部，浮板通过固定组件与扰动叶片的顶部连接；扰动叶片上端直接安装在电机的输出端，下端自由沉入水体中；借助重力作用，扰动叶片沿铅锤方向悬挂于水体中；速度传感器与扰动叶片的中心轴线平行设置，用于实时监测叶片周围水体的垂向运动速度；控制系统一端与速度传感器直接相连，另一端与电机相连，用于控制叶片的垂向扰动速度。本发明直接采用绿色能源作为驱动力无任何污染、结构简单、操作方便等优点。

权利要求

1.一种风光互补的扰动控藻装置，包括风光互补发电系统、电机、扰动叶片、速度传感器、控制系统、浮板、锚及固定组件；其特征在于：所述的风光互补发电系统位于浮板的上方，直接将湖泊或河道表面的风和光转化成电能，并作为电机的原动力；所述的扰动叶片为双螺旋结构，两个完全相同的螺旋线对称分布，螺旋升角为：2°30°，螺旋角：2°45°，双螺~ ~旋结构的长度为：2 8 m，单个螺旋结构的水平宽度为：0.5 cm 20 cm，两个螺旋结构之间通~ ~过刚性连接物相连，其水平距离为：1 cm 10 cm；相邻两个双螺旋结构中轴线之间的水平距~离为：1 m 5 m；所述的电机固定在浮板上部，浮板通过固定组件与扰动叶片的顶部连接；所~述的扰动叶片上端直接安装在电机的输出端，下端自由沉入水体中；借助重力作用，扰动叶片沿铅垂方向悬挂于水体中；所述的速度传感器与扰动叶片的中心轴线平行设置，用于实时监测叶片周围水体的垂向运动速度；所述的控制系统一端与速度传感器直接相连，另一端与电机相连，用于控制叶片的垂向扰动速度。

2.根据权利要求1所述的一种风光互补的扰动控藻装置，其特征在于：所述的速度传感器的轴线与扰动叶片中轴线间的垂直距离为：0.5 m 3 m。

~

3.根据权利要求1所述的一种风光互补的扰动控藻装置，其特征在于：所述的风光互补发电装置中的太阳能电池板与光传感器相连，能自动调整太阳能电池板的倾斜角度，任意时刻太阳能电池板与太阳光方向垂直。

4.根据权利要求1所述的一种风光互补的扰动控藻装置，其特征在于：所述的控制系统位于控制箱内，其中的控制器具有远程通讯功能，能将数据实时传输到远程操作端，实现系统的实时检测；同时，根据预设程序，调整装置中扰动叶片的转速和工作时间；控制箱通过连接物体固定在浮板上方，与水面的垂直距离为：1 1.5 m。

~

5.根据权利要求1所述的一种风光互补的扰动控藻装置，其特征在于：所述的电机为步进电机，其转速区间为：0 200 r/min。

~

说明书

一种风光互补的扰动控藻装置

技术领域

[0001] 本发明属于水环境领域中抑制藻类生繁相关的研究领域，具体涉及一种适用于大、中型湖泊或者河道的扰动控藻装置。

背景技术

[0002] 风光互补扰动控藻装置，在水环境领域中是一种抑制藻类生繁的专业设备。其工作原理是：通过增加水体的垂直紊动，将真光层中的藻类驱赶至暗光层或者弱光区域。藻类由于光照条件的限制，直接影响其生长和繁殖的固有规律，造成众多藻类失去活性甚至消亡，进而，达到抑制藻类生长和繁殖的目的。

[0003] 传统抑制藻类的生繁装置，大都是通过增加水体的垂向扰动来实现，但是由于这些装置本身存在能耗大、工作效率低和维护困难等问题，一直没有将其应用于大、中型湖泊（水库）和河道之中。此外，传统的扰动控藻装置一般都采用动力电，存在较大的安全隐患。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种适用于大、中型湖泊的风光互补的扰动控藻装置。

[0005] 本发明包括风光互补发电系统、电机、叶片、速度传感器、控制系统、浮标及附件和锚及其固定组件，其特征在于：所述的风光互补发电系统位于浮板的上方，直接将湖泊或河道表面的风和光转化成电能，并作为电机的原动力；所述的电机固定在浮板上部，浮板通过固定组件与扰动叶片的顶部连接；所述的扰动叶片上端直接安装在电机的输出端，下端自由沉入水体中；借助重力作用，扰动叶片沿铅垂方向悬挂于水体中；所述的速度传感器与扰动叶片的中心轴线平行设置，用于实时监测叶片周围水体的垂向运动速度；所述的控制系统一端与速度传感器直接相连，另一端与电机相连，用于控制叶片的垂向扰动速度。

[0006] 进一步说，所述的叶片为双螺旋结构，单个叶片的特征在于：两个完全相同的螺旋线对称分布，螺旋升角（Φ）为：2°≤Φ≤30°，螺旋角（β）：2°≤β≤45°，双螺旋结构的长度为：2 m 8 m，单个螺旋结构的水平宽度（B）为：0.5 cm≤B≤20 cm，单个螺旋叶片的厚度（H）~为：0.1 mm≤H≤10 mm；叶片组的特征在于：两个螺旋叶片之间通过刚性连接物相连，一个双螺旋结构内两个叶片间的水平距离（S）为：1 cm≤S≤10 cm；相邻两个双螺旋结构中轴线之间的水平距离（L）为：1 m≤L≤5 m。

[0007] 进一步说，所述的速度传感器均匀分布在叶片的周围，与叶片轴线间水平截面的直径（D）：0.5 m≤D≤3 m，以方便监测叶片周围水体的垂向流速。

[0008] 进一步说，所述的风光互补发电装置，其特征在于：太阳能电池板与光传感器相连，能自动调整太阳能电池板的倾斜角度，任意时刻电池板与太阳光方向垂直。

[0009] 进一步说，所述的控制系统，其特征在于：控制箱内的控制器具有远程通讯功能，能将数据实时传输到远程操作端，实现系统的实时检测。同时，根据预设程序，调整控藻装置中双螺旋叶片的转速和工作时间。控制箱通过连接物体固定在浮板上方，与水面的垂直距离为：1 1.5 m；~

[0010] 进一步说，所述的电机，其特征在于：小型步进电机，其转速区间为：0 200 r/min。~

[0011] 本发明的有益效果：具有结构简单、操作方便、绿色无污染等优点。

附图说明

[0012] 图1：装置的整体图。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图对本发明作进一步描述。

[0014] 如图1所示，一种适用于湖泊、河道的风光互补扰动控藻装置，主要包括：风光互补发电系统1；电机7；扰动装置5；速度传感器6；控制系统2；浮板及附件3；锚及其固定组件4。电机安装于浮板上，通过锚及固定组件将浮板等固定在湖泊或河道表面。扰动装置安装于浮板下部，风光互补发电系统1为电机提供原动力。通过速度传感器实时监测双螺旋结构的转速，并将测量结果反馈给控制箱，经预设程序动态调整叶片的转动速度。

[0015] 扰动装置安装于浮板下部，通过锚及其组件将整个装置固定在水体中，叶片扰动，而带动水体产生垂直方向的扰动。当垂向扰动速度大于 2 mm/s时，藻类会随着水流沉入水体底部的弱光区或者无光区，进而，降低藻类的生繁速度。所述扰动装置的叶片为双螺旋结构，其特征在于：两个完全相同的叶片按照螺旋线规律分布，螺旋升角（Φ）为：2°≤Φ≤30°，螺旋角（β）：2°≤β≤45°，双螺旋结构的长度为：2-8 m，单个螺旋结构的水平宽度（B）为：0.5 cm≤B≤20 cm，单个螺旋叶片的厚度（H）为：0.1 mm≤H≤10 mm。单个螺旋线的几何参数保证了扰动面积可以有效增加，为增大叶片的扰动强度，叶片需成组布置，一组内两个叶片间的水平距离（S）为：1 cm≤S≤10 cm；同时由于水体流动的连续性，一个双螺旋结构可以带动一定区域水体的垂直扰动，所以相邻两个双螺旋结构中轴线之间的水平距离（L）为：1 m≤L≤5 m。

[0016] 具体表述为：1、叶片作为水体扰动的驱动机构，水体垂向流动围绕叶片展开，并逐渐向其周围扩散。单个螺旋叶片的升角和旋转角及其水平宽度均对其扰动速度和流场有重要影响，所以结合水体中藻类的分布特性和结构特征，叶片的升角和螺旋角需做部分调整。同时，结合水质特性，一组内两个叶片之间与各组叶片之间的距离都要作对应的调整。2、由于水质会对水体透光度产生重要影响，根据不同水体具体调节双螺旋结构的长度，以覆盖水体的可见光区。如水体的透光度5 m，单个螺旋结构的垂向长度就定义为4-6 m；3、由于受水生物等多种因素的影响，螺旋叶片的强度要求各不相同，所以叶片的厚度需根据实际工况进行改变。

[0017] 所述的锚固定组件主要包含四个大小相同的锚及组件，锚均匀分布在浮板支撑结构的周围，以固定浮板。控制箱通过连接物体固定在浮板上方（距离水面1 1.5 m）处。~

[0018] 自动控制箱可以显示双螺旋扰动叶片的转速、周围水体的垂向紊动速度和工作时间，并且可编程控制。同时，控制箱内的控制器具有远程通讯功能，能够将数据传送到远程控制端，实现整个系统的数据的实时反馈。其工作的过程中，传感器实时监测数据，将所检测到的实测数据与设定值进行比较并通过PID计算，从而改变叶片的旋转速度，进而调节周围水体的垂向扰动速度和工作时长。当整个装置布置在深水湖中的时候，所述的速度传感器与叶片轴线间水平截面的直径（D）：0.5 m≤D≤3 m，以方便监测叶片周围水体的垂向流速。

[0019] 所述的风光互补发电装置作为扰动控藻装置的动力源，采用现有成熟的风光互补发电装置为扰动控藻装置提供源动力。

[0020] 通常情况下，由于夏秋季节温度较高，光照时间较长，因而，动植物生长较快，水体中藻类的生繁速度也最大。因而，一般是在夏秋季节进行扰动。首先，测量出水体中藻类的含量和组份。接着，分析水体藻类的生活特性。根据水体紊动的扩散规律。最后，编写控制程序，搭建控制电路。

[0021] 水体紊动仪安装于叶片的周围，实时将测量数据反馈到自动控制箱中。当水体的垂向紊动速度低于预设值时，根据程序的预设值，控制箱驱动叶片的转速和开启时长。当水体的垂向紊动速度高于预设定值时，电机关闭，叶片停止转动。