解決養(yǎng)殖水體增氧設(shè)備的供電問(wèn)題,滿足養(yǎng)殖大戶的生產(chǎn)需求

1、第一章、前言1.1、課題研究的目的與意義課題研究的目的 解決養(yǎng)殖水體增氧設(shè)備的供電問(wèn)題，滿足養(yǎng)殖大戶的生產(chǎn)需求。課題研究的意義 由于在高密集養(yǎng)殖情況下，養(yǎng)殖水體會(huì)大量缺氧，所以需要增氧設(shè)備給水體增氧，確保魚(yú)類(lèi)健康的存活與生長(zhǎng)，然而，很多養(yǎng)殖場(chǎng)地都是遠(yuǎn)離都市和城鎮(zhèn)，目前我國(guó)主要使用物理增氧的方法，需要電纜供電，路途遙遠(yuǎn)，成本大，維護(hù)起來(lái) 也很不方便，設(shè)備運(yùn)行所需供電很不方便，所以，本課題研究太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)發(fā)電可以有效的解決水體增氧設(shè)備的供電問(wèn)題，太陽(yáng)能隨地隨時(shí)可取，使用方便。人們可以利用太陽(yáng)能光伏設(shè)備進(jìn) TOC o 1-5 h z 行日常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)， 另外太陽(yáng)能是世界上最綠色的能源，有利于世界環(huán)

2、保事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)行，因此，研究此課題項(xiàng)目意義重大，刻不容緩！1.2、國(guó)內(nèi)外該技術(shù)現(xiàn)狀與技術(shù)應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，增氧機(jī)是不可缺少的重要部分，高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖必備設(shè)備之一，起著至關(guān)重要的組成部分，在2012年，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積已經(jīng)達(dá)到256.68萬(wàn)Hm2,國(guó)內(nèi)各類(lèi)增氧機(jī)的年需求量大約在80萬(wàn)臺(tái)左右。 也隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖的增氧技術(shù)地發(fā)展，各式各樣的增氧設(shè)備不斷出現(xiàn)，如北京市環(huán)保局 與北京自動(dòng)化研究所聯(lián)手研制成功的太陽(yáng)能水體增氧機(jī)”，大大改善了傳統(tǒng)的增氧機(jī)，為北京的水污染治理提供了強(qiáng)有力的貢獻(xiàn)，利用太陽(yáng)能光伏技術(shù)， 大大減少了對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)力的依賴(lài)性，使用方便，成本低，效率高的優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)的水體增氧用太陽(yáng)能光伏

3、發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)邁向成熟期。另外，我國(guó)的水車(chē)式增氧機(jī)利用太陽(yáng)能供電技術(shù)也在進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。在新一代的增氧機(jī)中， 也涌現(xiàn)出 微孔曝氣增氧機(jī)”、涌浪式增氧機(jī)”和 細(xì)泡沫生成器增氧機(jī)”等先進(jìn)增氧設(shè)備，其中，通 過(guò)電火花腐蝕制造出的細(xì)泡沫生成器比較先進(jìn)，但仍然在進(jìn)一步完善中，如今，太陽(yáng)能光伏發(fā)電式增氧機(jī)也正在研究和發(fā)展！相對(duì)于國(guó)內(nèi)，國(guó)外增氧機(jī)也發(fā)展迅速，美國(guó) KEETON 公司研發(fā)SB系列的7種類(lèi)型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電增氧機(jī)，根據(jù)池塘的面積大小制定特定的工作運(yùn)行方案滿 足養(yǎng)殖需求，這種設(shè)備應(yīng)用于高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘、湖泊等，不在需要接任何的電纜線，可在任 何環(huán)境下工作。近幾年，美國(guó)專(zhuān)利局公布了眾多有關(guān)太陽(yáng)能

4、水體增氧方面的專(zhuān)利，如：水體增氧站、太陽(yáng)能水體調(diào)節(jié)儀等。1.3、該技術(shù)研究存在的問(wèn)題目前，人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能的利用是將太陽(yáng)能通過(guò)某種半導(dǎo)體元件的光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能或者熱能，在20世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能技術(shù)的利用取得了 2項(xiàng)歷史性突破：美國(guó)研制出6%實(shí)用型單晶硅電池和以色列發(fā)表了選擇性吸收表面概念和理論，而且成功的研究出選擇性吸收太陽(yáng)能的涂層。隨著太陽(yáng)能技術(shù)的迅速發(fā)展，如今出現(xiàn)了諸多太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品，如：太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能建筑，太陽(yáng)能熱能發(fā)電等，給人類(lèi)生活帶 來(lái)了巨大的變革1 !然而，在太陽(yáng)能技術(shù)利用方面雖然相比以前有重大突破，可是應(yīng)用領(lǐng)域依然狹小，利用效率低，用于發(fā)電方面，生成成本高和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用

5、高依然是個(gè)世界性難題1!在養(yǎng)殖水體增氧技術(shù)方面，目前，增氧方式主要有物理增氧、化學(xué)增氧與生物增氧這幾種方式，其中常見(jiàn)的也是物理增氧方式比較多，隨著我國(guó)的漁業(yè)生產(chǎn)的逐年增多，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了各種各樣的增氧機(jī)，如：葉輪式增氧機(jī)、水車(chē)式增氧機(jī)、噴水式增氧機(jī)、射流式增氧機(jī)、微孔曝氣式增氧 機(jī)等，這些設(shè)備的研發(fā)大大的促進(jìn)了漁業(yè)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展。然而，問(wèn)題來(lái)了，雖然增氧機(jī)的種 類(lèi)很多，但是主要存在以下二大類(lèi)問(wèn)題：1.增氧機(jī)的動(dòng)力供電問(wèn)題，一般增氧機(jī)都是依賴(lài)于家用電或者電纜供電，但是，養(yǎng)殖魚(yú)塘地理位置都處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，單獨(dú)架設(shè)電纜成本很高，并且不安全；2.增氧效率低下，大部分增氧機(jī)都是依賴(lài)于溶氧原理制作的，也就

6、是增加池塘里水與空氣的 接觸面，將空氣中的氧氣溶于水中，可是這種方式得增氧效果卻十分低下，并且目前的增氧機(jī)能耗都很大2。動(dòng)力電源不便捷、增氧效率低、能耗大是目前養(yǎng)殖水體增氧用增氧機(jī)增氧技術(shù)的 主要問(wèn)題所在！另外在技術(shù)方面，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的核心技術(shù)在別的國(guó)家，每年都需要向別的國(guó)家支付高額的技術(shù)費(fèi)用，很多關(guān)鍵性技術(shù)元件都需要從國(guó)外進(jìn)口，造成了制作成本高等問(wèn)題，我國(guó)現(xiàn)有的該方面的技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)較少，很多方面都要受控于他國(guó)4 !市場(chǎng)方面，我國(guó)國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的很緩慢，大約98%的產(chǎn)品都是出口國(guó)外，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)比較薄弱，仍需大力開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)4 !在環(huán)境方面，雖然太陽(yáng)能是清潔能源，但是太陽(yáng)能的原材

7、料的加工制 造都是一些重污染產(chǎn)品，制作過(guò)程中會(huì)排放出諸多的有毒有害物體，所以，我國(guó)在環(huán)境污染處理方面的技術(shù)也需要有突破性發(fā)展才可以促使太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的大力發(fā)展4 !總體來(lái)說(shuō),根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)，將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與增氧機(jī)供電系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起存在著在諸多方面的問(wèn) 題，發(fā)展道路任重而道遠(yuǎn)！1.4、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)用于增氧機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)21世紀(jì)開(kāi)始，新能源開(kāi)發(fā)迅速發(fā)展，尤其是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，但是，一般大的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)項(xiàng)目的建立，投資成本巨大，技術(shù)復(fù)雜，實(shí)地考察困難，易收到各種天氣等不可控因素的影響，如今的發(fā)展，我們要突破傳統(tǒng)技術(shù)的局限，克服傳統(tǒng)的技術(shù)性難題，未來(lái)的太陽(yáng)能

8、光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展必將是高效率化，低成本，高技術(shù)水平，智能化控制，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，流動(dòng)辦公化，可視化，環(huán)境友攵?化發(fā)展趨勢(shì)3 ! 1.5、本課題研究?jī)?nèi)容 本課題是針對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在養(yǎng)殖業(yè)水體增氧方面的應(yīng)用，主要研究該地區(qū)的光照強(qiáng)度與太陽(yáng)能發(fā)電量的關(guān)系以及在不同天氣 環(huán)境下的日發(fā)電量的問(wèn)題，另外，設(shè)計(jì)一整套養(yǎng)殖水體增氧用太陽(yáng)能提供能源的工作系統(tǒng)，并測(cè)試該系統(tǒng)的增氧效果，得出相關(guān)結(jié)論以及評(píng)論。1.6、需要解決的技術(shù)關(guān)鍵1、設(shè)計(jì)組裝一套太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)；2、設(shè)計(jì)并組裝制作一臺(tái)水車(chē)式增氧機(jī)，改善往年的船體漏水，葉片松動(dòng)等問(wèn)題；3、嚴(yán)格按照要求進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作。第二章需求分析和總體設(shè)計(jì)方

9、案2.1、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的機(jī)械增氧設(shè)備的作用以及需求水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，也是廣大農(nóng)民發(fā)財(cái)致富的重要途徑，然而傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)卻受到各種環(huán)境等客觀因素的影響，得不到快速的發(fā)展，其中主要限制因素是與養(yǎng)殖水體含氧量有很大關(guān)系。水體中的氧氣多少會(huì)直接影響著魚(yú)類(lèi)的進(jìn)食、生長(zhǎng)的速度以及存活率，要想提高養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量，就必須首先要增加水體中的 溶氧量，一般的情況下，人們采用物理增氧、化學(xué)增氧、機(jī)械增氧的方式來(lái)提高水體的溶氧量， 其中，機(jī)械增氧是普遍使用的。如今，隨著各方面的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)也進(jìn)入了規(guī)?；l(fā)展階段，因此，傳統(tǒng)的機(jī)械增氧設(shè)備是不能滿足生產(chǎn)的需求了，因此，我們需不斷突破各項(xiàng)技術(shù)

10、難題，研究出新一代的機(jī)械增氧系統(tǒng)設(shè)備，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量大增、養(yǎng)殖面積大增、年產(chǎn)值大增，讓廣大農(nóng)民的生活邁向更高的水平5 o在養(yǎng)殖業(yè)中，水體增氧的主要機(jī)械設(shè)備也就是增氧機(jī)了， 傳統(tǒng)的增氧機(jī)是利用光纜傳輸供電的，隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展， 很多養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)地理位置都處于相對(duì)比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，對(duì)于養(yǎng)殖面積比較大的養(yǎng)殖戶來(lái)說(shuō)，電纜供電及其不方便，并且成本巨大，維護(hù)成本高，電力傳輸損失大，這樣在一定程度上限制了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展6。我國(guó)也是一個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖大戶，養(yǎng)殖面積大，使用傳統(tǒng)的電力供電，每年消耗的電能巨大， 而且發(fā)電所帶來(lái)的CO2排放量增大，不利于人與環(huán)境的友好發(fā)展，如今我國(guó)的CO2排放量已然居于全球第二

11、了 16,因此，研發(fā)新能源一一太陽(yáng)能以迫在眉睫了！2.2、增氧原理 水體增氧的方式很多，但增氧原理是相同的。 都是通過(guò)氧氣擴(kuò)散原理增氧的，空氣中的氧氣與水體表面接觸形成一層表面膜，在水體中的溶氧量很低時(shí)，空氣中的大量氧氣會(huì)通過(guò)表面膜溶氧水體中，同樣，如果水中的氧氣過(guò)剩時(shí)，氧氣會(huì)從水體中溢出回到空氣中，如此一來(lái)水體與空氣會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，然而這種狀態(tài)會(huì)受到很多因素的影響，如：溫度、接觸面積、時(shí)間和水體的擾動(dòng)等因素6。為了加速氧氣在水體中的傳播速度，增氧機(jī)的功能是增加水體與空氣的接觸面積促使更多的氧氣溶于 水中，另外，增氧機(jī)攪動(dòng)水體，促使水中氧氣迅速分散到水體的各個(gè)角落，使水體迅速達(dá)到預(yù)期 的溶

12、氧量。2.3、傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)幾種增氧機(jī)的介紹2.3.1、葉輪式增氧機(jī)葉輪式增氧機(jī)是最近幾年普遍使用的增氧設(shè)備，其主要作用是以下幾個(gè)方面：1、攪動(dòng)水體時(shí)水體底層的水與表層的水發(fā)生對(duì)流，促使氧氣迅速均勻分布到水體的各個(gè)水層，進(jìn)一步讓氧氣在水體中達(dá)到平衡；2、攪動(dòng)底層水體，使池塘底層泥土有機(jī)物迅速分解，促使水質(zhì)改善，對(duì)魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖是非常有幫助的。 葉輪式增氧機(jī)具有攪水、曝氣、增氧等功能，年產(chǎn)量大概在 150000臺(tái)左右，其主要組成部件是 電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、葉輪、浮體、減速裝置5大部件，一般工作功率在7.5KW。減速裝置是降低葉片的轉(zhuǎn)速，從而增加了水躍的直徑，提高的增氧效果；葉輪由不同長(zhǎng)度的葉片與氣管相連接組

13、成 的，是攪動(dòng)水體的重要部件。電動(dòng)機(jī)是通過(guò)減速器帶動(dòng)葉輪在水層表面旋轉(zhuǎn)，把底層的水帶到了表層，底層水與表層水形成了對(duì)流，另外，水體會(huì)被葉輪甩到空中， 形成 水躍”，由于壓力作用，空氣通過(guò)氣管進(jìn)入水體，并且被葉片和氣管打碎，形成了沸騰狀態(tài)，從而大大的增加了水與空氣 的接觸面積，加速氧氣融入水體的速度，使整個(gè)水體的溶氧量和溫度在水體的水平與垂直方向上達(dá)到了平衡。這種增氧機(jī)增氧效果好，動(dòng)力效率比較高，但是該增氧機(jī)工作時(shí)噪聲比較大，一般用于水深在一米以上的大面積養(yǎng)殖池塘9 o 2.3.2、水車(chē)式增氧機(jī) 水車(chē)式增氧機(jī)也是有發(fā)動(dòng)機(jī)，浮體，葉輪，支架，減速裝置五個(gè)重要部件組成的，葉輪上一般安裝8個(gè)葉片，葉輪

14、安裝在浮體的2側(cè)，通過(guò)減速裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸與電機(jī)相連，由電機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)水體，使水流 流動(dòng)，可是水體中的污染物迅速擴(kuò)散，延緩水質(zhì)的惡化，在葉輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)中，水體表面被拋向空中，大大增加水體與空氣的接觸面積，有利于空氣的氧氣迅速溶于水體中。這種增氧機(jī)具有很好的增氧效果，曝氣效果也比較好，很好的溶解了水體中的有害氣體，使有毒有害氣體迅速擴(kuò)散到空氣中，一般應(yīng)用于淤泥較深的養(yǎng)殖池塘里9 o 2.3.3、噴水式增氧機(jī)噴水式增氧機(jī)工作的時(shí)候以水泵作為動(dòng)力， 將底層的水提上來(lái)拋灑在空中，再形成像下雨一樣的小雨珠或者水柱落下，這樣可以增加水體與空氣的接觸面積，促使空氣中的氧氣迅速溶于水體，并且具有很

15、好的觀賞效果，一般用于小池塘和公園，可以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期的增氧效果9 o 2.3.4、充氣式增氧機(jī) 充氣式增氧機(jī)主機(jī)一般是壓縮機(jī)或者鼓風(fēng)機(jī)，其工作原理是：將空氣進(jìn)行壓縮處理，再通過(guò) 管路把空氣輸送到水體的底層，底層管路放出端會(huì)將空氣處理成一個(gè)個(gè)小氣泡，小氣泡在升的過(guò)程中，一部分帶動(dòng)水體流動(dòng)，一部分與水體接觸溶氧于水中，達(dá)到增氧效果，有的裝置還在管路中設(shè)置了凈化裝置，防止空氣污染對(duì)水體的惡化，一般用于水箱，臨時(shí)養(yǎng)魚(yú)池，氧蝦池中增氧9 o 2.3.5、射流式增氧機(jī) 射流式增氧機(jī)是由高速水泵和射流器組成的，依靠射流原理吸入空氣，使 空氣與水體在管內(nèi)激烈混合，形成微小的氣泡射入水中，達(dá)到增氧的目

16、的。 射流式增氧機(jī)是由水泵和射流管配套使用的，水從射流管口高速射出的時(shí)候，會(huì)形成負(fù)壓，從而空氣會(huì)進(jìn)入管內(nèi)，與管內(nèi)水體在混合室發(fā)生混合，并且該增氧機(jī)沒(méi)有機(jī)械設(shè)備傳遞動(dòng)力，所以不會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)生傷害， 能夠平穩(wěn)的增氧，所以一般用于密度比較大的深水魚(yú)池或者魚(yú)苗池中增氧。通過(guò)以上五種增氧機(jī)的分析與比較，以及結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要的增氧設(shè)備選用水車(chē)式增氧機(jī)”是比較合理的，水車(chē)式增氧機(jī)增氧效果好，制作工藝簡(jiǎn)單，方便加工制造等優(yōu)點(diǎn)9 ! 2.4、總體方案設(shè)計(jì)圖 通過(guò)以上幾種增氧機(jī)的分析研究，由于水車(chē)式增氧機(jī)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，容易加工、重量 輕、造價(jià)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，本課題確定采用以太陽(yáng)能自發(fā)電驅(qū)動(dòng)的水

17、車(chē)式增氧機(jī)設(shè)備為實(shí)驗(yàn)機(jī)。實(shí)驗(yàn)室用途的太陽(yáng)能水車(chē)式增氧機(jī)總體設(shè)計(jì)裝配圖如下：2.5、水車(chē)式增氧機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案2.5.1、氣液體轉(zhuǎn)化原理與影響因素。在液體的機(jī)械設(shè)備增氧過(guò)程中，將空氣中的氧氣傳遞到水中，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)是傳質(zhì)的過(guò)程，就目前使用的氣液傳質(zhì)理論雙膜理論，如果沒(méi)有別的溶氧源匯合時(shí)，水中的溶氧變化率可以使用下面公式表示： 例：dc/dt=P/X*A/V（Ca - C）=KL*A/V（Ca C）公式中：dc/dt液相主體中溶氧濃度的變化率，kg/m3h; D 液膜中的氧分子擴(kuò)散系數(shù)， m2/h; X 液膜厚度，m; KL（=D/X ）液膜中氧分子傳質(zhì)系數(shù)，m/h; Ca界面處的溶氧濃度， kg

18、/m3; C液相主體中的溶氧濃度，kg/m3; V液相主體的體 積，m3; A 氣液接觸面積，m2。 宏觀上 KL常可表示為KL=0.0036X （8.43./W3.67W+0.43W2 ） X 1.024-20式中：T液相的溫度，C； W 氣一液相對(duì)的速度，m/s。據(jù)上述的氧氣轉(zhuǎn)移原理，氧氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相的這一過(guò)程進(jìn)行得快和慢，主要是與Ca-C （溶氧的不飽和值），A和X有關(guān)的。影響這些參數(shù)的主要因素，也必然是影響氧氣轉(zhuǎn)移速率的主 要因素，它們是：1）溶氧的飽和度；2 ）液體的溫度；3 ）水體的性質(zhì)；4 ）液體紊流程度。2.5.2、分功能和技術(shù)途徑用功能分析法就可以列出水車(chē)式增氧機(jī)的諸多分

19、功能，找出實(shí)現(xiàn)諸多分功能的途徑，并且進(jìn)行分析和評(píng)選（選中者加 *）。 1.提供動(dòng)力 拖拉機(jī)（動(dòng)力的輸出軸）：美 國(guó)多用，適合于大型增氧機(jī)，但是動(dòng)力不易充分的利用。內(nèi)燃機(jī)：使用不方便，污染水質(zhì)；*電動(dòng)機(jī)：方便且可靠，但是需要電源。2.傳動(dòng)減速裝置 蝸輪蝸桿減速箱：效率比較低；活齒減速箱：價(jià)格比較高，溫度升高較大；變速軸承減速箱：體積較小，質(zhì)量小，工作穩(wěn)定可靠，噪聲比較低，但是價(jià)格較高，出口機(jī)可以考慮選用；皮帶減速器：壽命很低，容易打滑；*齒輪減速箱：容易于制造，成本比較低。3、轉(zhuǎn)動(dòng)擊水部件 有空平板水車(chē)和平板：老舊部件，增氧能力都不高，但是在進(jìn)入較淺的水時(shí)也都有很高的增氧能力和效率；機(jī)翼狀葉片水

20、車(chē)：阻力很低，增氧動(dòng)力效率特別高，但是單位幅寬的增氧能力較低，制造技術(shù)相對(duì)是很高的，適用在微功率增氧機(jī)；凸球面和凸柱面的葉片水車(chē)：阻力比較低，對(duì)水體的擾動(dòng)不大，具有不低的增氧動(dòng)力效率； 凹球面與凹柱面葉片水車(chē)：阻力很大，功耗上升特別快；*三角形葉片水車(chē)：阻力比較適中，對(duì)水體擾動(dòng)很大，增氧性能比較好，制造容易。4.組合連接部件 *機(jī)架。5.支撐 懸架：只適用在拖拉機(jī)上；固定樁座：移動(dòng)不方便，水面變動(dòng)時(shí)候需要有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；*浮體：采用各類(lèi)材質(zhì)的浮筒、浮球等，選用橡膠浮筒。2.5.3、水車(chē)式增氧機(jī)各參數(shù)的確定 2.5.3.1.自定義參數(shù)參數(shù)選擇是否合理對(duì)增氧機(jī)的增氧性能，即增氧的能力與增氧動(dòng)力效率的干

21、擾極大。 查閱相關(guān)文獻(xiàn)得出了參數(shù)選擇范圍：三角形葉片的寬度為4 18cm,長(zhǎng)度為5 18cm,葉片兩個(gè)邊的夾為90140,葉片外端直徑大小為55 100 cm,葉片之間的軸向間隔應(yīng)該小于或者等于葉片的寬度。三角形葉片沿著圓柱軸線均勻分布在葉片固定板上，水車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為 60 135 r/min。2.5.3.2.參數(shù)選定 由相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表示，上述眾多參數(shù)中，葉片的寬度與葉片軸向距離是非重要 性因素。1)葉片寬度定為 80mm,為了使葉片不斷的進(jìn)入水中，來(lái)降低電機(jī)負(fù)載的波動(dòng)，除了 將葉片沿軸線均勻的排列外，取比較小的葉片寬度，在功率一定時(shí)就會(huì)縮減葉片連續(xù)入水的時(shí)間間隔。2)葉片軸向的間隔取為0。3)

22、葉片長(zhǎng)短定為 70mm o葉片進(jìn)入水工作的深為hw與增氧能力Q以及增氧動(dòng)力效率 E1的函數(shù)關(guān)系，見(jiàn)圖 1。圖1. hw與增氧能力 Q以及增氧動(dòng)力 效率E1的函數(shù)關(guān)系圖 葉片比較長(zhǎng)，可以增加增氧能力，但是功率的消耗同樣增大，增氧動(dòng)力 效率卻下降；葉片比較短時(shí)，對(duì)增氧動(dòng)力效率的提高有利，但是增氧的能力卻下降。在一定功率下，為了使增氧能力得到保證，只能增大機(jī)器的總寬度(在小功率增氧機(jī)如此應(yīng)用是可行的)，然而機(jī)器卻顯得比較笨重。所以現(xiàn)在將葉片長(zhǎng)度定為70mm,目的為了不改變?nèi)~片的固定板，只改變?nèi)~片的長(zhǎng)短就可以滿足0. 75kw,1.10 kW 的變化要求，很好的兼顧了系列化與通用化。4)葉片兩邊夾角

23、0 = 12嗔。比較大夾角不但性能較好(見(jiàn)圖2 )而且還省料。5)葉輪外徑DI=200mm,根據(jù)按增氧性能(見(jiàn)圖2 )定為此值以外，還需要從材料的利用回收率方面考慮，所以選定此值有利于合理利用材料。 6)有實(shí)驗(yàn)得出，水車(chē)葉輪轉(zhuǎn)速選擇為80r/min比較合理。7)葉片數(shù)選為8個(gè)。2.5.4、葉片水阻力和葉片數(shù)的計(jì)算2.5.4.1、水車(chē)葉輪的純輸入功率P1計(jì)算 水車(chē)式增氧機(jī)在工作時(shí)候，負(fù)荷率通常在百分之八十到百分之八十五之間，現(xiàn)在取值80%,為了方便今后的改動(dòng)。二級(jí)齒輪減速器的傳遞動(dòng)力效率定為0.95。因此：2.5.4.2、葉片在水中的阻力根據(jù)流體力學(xué)方面上的知識(shí)，葉片在水中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它的阻力主要由壓

24、力差阻力和摩擦阻力組成。因此總阻力為：F=CDA DV2/2 公式中：CD葉片的阻力系數(shù)；AD葉片在流速垂直方向的投影面積，m2; p液體的密度，kg/m3; V 潛體與液體的相對(duì)行駛的速度，m/s。 CD的值與潛體外形有關(guān)，然而當(dāng)流體的雷諾數(shù)Re大于104時(shí)按照常數(shù)估算，經(jīng)過(guò)計(jì)算，水車(chē)式增氧機(jī)工作時(shí)候，Re約為3X106。然而經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得CD約為1.4-1.5之間。2.5.4.3在工作的時(shí)候一個(gè)三角葉片克服阻力消耗的功率單個(gè)葉片工作時(shí)的受力分析圖如圖3。在圖中：R表示水車(chē)的葉輪半徑， m ;II表示葉片最大進(jìn)入水的深度，m ； ”表示 為某一時(shí)刻葉片與垂直方向形成的夾角，x表示某一時(shí)刻的葉片

25、進(jìn)入水的深度m;L為水的阻力力臂，m o則有以下計(jì)算：貝IJ : a 0=cos1(R-H)/RX=R-(R- H)/cos a AD=bx 貝U l=R+(R- H)/cos a /2V=2nl Tt /60= n nR+-H)/cos a /6狂公式中：n水車(chē)的車(chē)速，r/min； b葉片寬度，單位為：m。 葉片水阻力 F=CDbR+(R- H)/cos a p n2 (n/60)2? R+(RH)/cos 2/2 一個(gè)葉片的水阻力 矩為葉片運(yùn)動(dòng)工作時(shí)瞬時(shí)消耗的功率公式中的 3表示為水車(chē)角速度。一個(gè)葉片從進(jìn)入水中到出水的整個(gè)過(guò)程中平均消耗功率為：2.5.4.4、電機(jī)的選擇 1.選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)

26、型。 工作環(huán)境是：實(shí)驗(yàn)室1.8m直徑的大水池；額定電壓：24V;輸出軸功率：P大于25W;用途：用于實(shí)驗(yàn)室的小型水車(chē)式增氧機(jī)動(dòng)力源。根據(jù)以上工作環(huán)境以及設(shè)計(jì)要求，選用 FB-775減速直流電機(jī)，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下：該電機(jī)的額定功率為50W,額定電壓為 24V,額定轉(zhuǎn)速為 8360r/min ,并且減速裝置性能如下表：考慮到水車(chē)式增氧機(jī)在水中工作時(shí)轉(zhuǎn)矩不太大，我們選擇3級(jí)減速設(shè)置進(jìn)行測(cè)試與實(shí)驗(yàn)。2.5.4.5、軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算選擇的電機(jī)為直流電機(jī)，輸出軸功率為100W,輸出軸轉(zhuǎn)速為：80r/min。選用星型聯(lián)軸器，其傳動(dòng)效率刀=0.9% 因此：另外，由于傳動(dòng)軸是通過(guò)聯(lián)軸器與輸出軸連接的，所以：由于

27、葉輪在水中轉(zhuǎn)動(dòng)，攪動(dòng)水體運(yùn)動(dòng)，主要受扭轉(zhuǎn)力作用，所以，主要按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的設(shè)計(jì)，由于軸所受的彎矩不大，一般可以用這種方法來(lái)估計(jì)軸的直徑大小，查閱資料知曉，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件滿足以下公式：由上式轉(zhuǎn)換可得軸的直徑滿足以下要求：公式中：，選用軸的材料由 45號(hào)剛制造的空心軸， 查閱相關(guān)文獻(xiàn)和材料知：對(duì)于空心軸，滿足下公式：公式中，B = , di為空心軸的內(nèi)徑，d為空心軸的外徑，一般情況下，3 =0.5 所以得出：。所以取軸的最小直徑 12mm,符合設(shè)計(jì)要求，因此軸的初步設(shè)計(jì)圖如下：（傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)圖）2.5.4.6、軸承的選擇 選擇軸承應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：1、良好的減磨性和耐磨性以及抗咬粘性 減磨性是指

28、材料副具有較低的磨擦系數(shù)；耐磨性是指材料的抗磨性能；抗咬粘性 是指材料的耐熱性和抗粘附性。2、良好的磨擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性摩擦順應(yīng)性是指材料通過(guò)表層彈塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。磨合性是指軸瓦與軸徑表面經(jīng)短期輕載運(yùn)轉(zhuǎn)后，易于形成相互匹配的表面形貌狀態(tài)。3、足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力。4、良好的導(dǎo)熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等考慮到以上幾點(diǎn)要求以及集合實(shí)際情況，選用塑料軸承座以及塑料外球面軸承比較合適，它的耐腐蝕性好、強(qiáng)度高、良好的電絕緣性、質(zhì)量輕、安裝方便和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 因此選用該類(lèi)型軸承滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。2.5.4.7、聯(lián)軸器選擇由于本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是實(shí)驗(yàn)室用的小型水車(chē)式增氧機(jī)，所承受的轉(zhuǎn)矩相對(duì)很小，擬選用 WB2B加緊梅花型聯(lián)軸器， 它的特點(diǎn)：扭矩大和靈敏度高，可以彈性體補(bǔ)償較大的徑向空間、角向以及軸向偏差，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單、抗