基于气液混合切割的渔塘增氧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于气液混合切割的渔塘增氧系统，包括水泵，特征是：所述水泵的进水端通过出水管与渔塘连接，水泵的出水端通过回水管与渔塘连接；在所述回水管上设置静态螺旋切割装置。所述静态螺旋切割装置包括切割管，切割管中心设置芯轴，芯轴的进水端设置导水锥，在芯轴上设置若干片依次螺旋叠加的切割片。所述切割片上具有一个或多个叶片。述切割片沿芯轴长度方向依次螺旋叠加形成由芯轴长度方向布置的一条或多条螺旋。所述相邻两个切割片的叶片错开一定角度，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口。本实用新型能够增加水体溶氧，消耗能量极少，设备成本低，可以有效提高鱼塘中的氧气含量。
【专利说明】
基于气液混合切割的渔塘増氧系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种渔塘增氧系统，尤其是一种基于气液混合切割的渔塘增氧系统。
【背景技术】
[0002]在水产养殖中，氧气在水中的溶解量是制约放养密度和影响单位面积产量的主要因素。保证适当的溶氧量能促使鱼类摄食旺盛、生长良好、产量丰富，获得巨大的经济效益；但是溶氧量过低就会妨害鱼类生长，弓I起浮头、甚至大量窒息死亡。
[0003]自然条件下，渔塘中的氧气来源主要有两种途径:(I)水中藻类、浮游植物的光合作用，吸收CO2从而产生O2; (2)大气中氧气在水中的溶解。
[0004]研究表明:当渔塘中的含氧量在3mg/L以上时，鱼类多能正常生活;渔塘含氧量在2mg/L左右时，鱼类生活开始受到影响；如果渔塘中含氧量低于lmg/L时，许多鱼种就会感到呼吸困难，甚至停止摄食，出现浮头现象。若水中含氧量继续下降，就会导致鱼群窒息死亡。由于在自然条件下氧气在水中溶解量很少，因此若想提高渔塘中的氧气含量，必须采用人工的方法，增加池水中的含氧量。资料显示，若水中的含氧量达到了 5mg/L时，会使鱼类摄食旺盛，饲料的利用率达到最佳，生长速度大幅度提高，获得巨大的经济效益。
[0005]传统的渔塘供养方法有三种:
[0006]1、化学增氧:通过向水体中加入化学试剂，与水发生化学反应，释放氧气。但是此方法易对水中生物造成危害，且化学原料需求量大，成本高。若应用在渔塘养殖的初期，易使鱼苗出现气泡病。
[0007]2、机械增氧:主要是利用渔业机械向养殖水体中提供含氧量高的水体或通过水体与空气有效接触向水体不断补充氧气的方式来增加水体中的含氧量。但是此方法由于是单点增氧，池塘底层溶解的氧含量低，并不能有效的增加渔塘整体的含氧量;机械噪声大，不利于水中生物的生长，并且机器维修、维护成本高。
[0008]3、生物增氧:是指在宜栽植水草的养殖渔塘(如青虾、河蟹、鱼类等)种植适量的水草或人为增加水体中的浮游植物量，通过水草和浮游植物的光合作用，吸收水体中的二氧化碳，释放氧气来达到水体增氧的目的。但此种方法易造成水草疯长，影响池塘的光照度，水草腐烂上浮，造成池水恶化。
[0009]在微纳米切割领域，目前市场上已经有了一些气、液态材料微纳米化的相关设备，但基本都采用能量消耗巨大的动力旋转切割机械实现。目前国内外实现气液微纳米化的技术主要有电解、微孔膜和超高压磁化等技术。电解法制造成本高，能耗大，只适用于小规模生产。超高压磁化法的原理是水经过磁场处理后，改变水分子的径向分布函数和分子内能从而破坏氢键。最终改变水分子的团簇结构。高压磁化技术通磁处理能使水的吸光度、渗透压明显升高，水分子团簇断裂成了较小的分子团簇甚至是单个水分子。小分子水渗透性和溶解性都显著增大，然后将氧气经高压压水中，增加水中溶氧浓度。这种方法工艺成本高，水中的氧气微细气泡不稳定，不适合大规模制造使用。微孔膜法是采用聚四氟乙烯等微孔膜毛细管吸收式增氧，通过弥散的原理将氧气均匀溶入水中。纯净水在膜内通过，在膜外施加氧气。微孔膜法具有无气泡、无挥发、氧的利用率高、溶解氧具有良好的稳定性的优势。但该技术工艺复杂，设备昂贵，制造成本高。微孔膜维护困难，容易堵塞，使用寿命短，同样不适合大规模制造使用。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于气液混合切割的渔塘增氧系统，在常温常压下实现气体和水的微纳米量级的切割细化和混合，产生微纳米气泡，增强气液传质，促进空气中的氧气溶于水，从而增加水体溶氧，消耗能量极少，设备成本低，可以有效提尚鱼塘中的氧气含量。
[0011]按照本实用新型提供的技术方案，一种基于气液混合切割的渔塘增氧系统，包括水栗，特征是:所述水栗的进水端通过出水管与渔塘连接，水栗的出水端通过回水管与渔塘连接;在所述回水管上设置I个或多个静态螺旋切割装置。
[0012]进一步的，所述静态螺旋切割装置的进口端通过法兰连接静态混合器，静态混合器连接轴向中心加气装置。
[0013]进一步的，所述静态螺旋切割装置包括切割管，切割管中心设置芯轴，芯轴的进水端设置导水锥，在芯轴上设置若干片依次螺旋叠加的切割片。
[0014]进一步的，所述切割片的中心孔与芯轴间隙配合。
[0015]进一步的，所述切割片上具有一个或多个叶片。
[0016]进一步的，所述切割片沿芯轴长度方向依次螺旋叠加形成由芯轴长度方向布置的一条或多条螺旋。
[0017]进一步的，所述相邻两个切割片的叶片错开一定角度，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口。
[0018]进一步的，所述螺旋形采用变螺距，进液端的螺距大于出液端的螺距，螺距由进液端向出液端逐渐减小。
[0019]进一步的，在所述出水管的进水端设置过滤装置。
[0020]进一步的，所述轴向中心加气装置包括加气头，在加气头上安装管座，管座中设置导气管，导气管与管座之间设置密封圈和密封块;所述导气管的外端通过气体连接管连接罗茨风机的出口端;在所述导气管的内端安装节流座，节流座中设置节流阀芯，节流座上设置加气孔，加气孔与加气头、切割管的轴线同轴。
[0021 ]本实用新型具有以下优点:
[0022]1、本实用新型通过无旋转动力机构的静态螺旋切割装置将氧气大分子团切割为纳米量级的小分子团物质，几乎在常温常压下将其溶于水中，溶解氧含量高、稳定性好;静态螺旋切割装置无动力旋转机构，设备成本低，易维护，极大程度的改善了传统渔塘机械增氧系统，大幅度提高了渔塘中的含氧量。
[0023]2、本实用新型所述静态螺旋切割装置可实现气液体微纳米化切割细化，气液体在切割腔XYZ三个方向均受到剪切力;流场边界为切割叶片螺旋形成的阶梯状切割刃，在一定的流动场和离心力的作用下，气水受到阶梯状切割刃的切割力，理论上可实现无限小尺度的切割。
[0024]3、本实用新型所述加气装置采用特殊设计的加气头、出气口，根据层流流体绕流圆柱体的流体力学理论分析可知，加气孔附近区域水的流速接近于0，氧气可以顺利散逸到水中，从而保证管道内的进气量，这种加气法效率高。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型所述基于气液混合切割的渔塘增氧系统的结构示意图。
[0026]图2为所述静态螺旋切割装置的结构示意图。
[0027]图3为所述切割片的示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。
[0029]如图1?图3所示:所述基于气液混合切割的渔塘增氧系统包括过滤装置1、水栗2、电机3、罗茨风机4、轴向中心加气装置5、静态混合器6、静态螺旋切割装置7、出水管8、回水管9、渔塘1、出水控制阀11、液体流量计12、回水控制阀13、压力表14、气体流量计15、进气控制阀16、气体压力表17、管座5-1、气体连接管5-2、密封圈5-3、密封块5-4、导气管5-5、加气孔5-6、节流阀芯5-7、节流座5-8、加气头5-9、导水锥7-1、切割管7-2、芯轴7-3、切割片7-4、法兰7-5、压块7-6、锁紧螺母7-7、叶片7_8等。
[0030]如图1所示，本实用新型所述基于气液混合切割的渔塘增氧系统，包括水栗2，水栗2的进水端通过出水管8与渔塘10连接，水栗2的出水端通过回水管9与渔塘10连接，在出水管8的进水端设置过滤装置1，在出水管8上设置出水控制阀11和液体流量计12;在所述回水管9上设置回水控制阀13、压力表14和静态螺旋切割装置7，静态螺旋切割装置7设置I个或多个。
[0031]如图2所示，所述静态螺旋切割装置7的进口端通过法兰7-5连接静态混合器6，静态混合器6连接轴向中心加气装置5;所述静态螺旋切割装置7包括切割管7-2，切割管7-2中心设置芯轴7-3，芯轴7-3的进水端设置导水锥7-1，芯轴7-3上设置切割片7-4，切割片7-4的作用是为了使气液混合流均，经扩散之后可以较缓慢、均匀地通过切割管7-2;在所述芯轴7-3上设置若干片依次螺旋叠加的切割片7-4，切割片7-4的中心孔与芯轴7-3间隙配合，切割片7-4由压块7-6和锁紧螺母7-7固定在芯轴7-3上;所述切割片7-4上具有一个或多个叶片7-8(图3中为4个叶片7-8)，切割片7-4沿芯轴7-3长度方向依次螺旋叠加形成由芯轴7-3长度方向布置的一条或多条螺旋，并且相邻两个切割片7-4的叶片7-8按照螺旋线方程错开一定角度，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口。所述螺旋形采用变螺距，进液端的螺距大于出液端的螺距，螺距由进液端向出液端逐渐减小。所述切割片7-4的厚度为0.08mm。
[0032]如图2所示，所述轴向中心加气装置5包括安装在切割管7-2进液端的加气头5-9，一般在加气头5-9和切割管7-2之间还安装有静态混合器5 (图2中未不出);在所述加气头5-9上安装管座5-1，管座5-1中设置导气管5-5，导气管5-5与管座5-1之间设置密封圈5-3和密封块5-4，密封块5-4通过螺母和螺钉紧固；所述导气管5-5的外端通过气体连接管5-2连接罗茨风机4的出口端，罗茨风机4由电机3驱动，在气体连接管5-2上设置进气控制阀16、气体压力表17和气体流量计15;在所述导气管5-5的内端安装节流座5-8，节流座5-8中设置节流阀芯5-7，节流座5-8上设置加气孔5-6，加气孔5-6与加气头5-9、切割管7-2的轴线同轴，同轴度小于0.1mm，可保证气体顺利散逸到水中。
[0033]本实用新型的工作原理:本实用新型所述静态螺旋切割装置7由几千片切割片按照变螺距叠加旋转而形成离散化的阶梯状螺旋曲面。利用水的自身的压力(P>0.1MPa)和流速(V>0.5m/s)，水和空气流过切割腔，由于切割腔内特殊的变螺距螺旋结构，形成流体内部x、y、z三维速度梯度的存在，因此流体内部在x、y、z三个方向上均受到剪切力；而且流体在边界面上与离散化的、厚度仅为0.08mm的切割片累叠而成的阶梯状螺旋切割刃口表面接触，假设流体不动，相当于无限多刀片的刀刃在切割流体，两个作用的合力将气液体割成微纳米量级的小分子团物质，纳米量级的氧气泡自身不断加压膨胀，最后爆裂溶于水中，极大程度的提高了水中的溶氧量。
[0034]本实用新型所述轴向中心加气装置5的出气口与加气头、切割器的轴心线同轴度小于0.1_，根据层流流体绕流圆柱体的流体力学理论分析可知，出气口附近区域水的流速接近于0，氧气可以顺利散逸到水中，实现切割器切割腔均匀加气，这种加气法效率高，切割细化均匀。加气孔附近区域由于流体的作用，会形成负压效应，气压略小于水压条件下，也可以顺利实现加气，降低了设备能耗。
[0035]采用微纳米细分子化技术，气液两相流在管道内一定的压力作用下，通过静态螺旋切割器，氧气泡被切割为微纳米量级的小气泡，由于在微纳米气泡在水中内压很大，在缓慢上升的过程中由于自增压作用爆裂溶解在水中，能够有效的提升氧气在水中的溶解量。
[0036]以10亩渔塘为例，选用额定流量为600m3/h的水栗，进出口水管径为250mm;选用额定功率为3kw的罗茨风机，气体流量为2.04 m3/min。查资料可知，氧气在常温常压下在纯净水中的溶解度为9.17mg/L。若采用普通的曝气增氧，综合考虑渔塘水中杂质含量、氧气在渔塘水中的最大溶解度、以及一切其他环境因素，最终可使渔塘水中含氧量增加甚微，且氧气在水中易逸出，不仅没有达到增氧的效果，而且浪费能源，不能有效提高渔塘的经济效益。若采用此种基于气液混合切割的渔塘增氧系统:罗茨风机每小时向轴向中心加气装置通入122.4m3的空气，其中21%是氧气，这些气体与水栗抽上来的渔塘水在轴向中心加气装置内混合，经静态混合器稳定后通入静态螺旋切割装置，理论上可将空气中的氧气全部溶于水。采用静态螺旋切割装置，每小时处理量为175t，采用上述水栗与罗茨风机，通过切割器的流量大约为700m3/h，可采用四个切割器并联使用，理论上可将局部氧气含量提高到52.5mg/L。此计算结果是在理想状态下算出，虽然由于现实条件苛刻，会使氧气含量下降，但是通过切割器后，渔塘水的氧气含量也会大幅度提尚，若将此尚氧水通回渔塘，会大幅度提尚整个渔塘的含氧量。且经由实验室测定，溶氧量为40-50mg/L的水，水中氧的利用率可达95 %以上，溶氧稳定性好，60天氧气浓度衰减率为50%。所以此系统所需的开机时间少，维持氧气含量时间长，节省了能源，提高了经济效益。同时为了减少能耗，以及保证鱼塘适宜的含氧量，可以根据鱼塘面积调节装备工作时间，避免鱼塘含氧过高，影响鱼类生长。
[0037]本实用新型所述基于气液混合切割的渔塘供氧系统，能够保证渔塘中氧气的溶解量，提高生物的存活率，保障鱼类的健康生长。本实用新型实现了气体和水的微纳米量级的切割细化和混合，消耗能量极少，制造低成本，装置简单易操作，极大程度上方便了对渔塘中氧气溶解量的控制，能够获得较好的养殖效益，增加经济收入。
【主权项】
1.一种基于气液混合切割的渔塘增氧系统，包括水栗(2)，其特征是:所述水栗(2)的进水端通过出水管(8 )与渔塘(1 )连接，水栗(2 )的出水端通过回水管(9 )与渔塘(1 )连接;在所述回水管(9)上设置I个或多个静态螺旋切割装置(7)。2.如权利要求1所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述静态螺旋切割装置(7)的进口端通过法兰(7-5)连接静态混合器(6)，静态混合器(6)连接轴向中心加气装置(5)。3.如权利要求1或2所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述静态螺旋切割装置(7)包括切割管(7-2)，切割管(7-2)中心设置芯轴(7-3)，芯轴(7-3)的进水端设置导水锥(7-1)，在芯轴(7-3)上设置若干片依次螺旋叠加的切割片(7-4)。4.如权利要求3所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述切割片(7-4)的中心孔与芯轴(7-3)间隙配合。5.如权利要求3所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述切割片(7-4)上具有一个或多个叶片(7-8)。6.如权利要求5所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述切割片(7-4)沿芯轴(7-3)长度方向依次螺旋叠加形成由芯轴(7-3)长度方向布置的一条或多条螺旋。7.如权利要求6所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述相邻两个切割片(7-4)的叶片(7-8)错开一定角度，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口。8.如权利要求7所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述螺旋形采用变螺距，进液端的螺距大于出液端的螺距，螺距由进液端向出液端逐渐减小。9.如权利要求1所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:在所述出水管(8)的进水端设置过滤装置(I)。10.如权利要求2所述的基于气液混合切割的渔塘增氧系统，其特征是:所述轴向中心加气装置(5)包括加气头(5-9)，在加气头(5-9)上安装管座(5-1)，管座(5-1)中设置导气管(5-5)，导气管(5-5)与管座(5-1)之间设置密封圈(5-3)和密封块(5-4);所述导气管(5-5)的外端通过气体连接管(5-2)连接罗茨风机(4)的出口端;在所述导气管(5-5)的内端安装节流座(5-8)，节流座(5-8)中设置节流阀芯(5-7)，节流座(5-8)上设置加气孔(5-6)，加气孔(5-6)与加气头(5-9)、切割管(7-2)的轴线同轴。
【文档编号】A01K63/04GK205623935SQ201620362367
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】蒋建忠, 落克雨, 齐训彬, 程坤
【申请人】江南大学