用於在水中推動水的方法和泵的製作方法
2023-06-13 09:41:06 3
專利名稱：用於在水中推動水的方法和泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在一個水域中推動水的方法。
一個水域(諸如一個湖或一個海灣)不是一個孤立的生態系統，相反它非常依賴於該水域的大氣環境以及該水域的周圍區域的環境，該水域所接收的水來自於周圍區域。
由於降雨而使水中加入了硫酸H2SO4和硝酸HNO3，硫酸H2SO4和硝酸HNO3，特別是在缺乏氧化鈣的水域中能夠形成一種動植物難於生存的環境。進而，細菌的降解能力降低以致於以腐質土成分形式存在的不能降解的有機物質量增大。
從周圍區域流入到該水域的水通常帶有一些從城市地區排放的汙水，這些水中帶有大量的養分(例如以亞硝酸鹽和硝酸鹽的形式存在的)，這樣特別是藻類的生物活性大大地增加。從而，湖中的能見深度降低，水域底部的植物開始死亡。
在底層植物死亡的同時，該水域的供氧量也隨之減少，從而使死去的有機物質不能完全腐爛，這樣在該水域的底部中形成一個不腐爛有機物質層。特別是一個水域底部的環境有時是非常惡劣的以致於比較高級的有機體不能生存。該水域可被認為是「死」的。
但是，特別是一個相當深的水域的表面和底部的生存環境是大不相同的，所述水域在一個上部溫暖區域和下部寒冷區域之間具有一個溫變層。這樣，在該水域的表面含氧量較高，而在比較深的水中含氧量較低。這種現象特別出現在溫變層形成階段中，在溫變層形成階段中沒有足夠的風使水能夠有效地運動。
為了解決這個問題，人們進行了各種嘗試，利用由電流或內燃機引擎驅動的機械泵以人工方式推動這樣的水域。但是，對於處理極大量的水所消耗的這種能量是非常大的，另外，所用的在任何情況下都是利用可動機械部件操作的設備容易在工作中出現故障，因此需要經常在海下的艱苦環境中對所述設備進行檢查和維護。因而，這種方法不能廣泛地使用。
本發明的目的在於，提供一種結構簡單且運行可靠的方法和泵，它們能夠在無需消耗外部能量的前提下推動水。
本發明的第二個目的在於，利用這種推動方法以將預定的成分從水中排出。
本發明的第三個目的在於，利用這種推動方法以將所需的添加劑加入到水中。
這可利用本發明所涉及的新穎且獨特的特徵來完成，即將該水域的表面區域中的水波轉換成旋流，將所述旋流向下引向該水域的底部。
所述旋流水用於將含氧量較高的表面水中的氧和水波中所附帶的外界空氣加入到含氧量較低的下部區域中。由於該旋流水相對於非旋流的水流具有較高的速度和較大的內能，因此表面水能夠與底部水有效地混合。
本發明還涉及一種用於實現上述方法的泵。所述泵包括至少一個基本上沿著水平方向延伸的旋流管，所述旋流管最好浸沒在該水域中並且具有一個縱向狹槽，所述泵還包括至少一個最好以曲線方式延伸的導流片，所述導流片具有一個上部前緣，所述上部前緣在操作中朝向一個水波波陣面，所述水波波陣面可能出現在該水域的表面區域中，所述導流片還具有一個下部後緣，所述下部後緣沿著所述狹槽延伸。以水波形式存在的水流到至少一個導流片中，流入到導流片中的水通過縱向狹槽沿切線方向流入到所述旋流管中，這樣使所述水流在旋流管中以一種已知的方式劇烈的旋轉，從而使所述水流在旋流管中形成旋流。
本發明所涉及的新穎且獨特的技術特徵在於，所述旋流管的每一個端部與一個浸沒在水中的管相流通，所述浸沒在水中的管向著該水域的底部向下延伸。該浸沒在水中的管用於將在所述旋流管中旋流向下引入到需要與含氧量較高的表面水和外界空氣混合的區域。
本發明所涉及的泵結構簡單並且無需可動部件即可工作。因此能夠可靠地運行並且長時間地工作，無需檢查和維護。這種推動方法能夠在不使用外部能量和無需很大的成本的條件下實施。該推動方法僅利用存在於水波中的動能和勢能作為運行的能量。
一個流動的旋流所具有的奇特特徵是，能夠在不嚴重損耗能量或改變結構的情況下比較容易地改變方向。當所述旋流管和浸沒在水中的管利用一個彎曲部分互連以使旋流改變方向時，這個優點能夠以最佳的方式被保持，從而不會在轉動的水中引起紊流。
在所述浸沒在水中的管的開口下方，可放置一個碗形的阻擋件，所述阻擋件具有一個壁，在橫截面中看過去，所述壁逐漸形成一個方向向上的中心點。所述碗使流出的旋流水轉向以使水向上流動而不是向下流入到底部中，旋流進入水域的底部可能會因帶起水底物質而使旋流受損，並因而使水受到汙染。
一個水域可具有非常大的水平延伸區域。為了在與所述泵保持一個較大水平距離的區域中的底部水與含氧量較高的表面水混合，所述浸沒在水中的管的底部可相對於鉛垂線彎曲。從而，為所述旋流提供一個速度分量，所述速度分量能夠使所述旋流向著上述區域運動。
當具有兩個沿著相反方向的轉動的旋流並且這些旋流的底部都按照與在相對兩側上的旋流水運動方向相同的方向轉動時，這些旋流將相互排斥以致於非常大的底部區域中的水能夠被加氧。
在所述浸沒在水中的管中的水的轉動能夠使水中較重的成分被投向該管的管壁，而較輕的成分將移向該管的中心。利用在一個所需高度處使所述浸沒在水中的管與一個被引向所述旋流中的一個特定層中的排出管道相連，能夠將該層從向下流動的表面水中完全或部分地排出。
這樣，一種不需要的生物質可被分離出來並且通過排出管道將所述生物質導向已排乾水的表面。或者，所述排出管道可與一個設置在水中的過濾袋相連。
利用幾個分別通向旋流中每一個分離層中排出管道能夠以可選擇的方式將不同的成分從水中排出。
在一個優選實施例中，所述旋流管還可與一個輸入通道相流通，所述輸入通道在頂部開口。當所述輸入通道終止於水面上方時，外部空氣在旋流管中的負壓作用下被吸入到旋流管中。從而，所述旋流直接將其所附帶的外界空氣向下運送以為下部水域加氧。
所述輸入通道還可用於將添加劑向下注入到所述旋流管中。例如，使用於改變PH值(例如在酸性的湖中)的氧化鈣隨著旋流一起向下進到所述湖中，氧化鈣在湖中與酸性的水有效地混合。
當所述輸入通道終止於水面下方時，表面水將被吸入到所述旋流管中，從而能夠通過所述浸沒在水中的管將額外的大量含氧量較高的水向下送向水域的底部。
現將參照附圖對實施例進行描述，從而對本發明進行更詳細地說明，其中
圖1是本發明所涉及的一個激勵泵(launched pump)的一個平面示意圖；圖2是圖1中所示泵的一個側視圖；圖3是圖1中所示泵的一個主視圖；圖4是圖1-圖3中所示泵的一個局部放大透視圖；圖5是具有一個下部阻擋件的泵中的一個浸沒在水中的管下端的一個側視圖並且是在縱向截面中部分表示的；圖6是所述浸沒在水中的管下端的第二實施例的一個側視圖；圖7是圖6中所示管的一個橫截面圖；圖8是所述浸沒在水中的管下端的第三實施例和一個運動旋流的側視圖；圖9是兩個圖8中所示那種浸沒在水中的管和兩個運動旋流的一個平面圖，所示兩個管是相鄰設置的；
圖10是與所述泵的一個旋流管相連的浸沒在水中的管、與所述旋流管相連的輸入通道以及兩個與所述浸沒在水中的管相連的排出管道的一個部分視圖；圖11是沿著圖10中的Ⅺ-Ⅺ線所得到的一個截面圖。
圖1-圖3示出了本發明所涉及的一個浮在一個水域2中的泵1。利用一個纜繩5使所述泵固定在位於該水域底部4的一個錨具3上。這裡，假設所述水域是「死」湖，其底部水中的含氧量很低。
如圖1中所示，從上方看過去，該泵的形狀大致為楔形體，所述纜繩固定在該楔形體6的尖部。這意味著，該泵將會以所述尖部始終指向水波波陣面的方式在所述湖中擺動。
如圖4中以最佳方式示出的，所述泵圍繞一個水平延伸的旋流管7，所述旋流管7在水面下方並且與所述水面保持一定的距離。所述旋流管的頂部具有縱向狹槽8。所述旋流管上用於支承所述泵的支承部分也具有與所述泵相同的楔形。
沿著旋流管7，所述泵總共具有六個曲線形導流片9，這些導流片位於一列中並且它們相互之間的位置關係是一個在另一個的後面和上方，每一個導流片都具有一個上部前緣10a，所述上部前緣10a在正常操作中以向前偏斜的方式朝向水波波陣面，所述每一個導流片還都具有一個底部後緣10b，所述底部後緣10b沿著所述旋流管的狹槽8延伸。六個導流片9中位於最下方的導流片延伸到一個斜坡12中，所述斜坡以向下偏斜的方式延伸並且朝向水波波陣面(wave front)。
在所示情況下，利用一個中心浮筒11a和兩側浮筒11b使所述泵浮在水中。在旋流管的下方，所述泵還具有一個阻尼板13，所述阻尼板13具有較大的面積並且位於較深的總體來說沒有水波的位置。
在沒有所述阻尼板的情況下，所述泵可能會隨著經過的水波的移動而移動。然而，因為在所述泵僅沿著豎直方向移動的過程中，所述阻尼板將慢慢地排出在該板周圍的大量的水，該泵將不能跟隨著具有較高頻率的水波的移動而運動。
因此，當所述泵能夠隨著水的高度的緩慢變化(例如由於潮水)而變化時，所述泵的垂直位置相對於經過水波的波幅(amplitude)是相對不變的。
在操作過程中，水波的上部掃過所述泵，而水波的下部達到所述斜片12並從斜片12流入到所述泵中。接著，這些水沿著所述泵的導流片9通過所述縱向狹槽8從切線方向流入到旋流管7中，從而在所述旋流管中形成一個旋流14，所述旋流14具有由水波的動能和勢能所構成的內能。
上述技術可從歐洲專利No.0 611 418中得到，這篇文獻在這裡作為參考。
這種已知的設備是一種用於將水波的能量轉換成電流或者在其它場合下轉換成其它形式的能量的動力設備。為此，在旋流管7的每一個端部處都設置一個用於驅動發電機(未示出)的渦輪(未示出)。所述旋流驅動所述渦輪，所述渦輪以一種非旋流的狀態使已排出能量的旋流回到周圍環境中。
本發明所涉及的泵是一種利用水波的能量在水流中推動水的泵。在這種情況下，利用一個彎曲部分15和一個浸沒在水中的管16將所述旋流14向下送向水底4並且使所述旋流14被送至一個下部區域17，旋流14在所述下部區域17中以完全轉動狀態被排出，同時保持其所有的內能。
因此，旋流14在外部上升的旋流18中在所述浸沒在水中的管16外部得到繼續，所述旋流18使周圍水底的水運動。這樣，水域中氧含量較低的底部水和含氧量較高的表面水以及由水波帶入到所述泵中的外界空氣有效地混合。
可以看出，利用這種方式能夠使所述水域的水被泵送到周圍，外部上升旋流18始終用於將底部水引導到水域表面，內部旋流14用於將水引向水域底部。
當所述旋流14中的水向下流向水域底部時，存在著旋流可能將帶起水底物質(諸如淤泥)的危險。為了克服這個缺點，如圖5中所示，將一個碗19放在所述浸沒在水中的管的底部出口下方，該碗的壁在一個雙曲線迴轉表面中逐漸形成一個方向向上的中心點20。由於該特定實施例，因此所述碗能夠使下降的內部旋流14轉向並形成上升的外部旋流18。
圖6和圖7示出了所述浸沒在水中的管的下端部分的第二實施例。在該結構中，利用一個底21封閉所述浸沒在水中的管的底部，所述浸沒在水中的管的端部設有縱向鰓22，利用所述縱向鰓22能夠以較高的速度將內部旋流14的含氧量較高的表面水排放到周圍的底部水中。這樣，能夠在所述浸沒在水中的管半徑較大的情況下確保底部水有效的攪動。
在圖8中，所述浸沒在水中的管16的下端部分23向前彎向一個需要加氧的底部區域。在所述浸沒在水中的管的出口下方放置一個阻擋件24，所述阻擋件24用於防止所述旋流帶起水域底部物質。所述端部的向前偏斜的朝向為向外流動的旋流14提供了一個速度分量，所述速度分量能夠形成多個分開的旋流，這些多個分開的旋流沿箭頭所示方向上依次向著所述區域運動。圖8示出了這些旋流25中的一個。在旋流的運動過程中，所述旋流受到一個橫向流體動力的作用，所述橫向流體動力能夠使所述旋流沿著一個曲線路徑運動。
在圖1至圖4中所示的泵中，所述旋流管7在兩端處分別與兩個浸沒在水中的管16相連，每一個浸沒在水中的管16形成一個旋流26。圖9中示出了這種情況，其中兩個浸沒在水中的管16的端部都以圖8中所示方式彎曲。所述橫向流體動力迫使旋流26沿著箭頭所示方向逐漸分開。運動的旋流能夠經過很大的區域為「死」的底部水加氧。
圖10和圖11部分地示出了分別與一個第一排出管道27和一個第二排出管道28相連的浸沒在水中的管16。如圖11中所示，兩個排出管道是經過所述浸沒在水中的管的管壁被引導到所述內部旋流14中，所述排出管道的開口端逆著旋流的旋轉方向。
所述第一排出管道與一個立管29相連，所述立管29延伸到水面上方並且終止於一個接收容器30中，所述接收容器30設有一個多孔的底部。
轉動水流中的重力根據密度將水中的成分分成多個同心的層。例如，在湖中的多餘生物質將被設置在一個特定的層中，當所述排出管道的開口端在這一層中時，所述多餘生物質將完全或部分地被排出。所述生物質通過立管29被送至接收容器30，附帶的水在所述接收容器30中被排乾。這樣，在為該湖的底部水加氧的同時還能將不需要的成分從湖中排出。
所述第二排出管道28作用與第一排出管道27相同，在這種情況下，水中的不需要成分可被收集在一個過濾袋31中而不是所述接收容器30。
在圖10中還示出了一個輸入通道32，所述輸入通道32在水面的上方並且與水面保持一定的距離。由於所述旋流管7中的負壓作用，外界空氣經過所述輸入通道32被吸入到旋流14中並且隨著所述旋流14經過所述浸沒在水中的管16向下進入到底部水中，從而提供了大量額外的氧。所述輸入通道的下端被引導到所述旋流的旋轉軸線中並且沿著流動方向向前彎曲，從而能夠使所述輸入通道按照需要有效地工作。
如果該湖是酸性的，所述輸入通道32如箭頭所示還可用於加入氧化鈣，在推動水的過程中能夠利用所述泵將氧化鈣有效地分配到該湖中。同樣，其它所需的添加劑也可容易地被分配到該湖中。為此，所述輸入通道的上端的形狀為漏鬥形。
權利要求
1．一種用於在一個水域(2)中推動水的方法，其特徵在於，將該水域的表面區域中的水波轉換成旋流(14)，將所述旋流(14)向下引向該水域的底部(4)。
2．一種如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述旋流(14)形成為兩個旋流。
3．一種用於在一個水域(2)中推動水的泵(1)，所述泵(1)包括至少一個基本上沿著水平方向延伸的旋流管(7)，所述旋流管(7)最好浸沒在該水域中並且具有一個縱向狹槽(8)，所述泵(1)還包括至少一個最好以曲線方式延伸的導流片(9)，所述導流片(9)具有一個上部前緣(10a)，所述上部前緣(10a)在操作中朝向一個水波波陣面，所述水波波陣面可能出現在該水域的表面區域中，所述導流片(9)還具有一個下部後緣(10b)，所述下部後緣(10b)沿著所述狹槽延伸，其特徵在於，所述旋流管至少在一個端部處與一個浸沒在水中的管(16)相流通，所述浸沒在水中的管(16)向著該水域的底部(4)向下延伸。
4．一種如權利要求3所述的泵(1)，其特徵在於，所述旋流管(7)利用一個彎曲部分(15)與所述浸沒在水中的管(16)相連。
5．一種如權利要求3或4所述的泵(1)，其特徵在於，一個阻擋件(24)位於與所述浸沒在水中的管(16)的底部開口保持一定距離的位置處，所述阻擋件(24)沿著與所述浸沒在水中的管(16)的軸線垂直的方向延伸。
6．一種如權利要求5所述的泵(1)，其特徵在於，所述阻擋件是一個碗(19)，所述碗的壁利用一個雙曲線迴轉表面從周邊逐漸形成一個方向向上的中心點。
7．一種如權利要求3至6中任何一項所述的泵(1)，其特徵在於，至少所述浸沒在水中的管(16)的下端部分與鉛垂線之間形成一個角度。
8．一種如權利要求3至7中任何一項所述的泵(1)並且所述泵(1)具有兩個所述浸沒在水中的管(16)，其特徵在於，至少每一個所述浸沒在水中的管(16)的下端部分與鉛垂線之間形成一個角度，該角的偏轉方向與在相對兩側上的旋流水運動方向相同。
9．一種如權利要求3至8中任何一項所述的泵(1)，其特徵在於，所述泵(1)包括至少一個排出管道(27，28)，所述排出管道(27，28)與所述浸沒在水中的管(16)中的旋流(14)相通以使所述旋流的一部分成分能夠通過所述排出管道排出。
10．一種如權利要求3至9中任何一項所述的泵(1)，其特徵在於，所述泵包括至少一個輸入通道(32)，所述輸入通道(32)具有一個上端和一個下端，所述上端自由地終止於所述水域的表面區域中或在所述表面區域上方的外界空氣中，所述下端與所述旋流管(7)或所述浸沒在水中的管(16)相流通。
全文摘要
本發明涉及一種例如在一個湖(2)中推動水的方法,該方法利用一個泵(1)將湖中的水波轉換成旋流水(14),所述旋流水(14)向下被送向該水域的底部(4)。所述泵包括一個水平延伸的旋流管(7)和至少一個最好以曲線方式延伸的導流片(9),所述旋流管(7)具有一個縱向狹槽(8),所述導流片(9)具有一個上部前緣(10a)和一個下部後緣(10b),所述上部前緣(10a)在操作中朝向湖中的一個水波波陣面,所述下部後緣(10b)沿著所述狹槽延伸。所述旋流管的兩端與一個浸沒在水中的管(16)相流通,所述浸沒在水中的管(16)向著該水域的底部(4)向下延伸。由於該泵能夠在沒有可動部件的情況下工作,因此它是簡單和可靠的。該泵能夠在無需消耗外部能量的情況下將含氧量較高的表面水和外界空氣引到水底認為含氧量較低的「死」的底部水加氧。同時,該泵還可用於將不需要的成分(諸如多餘的生物質)從該湖中排出以及將所需的添加劑(諸如氧化鈣)加入到該湖中。
文檔編號F03B13/14GK1295536SQ9980450
公開日2001年5月16日 申請日期1999年3月23日 優先權日1998年3月26日
發明者埃裡克·斯科魯普 申請人:維弗普蘭國際有限公司