1.本发明属于潜水曝气机技术领域。
背景技术：2.随着工业化和城市化进程的推进，我国面临着水资源短缺和水体污染两大问题。污水处理设备能够有效弥补人民生活和工业生产带来的水污染问题，从而改善河流、湖泊的生态环境以及居民的生活环境。曝气机是污水处理设备的重要组成部分，通过向污水中注入空气，加强污水中有机物、微生物和溶解氧三者的接触，促进微生物有氧呼吸以分解污水池内的有机物，使之无机化，从而到达净化水质的目的。
3.目前专利性产品有40多个，如：泵型叶轮表面曝气机、ozbg复叶式节能曝气机、大功率倒伞曝气机和转刷曝气机、表面曝气机、螺旋桨式曝气机、潜水曝气机、导流式曝气机、转刷曝气机、增压式曝气机等等。其中潜水曝气机具有结构简单、充氧能力强、动力效率高等众多优点，因此成为污水处理厂常用的表面曝气设备。
4.潜水曝气机具有结构简单、充氧能力强、动力效率高等众多优点，因此成为污水处理厂常用的表面曝气设备，工作的时候，水下的潜水电机旋转带动叶轮旋转，通过进气管从外界吸入空气溶入水中。叶轮转动，使周围的水通过出水口流到周围水域中，周围水域的水又流到叶轮周围，叶轮外围喷嘴口无喷流罩，在这个过程中进气管中的空气随着水流向前喷出，自由随机溶入到前方水中。
5.目前技术方案有以下缺点：
①
目前叶轮完全仿照螺旋桨进行设计，而螺旋桨叶片追求的是高推进力，与曝气机目的不一致，且螺旋桨叶周围结构也曝气机结构差别较大，两者工况也不一致，从而导致进气口输送的空气近乎随机自由的从曝气机里排出，容易出现曝气的局部产生性，导致曝气方向的不可控制，目标曝气效率低。
6.②
曝气机出气口若想指定一部分曝气距离的延伸和方向选择，就只能够通过加大叶轮的转速和曝气机的功率，长时间这样工作会导致机器的损伤，耗能大，有效率低。
技术实现要素：7.为了提高潜水曝气机的曝气效率和方向可控性，本发明提出了一种曝气距离可调的潜水曝气机，本发明所采用的技术方案具体如下：
8.一种曝气距离可调的潜水曝气机，主要由曝气机主体1、风机组件2、浮球3、喷嘴4、叶轮5、潜水电机6和可变角度喷流罩7组成；所述的浮球3与曝气机主体1连接，使曝气机主体1漂浮于曝气池的水面之上；风机组件2安装在曝气机主体1上部位于在水面之上；潜水电机6与曝气机主体1相连，设置在水面下；所述的潜水电机6通过转轴与叶轮5连接，用于带动叶轮5旋转，叶轮5与喷嘴4相连，在叶轮5旋转下对污水做功，推动污水运动，同时在喷嘴4处由于喷嘴4由通流面积是先减小后增大过程，在通流面积减少区域，产生负压，可吸收水面上方的空气进入曝气池，空气在曝气中在水流的带动下，充分混合同时射向污水池其他位置，完成曝气。若吸入空气较少，可有风机组件2中的鼓风机向曝气池送气；所述叶轮5中叶
片的前沿与转轴通过销轴固定，使叶片整体能够绕各自销轴旋转一定角度以改变空气入道口面积；
9.所述的可变角度喷流罩7设置在叶轮套筒喷嘴口处，由多个花瓣状的叶片构成一个花型结构，花瓣状的叶片的与叶轮套筒喷嘴口处通过铰链连接，通过改变花瓣状的叶片的开合角度实现聚合状态和收拢状态两种不同的状态。
10.花瓣状的叶片与设置在叶轮套筒喷嘴口处的微电机驱动连接，在微电机的驱动下实现花瓣状的叶片的开合角度的改变。每个叶片中间部位均设有合页装置，通过设置在叶片上的步进电机控制叶片前端的弯曲角度。
11.最大可聚合至叶片最外侧大致形成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的1.5倍，单个叶片的倾折角度是20
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸360mm。
12.最大可展开至叶片最外侧大致形成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的3倍，此时单个叶片的倾折角度为70
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸90mm。
13.所述的可变角度喷流罩7的花型结构由两个花瓣状叶片组构成，每个花瓣状叶片组由五个花瓣状叶片连接在一起构成，所述的花瓣状叶片组中呈聚合状叶片和呈展开状的叶片交替排列；花型结构中每个花瓣状叶片组由一个微电机驱动，整个花型结构通过两个微电机驱动在叶轮套筒喷嘴口处绕中心轴旋转。
14.进一步的，聚合叶片倾折角度为30
°
，展开叶片倾折角度为60
°
。
15.本发明的有益效果：
16.本发明可以通过叶轮叶片的聚合和展开，可以改变空气入道口面积。通过空气流入更加聚集，并且跟污水能够快速充分混合，这种聚合状适合需要对喷嘴口指定一段稍长距离的位置进行对准快速有效曝气，配合可变角度喷流罩同时采用聚合状，可以实现增加曝气距离的效果；叶轮叶片展开后截面等价于原型空气入道口面积，空气流入趋于整面，这种展开状适合对喷嘴口处环境进行大面积持续曝气，配合可变角度喷流罩同时采用展开状，能够减小曝气距离，而增大曝气面积，实现曝气面积和曝气距离的可调。
附图说明
17.图1现有曝气机结构图
18.图2喷流罩聚合状
19.图3聚合状叶片简易示意图
20.图4聚合状带轴销叶轮叶片截面图
21.图5喷流罩展开状
22.图6展开状叶片简易示意图
23.图7展开状带轴销叶轮叶片截面图
24.图8旋转控制两边五连体组合叶片
25.图9分边控制连体叶片简易示意图
具体实施方式
26.下面以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
27.实施例1
28.一种曝气距离可调的潜水曝气机，主要由曝气机主体1、风机组件2、浮球3、喷嘴4、叶轮5、潜水电机6和可变角度喷流罩7组成；所述的浮球3与曝气机主体1连接，使曝气机主体1漂浮于曝气池的水面之上；风机组件2安装在曝气机主体1上部位于在水面之上；潜水电机6与曝气机主体1相连，设置在水面下；所述的潜水电机6通过转轴与叶轮5连接，用于带动叶轮5旋转，叶轮5与喷嘴4相连，在叶轮5旋转下对污水做功，推动污水运动，同时在喷嘴4处由于喷嘴4由通流面积是先减小后增大过程，在通流面积减少区域，产生负压，可吸收水面上方的空气进入曝气池，空气在曝气中在水流的带动下，充分混合同时射向污水池其他位置，完成曝气。若吸入空气较少，可有风机组件2中的鼓风机向曝气池送气；所述叶轮5中叶片的前沿与转轴通过销轴固定，使叶片整体能够绕各自销轴旋转一定角度以改变空气入道口面积；叶轮5中叶片的底部沿滑轨进行转动和锁死。
29.可变角度喷流罩7设置在叶轮套筒喷嘴口处，由10个花瓣状的叶片构成一个花型结构，花瓣状的叶片的与叶轮套筒喷嘴口处通过铰链连接，通过改变花瓣状的叶片的开合角度实现聚合状态和收拢状态两种不同的状态。
30.花瓣状的叶片与设置在叶轮套筒喷嘴口处的微电机驱动连接，在微电机的驱动下实现花瓣状的叶片的开合角度的改变。每个叶片中间部位均设有合页装置，通过设置在叶片上的步进电机控制叶片前端的弯曲角度。
31.本实施例中由微电机分别控制各花瓣叶片收拢状态，并控制叶轮叶片配合，可以延伸输送空气的距离，某些环境中弥补曝气机喷嘴距离不够缺陷，或增加空气与水的接触面积，因为聚合和展开导致喷流罩的长度在变化，所以针对不同环境状态下的需求均可达到可调节效果，远近皆行。
32.如图2所示，可变角度喷流罩7中叶片呈聚合状，最大可聚合至叶片最外侧大致形成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的1.5倍，此时单个叶片的倾折角度是20
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸360mm(如图3)；控制叶轮叶片绕叶片前沿轴点旋转伸缩至最大35
°
，截面相对于原型空气入道口面积变小(如图4所示)，空气流入更加聚集，并且跟污水能够快速充分混合，这种聚合状能够配合叶轮叶片的聚合状指定一段稍长距离的位置进行对准快速有效曝气。
33.如图5所示，可变角度喷流罩7中叶片呈展开状，最大可展开至叶片最外侧大致行成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的3倍，此时单个叶片的倾折角度为70
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸90mm(如图6)，控制叶轮叶片绕叶片前沿轴点旋转伸缩至最小0
°
(即原型状)，截面等价于原型空气入道口面积(如图7所示)，空气流入趋于整面，这种展开状配合叶轮叶片的展开状适合对喷嘴口处环境进行大面积持续曝气。
34.实施例2
35.本实施例花型结构由两个花瓣状叶片组构成，每个花瓣状叶片组由五个花瓣状叶片连接在一起构成，所述的花瓣状叶片组中呈聚合状叶片和呈展开状的叶片交替排列；花型结构中每个花瓣状叶片组由一个微电机驱动，整个花型结构通过两个微电机驱动在叶轮套筒喷嘴口处绕中心轴旋转。
36.曝气机下水前可根据实际工作环境手动调节两边各自聚合状和展开状的幅度，一旦进入水中不再改变形状，这样可以形成对空气的引流作用，提高曝气效率。在水中由于工作时长和工作环境的变化，若需要调整喷嘴口附近具体哪个方向的曝气效率的提升和缓
解，可以通过旋转罩子的展开状一边指向，对空气输出的主动引流，灵活控制，更具针对性，更加节能。
37.可设定标准型为一边聚合叶片倾折角度为30
°
，一边展开叶片倾折角度为60
°
，当然根据实际情况在下水前可进行人工微调两边的幅度，不过进入水中后只可旋转不可再调整幅度(如图9)。
38.技术效果验证
39.以上两个类型的喷流罩，共同的特性都是在原本无喷流罩对比情况下，有效的增大了喷嘴口空气与水接触的曝气面积，不同程度上延伸了喷嘴的长度，达到可调节曝气距离的效果。
40.控制同等的工作条件，叶轮顶端浸没于水下3m，转速为800r/min，两款类型的叶片控制微电机也运作的情况下，工作相同的时间，带喷流罩的曝气机运作总功率分别为13.8w和13.6w，而未装喷流罩的运作功率为13.5w，说明功耗近乎相同，略有增长。通过鼓风机灌入空气，在氧气利用率都为10％的条件下，所得实验数据如下表：
[0041][0042]
技术特征：1.一种曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，主要由曝气机主体(1)、风机组件(2)、浮球(3)、喷嘴(4)、叶轮(5)、潜水电机(6)和可变角度喷流罩(7)组成；所述的浮球(3)与曝气机主体(1)连接，使曝气机主体(1)漂浮于曝气池的水面之上；风机组件(2)安装在曝气机主体(1)上部位于在水面之上；潜水电机(6)与曝气机主体(1)相连，设置在水面下；所述的潜水电机(6)通过转轴与叶轮(5)连接，用于带动叶轮(5)旋转，叶轮(5)与喷嘴(4)相连，在叶轮(5)旋转下对污水做功，推动污水运动，同时在喷嘴(4)处由于喷嘴(4)由通流面积是先减小后增大过程，在通流面积减少区域，产生负压，可吸收水面上方的空气进入曝气池，空气在曝气中在水流的带动下，充分混合同时射向污水池其他位置，完成曝气；若吸入空气较少，可由风机组件(2)中的鼓风机向曝气池送气；所述叶轮(5)中各叶片的前沿与转轴通过销轴固定，使叶片整体能够绕各自销轴旋转一定角度以改变空气入道口面积；所述的可变角度喷流罩(7)设置在叶轮套筒喷嘴口处，由多个花瓣状的叶片构成一个花型结构，花瓣状的叶片的与叶轮套筒喷嘴口处通过铰链连接，通过改变花瓣状的叶片的开合角度实现聚合状态和收拢状态两种不同的状态。2.根据权利要求1所述的曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，可变角度喷流罩(7)花瓣状的叶片与设置在叶轮套筒喷嘴口处的微电机驱动连接，在微电机的驱动下实现花瓣状的叶片的开合角度的改变。3.根据权利要求1所述的曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，可变角度喷流罩(7)每个叶片中间部位均设有合页装置，通过设置在叶片上的步进电机控制叶片前端的弯曲角度。4.根据权利要求1所述的曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，可变角度喷流罩(7)最大可聚合至叶片最外侧形成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的1.5倍，单个叶片的倾折角度是20
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸360mm。5.根据权利要求1所述的可变角度喷流罩，其特征在于，可变角度喷流罩(7)最大可展开至叶片最外侧大致形成的圆弧的直径是叶轮直径90mm的3倍，此时单个叶片的倾折角度为70
°
，由喷嘴口处可向前最大延伸90mm。6.根据权利要求1所述的曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，可变角度喷流罩(7)花型结构由两个花瓣状叶片组构成，每个花瓣状叶片组由五个花瓣状叶片连接在一起构成，所述的花瓣状叶片组中呈聚合状叶片和呈展开状的叶片交替排列；花型结构中每个花瓣状叶片组由一个微电机驱动，整个花型结构通过两个微电机驱动在叶轮套筒喷嘴口处绕中心轴旋转。7.根据权利要求6所述的曝气距离可调的潜水曝气机，其特征在于，可变角度喷流罩(7)聚合叶片倾折角度为30
°
，展开叶片倾折角度为60
°
。
技术总结本发明提出了一种曝气距离可调的潜水曝气机，属于潜水曝气机技术领域，本发明的目的是提高潜水曝气机的曝气效率和方向可控性，本发明可以通过叶轮叶片的聚合和展开，可以改变空气入道口面积。通过空气流入更加聚集，并且跟污水能够快速充分混合，这种聚合状适合需要对喷嘴口指定一段稍长距离的位置进行对准快速有效曝气，配合由多个花瓣状的叶片构成花型结构的可变角度喷流罩，让花型结构聚合状，可以实现增加曝气距离的效果；也可采用相反的方式起到增大曝气面积的效果，实现曝气距离的可调。调。调。
技术研发人员：田丽梅 徐浩然 田伟 赵杰
受保护的技术使用者：吉林大学威海仿生研究院
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
