一种基于涡轮增压技术的振荡水柱式新型增氧船

农业,林业,园林,畜牧业,肥料饲料的机械,工具制造及其应用技术1.本实用新型属于水体增氧装置领域，特别涉及该领域中的一种基于涡轮增压技术的振荡水柱式新型增氧船。背景技术：2.目前，用于提高水体含氧量的方法主要有机械、化学和生物三种。其中机械增氧是最为常用的增氧方法，其原理主要是利用电能，使机械部件搅动水体，加快对流交换和界面更新，以达到提高水体含氧量的目的。常用于生产的机械增氧机主要有叶轮式增氧机、水车式增氧机等。然而，其仍然存在以下不足：（1）浪费能源，污染环境。消耗较多电能或化石能源，进而污染水质及空气；（2）消耗成本高。耗电量大，铺设电缆的成本高；（3）影响水中生态。作业时，对水扰动剧烈，产生大量噪音，易影响水生动物生长；（4）加剧水体浑浊度。易于泵送水体底部的泥浆等物质，会造成水体的浑浊；（5）应用范围有限。一般只适用于湖泊池塘增氧，难以适用于海洋渔业。3.为解决增氧机耗电量大、应用范围有限及增氧范围固定等问题，已有学者提出利用其他能源为增氧装置提供动力，诸如“基于波浪能的一种阀式掺气增氧装置”以及“一种基于owc原理的自航式智能掺气增氧船”等，但二者仍存在以下不足：前者安装位置固定，灵活性有限，移动不便，增氧范围和深度有限；后者稳定性较差，结构较为复杂，并且由于出气压力低，增氧深度有限，难以适应目前深海养殖及海洋牧场的发展需求。技术实现要素：4.本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于涡轮增压技术的振荡水柱式新型智能可航行式增氧船及其增氧方法，能在深远海或搭配深远海养殖网箱利用波浪能进行增氧工作。5.本实用新型采用如下技术方案：6.一种基于涡轮增压技术的振荡水柱式新型增氧船，其改进之处在于：包括主船体，在主船体上安装钢架平台，在钢架平台上安装u型振荡水箱，在u型振荡水箱内注水将u型振荡水箱的两侧分隔成不相通的两个气室，在u型振荡水箱的两侧分别设置与该侧气室相通的单向进气阀和单向出气阀，在u型振荡水箱的两侧还各设置一个压缩机，两个压缩机的进气口分别通过管道与u型振荡水箱一侧的单向出气阀相通、出气口分别与伸至船底的管道相通，两个压缩机内的涡轮分别通过竖向转轴与船底的一个冲击涡轮相连接，两个冲击涡轮分别安装在一个外壳内，两个外壳均上下开口并在冲击涡轮的上部和下部安装定叶片。7.进一步的，在钢架平台的尾部并排悬挂两个船体推进器，两个船体推进器分别为左旋和右旋叶片。8.进一步的，在钢架平台的左右两侧各设置两个激光测距传感器，在钢架平台的尾部设置一个激光测距传感器。9.进一步的，在钢架平台的尾部设置两个可伸缩固结机械手。10.进一步的，在钢架平台上安装水体溶氧检测传感器。11.进一步的，在钢架平台上安装密封舱，在密封舱内安装主控芯片及电池；主控芯片通过电机驱动电路分别控制两个船体推进器的转速、读取各激光测距传感器的数据、分别控制两个可伸缩固结机械手的伸缩、张开和闭合、读取水体溶氧检测传感器的数据；电池为增氧船内的各部件供电。12.进一步的，在u型振荡水箱的顶部安装为电池充电的太阳能板。13.进一步的，u型振荡水箱的两侧顶部分别通过一块密封箱盖密封，在两块密封箱盖与u型振荡水箱的两侧顶部之间均设置密封圈。14.进一步的，在两块密封箱盖上各设置两个单向进气阀和两个单向出气阀。15.一种增氧方法，使用上述的增氧船，其改进之处在于：将增氧船投放于养殖网箱附近海域，主控芯片通过两个船体推进器使增氧船直线行驶和转向，使增氧船在养殖网箱附近海域游弋，水体溶氧检测传感器实时检测海域溶解氧浓度值并传回主控芯片，当海域溶解氧浓度值低于海域正常的溶解氧浓度值时，主控芯片通过激光测距传感器返回的参数判断增氧船与养殖网箱之间的距离是否合适，若距离不合适，主控芯片控制两个船体推进器使增氧船行驶至合适距离，距离合适后主控芯片控制两个可伸缩固结机械手伸出并闭合在养殖网箱上完成固结；16.当增氧船在波浪的作用下发生晃动时，u型振荡水箱内的水发生振荡，一侧气室内的水位升高而另一侧气室内的水位降低，水位升高气室内的空气体积减小，压强增大，将空气从单向出气阀排入压缩机，完成排气过程，水位降低气室内的空气体积增大，压强减小，将空气从单向进气阀吸入该气室，完成进气过程；17.当增氧船在波浪的作用下发生晃动时，在水面以下的冲击涡轮受上下水流冲击而旋转，从而带动与其连接之压缩机内涡轮同步旋转，对压缩机内空气增压并使高压空气经压缩机出气口和伸至船底的管道排至增氧船停泊海面以下，完成增氧过程；18.在海域溶解氧浓度值达到海域正常的溶解氧浓度值后，主控芯片控制两个可伸缩固结机械手张开并缩回，取消与养殖网箱之间的固结，增氧船继续在养殖网箱附近海域游弋并重复上述过程直至被回收。19.本实用新型的有益效果是：20.本实用新型所公开的增氧船，结构简单，材料经济，成本低廉，适合投入生产使用；设置压缩机和冲击涡轮以提高出气增氧深度；通过水体溶氧检测传感器，智能选择低氧水域作为工作区域，提高工作效率；在增氧作业时通过可伸缩固结机械手与养殖网箱固结，在一定程度上避免翻倒风险，提高作业安全稳定性；航行过程中利用太阳能供能，可实现在养殖网箱区域内的自由游弋巡航作业，灵活性高，增氧区域不再受限；u型振荡水箱的孤形侧壁可降低振荡过程的能量损失，u型振荡水箱内的水随海浪的频率振荡即可进行增氧，作业过程中无噪音污染。21.本实用新型所公开的增氧方法，以绿色能源波浪能为工作动力，无需消耗电能或石油等化学能源，节能减排、环保无污染，克服了现有增氧装置能耗大的缺点。附图说明22.图1是本实用新型实施例1所公开增氧船的结构示意图i；23.图2是本实用新型实施例1所公开增氧船的结构示意图ii；24.图3是本实用新型实施例1所公开增氧船中u型振荡水箱的结构示意图；25.图4是本实用新型实施例1所公开增氧船中u型振荡水箱内注水后的示意图；26.图5（a）是本实用新型实施例1所公开增氧船中压缩机的安装位置示意图；27.图5（b）是本实用新型实施例1所公开增氧船中冲击涡轮的安装位置示意图。28.附图标记：1—主船体，2—钢架平台，3—u型振荡水箱，31—密封箱盖，311—单向进气阀，312—单向出气阀，32—气室，4—压缩机，41—涡轮，42—转轴，5—外壳，51—冲击涡轮，52—定叶片，6—船体推进器，7—激光测距传感器，8—可伸缩固结机械手，9—水体溶氧检测传感器，10—密封舱，11—太阳能板。具体实施方式29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。30.实施例1，如图1，2所示，本实施例公开了一种基于涡轮增压技术的振荡水柱式新型增氧船，包括主船体1，主船体是由两个浮筒及钢架平台所构成的双体船，结构简单稳定。在主船体上安装钢架平台2，在钢架平台上通过螺栓固定安装u型振荡水箱3，如图3，4所示，u型振荡水箱形如连通器，在u型振荡水箱内注水将u型振荡水箱的前、后两侧分隔成不相通的两个气室32，u型振荡水箱的前、后两侧顶部分别通过一块密封箱盖31密封，在两块密封箱盖与u型振荡水箱的前、后两侧顶部之间均设置密封圈，保证u型振荡水箱的水密性；31.在每块密封箱盖上预留四个气孔，其中的两个气孔连接单向进气阀311，另外两个气孔连接单向出气阀312，在单向进气阀上接有进气气管，两个单向进气阀的进气气管各自连入空气，在单向出气阀上接有出气气管，两个单向出气阀的出气气管汇合在一起后通过管道与下述压缩机的进气口相通。32.在u型振荡水箱的前、后两侧还各设置一个壳体密封性良好的压缩机4，两个压缩机的进气口分别通过管道与u型振荡水箱一侧的单向出气阀相通、出气口分别与伸至船底的管道相通，两个压缩机内的涡轮41分别通过竖向转轴42与船底的一个冲击涡轮51相连接，两个冲击涡轮分别安装在一个固定于船底的外壳5内，两个外壳均为上下开口的单页双曲面外壳，并在外壳内冲击涡轮的上部和下部安装定叶片52。具体的说，冲击涡轮在外壳的竖向中心，两定叶片以冲击涡轮为轴上下对称布置。33.在本实施例中，在钢架平台的尾部并排悬挂两个船体推进器6，保证增氧船的直线航行与转向。两个船体推进器分别为左旋和右旋叶片，以实现扭矩抵消。当二者同转速时，增氧船直线行驶；需要转向时，利用二者转速不同，使增氧船向转速低的船体推进器方向转向，转速差越大，转向越快。在钢架平台的左右两侧各设置两个激光测距传感器7，在钢架平台的尾部设置一个激光测距传感器7。在钢架平台的尾部设置两个可伸缩固结机械手8。34.在钢架平台上安装水体溶氧检测传感器9，溶氧检测传感器由荧光法溶解氧传感器组成，实时检测当前水域的溶解氧浓度，并将数据发送给下述的主控芯片；35.密封舱10通过螺栓固定安装在钢架平台的后侧，在密封舱内安装主控芯片及电池；主控芯片采用stm32系列单片机，与下述各部件相互配合，完成增氧船的智能化航行。主控芯片通过相应的电机驱动电路分别控制两个船体推进器的转速、读取各激光测距传感器的数据、分别控制两个可伸缩固结机械手的伸缩、张开和闭合、读取水体溶氧检测传感器的数据；电池为增氧船内的各部件供电。在u型振荡水箱的顶部安装为电池充电的太阳能板11。36.本实施例还公开了一种增氧方法，使用上述的增氧船，将增氧船投放于养殖网箱附近海域，主控芯片通过两个船体推进器使增氧船直线行驶和转向，使增氧船在养殖网箱附近海域游弋，水体溶氧检测传感器实时检测海域溶解氧浓度值并传回主控芯片，当海域溶解氧浓度值低于海域正常的溶解氧浓度值时，主控芯片通过激光测距传感器返回的参数判断增氧船与养殖网箱之间的距离是否合适，若距离不合适，主控芯片控制两个船体推进器使增氧船行驶至合适距离，距离合适后主控芯片通过改变提供给舵机的控制信号脉冲的持续时间控制两个可伸缩固结机械手伸出并闭合在养殖网箱上完成固结，保证增氧船定点进行增氧工作；37.当增氧船在波浪的作用下发生晃动时，u型振荡水箱内的水发生振荡，一侧气室内的水位升高而另一侧气室内的水位降低，水位升高气室内的空气体积减小，压强增大，将空气从单向出气阀排入压缩机，完成排气过程，水位降低气室内的空气体积增大，压强减小，将空气从单向进气阀吸入该气室，完成进气过程，如此往复工作可利用波浪能实现反复进气、排气。38.当增氧船在波浪的作用下发生晃动时，在水面以下的冲击涡轮受上下水流冲击而旋转，从而带动与其连接之压缩机内涡轮同步旋转，对压缩机内空气增压并使高压空气经压缩机出气口和伸至船底的管道排至增氧船停泊海面以下，完成增氧过程；经过增压的高压空气有利于提高出气增氧深度；39.在海域溶解氧浓度值达到海域正常的溶解氧浓度值后，主控芯片控制两个可伸缩固结机械手张开并缩回，取消与养殖网箱之间的固结，增氧船继续在养殖网箱附近海域游弋并重复上述过程直至被回收。









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