一种自主导航太阳能纳米曝气无人艇

技术领域

本发明涉及水污染处理技术领域，尤其是涉及一种自主导航太阳能纳米曝气无人艇。

背景技术

中国是个水资源严重短缺的国家，水环境问题极为突出，如大面积水体（河道、湖泊）区域存在COD（Chemical Oxygen Demand，即化学需氧量）高、水体内缺氧、水体富营养化等，导致好氧微生物无法分解水体内有机物，造成厌氧发酵，长期形成黑臭水体等严重现象。为了实现低成本的污染水体的治理，满足人类社会可持续发展的需要和实现人与自然的和谐发展，污染水体修复的研究和实践成为当前热点问题。目前，对于日益严重的河湖污染问题，水体曝气作为一种投资少、见效快的河湖污染治理技术被广泛采用。

现有技术中，用于水质改善和治理领域中的曝气装置是鼓风曝气装置，由加压设备、扩散装置和管道系统组成，加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机。扩散装置一般有：小气泡扩散装置，例如扩散板、扩散管或扩散盘等；中气泡扩散装置，例如穿孔管；大气泡扩散装置，例如竖管曝气等。这种曝气装置普遍存在的不足之处是：管路复杂，氧利用率较低(一般在10％以下)，维修时间长，维修成本高等不足。也有对现有技术的曝气设备进行改进的技术方案，如专利申请号为CN201320759235.X的中国专利公开了一种纳米曝气设备，包括设备支架、浮筒、电控箱和气泵、纳米曝气管、纳米曝气盘，具有较高的氧利用率，给水体增加溶解氧的效果较好。又如专利申请号为CN201620878360.6，名称为一种基于太阳能微纳米曝气的复合人工浮岛水处理装置，包括太阳能供电系统、微纳米曝气系统、自控系统和复合人工浮岛系统，太阳能供电系统分别为微纳米曝气系统和自控系统提供电能，微纳米曝气系统为复合人工浮岛系统提供曝气，微纳米曝气系统与自控系统连接，整体设备由独立的模块化设备拼接而成，组装维护十分方便。

但是上述方案由于均是固定式设置，覆盖面积有限，且研究表明，曝气器在水面下方50-60cm时曝气效果最佳，因此固定的方式还使得治理效率难以得到进一步的提高；另外，由于曝气器长期在污水中运行，污水中微生物较多，微生物容易附着在曝气器表面，微生物新陈代谢过程中分泌的细胞代谢产物会造成管壁腐蚀、结垢和氧化，尤其是堵塞曝气膜微孔，影响曝气效果和充氧效率，影响曝气膜的使用寿命。

有鉴于此，我们开发出一种纳米曝气无人艇，实现曝气系统的可移动化与浮动设置，在大大提高可覆盖面积的同时，保证曝气系统与水位之间的距离，使得工作效果保持最佳范围，同时避免微生物长期生存繁殖造成的曝气孔堵塞影响曝气效果和充氧效率，避免频繁维护，提高使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种自主导航太阳能纳米曝气无人艇，通过在无人艇上设置纳米曝气系统，并通过太阳能供电系统同时对纳米曝气系统供电和驱动无人艇前进，实现更广范围的区域覆盖，同时将曝气管设置在水面下最佳位置使得曝气效果更好，并对曝气管设置保护措施，保证长期的使用寿命。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种自主导航太阳能纳米曝气无人艇，包括无人艇本体、无人艇动力舱、太阳能供电系统、纳米曝气系统，所述无人艇本体上开设有安装槽，安装槽内设置有无人艇动力舱，无人艇动力舱给无人艇的螺旋桨提供动力并通过控制器控制船舵的方向；所述太阳能供电系统包括设置在安装槽内的太阳能光伏电池板和蓄电设备，蓄电设备与无人艇动力舱和纳米曝气系统相连通；所述纳米曝气系统包括独立设置在无人艇本体下方的曝气水箱，曝气水箱内设置有曝气管，纳米曝气系统还包括设置在安装槽内的曝气泵，曝气泵通过连接管与曝气管相连，所述曝气水箱通过两侧的进水口进水，水流经过曝气管后通过曝气水箱尾端的尾盖流出。

进一步的，所述无人艇本体的船首开设有导流槽，所述导流槽包括与船首端面垂直的竖向通道，竖向通道尾端与横向通道连通，横向通道与竖向通道垂直，且横向通道的两端开口位于无人艇本体两侧壁，横向通道两侧均为向下倾斜的通道，竖向通道为向上倾斜的通道。

进一步的，所述太阳能光伏电池板包括第一太阳能光伏电池板和第二太阳能光伏电池板且两者由支柱组件支撑连接，所述支柱组件包括立柱，立柱底端连接在所述安装槽内的连接块内，立柱顶端连接有水平设置的第二太阳能光伏电池板，立柱上环形阵列设置有连接柱，各连接柱尾端均连接有倾斜设置的第一太阳能光伏电池板。

进一步的，所述无人艇本体两侧活动连接有浮块，浮块底部活动连接有连接板，连接板与曝气水箱相连。

进一步的，所述无人艇本体与浮块之间通过第一弹簧相连，所述浮块底部与连接板之间通过第四弹簧相连接。

进一步的，所述曝气水箱顶部与无人艇本体底面之间通过若干第三弹簧相连；所述曝气水箱前端横截面为三角形形状，曝气水箱两侧开设有进水口，进水口处设置有引导组件。

进一步的，所述引导组件包括引导管，引导管与进水口通过密封法兰连接，引导管内设置有水压传感器；引导管为伸缩软管结构，引导管下端的管道端面处连接有滤网板，滤网板底面通过第二弹簧连接有连接杆，所述连接杆为锥形结构。

进一步的，所述曝气管在曝气水箱内排列设置有若干排，且每一排的曝气管均为往复弯折循环的多层结构，每一排的曝气管之间相互连接；所述曝气管上覆盖有疏水曝气膜，疏水曝气膜外覆盖有防护布料。

进一步的，所述尾盖套设在曝气水箱尾端开口处并通过螺栓拧紧固定，尾盖与曝气水箱侧壁的结合面处设置有橡胶密封圈；所述尾盖上两侧对称开设有通孔，通孔处设置有单向阀，尾盖中部位置设置有扰流组件。

进一步的，所述扰流组件包括第一扰流板和第二扰流板，若干块第一扰流板布置于尾盖中部且位于所述螺旋桨下方，若干第二扰流板对称设置于第一扰流板两侧，所述第一扰流板的高度低于第二扰流板。

本发明的有益效果：

1、通过在无人艇上设置曝气系统，利用太阳能供电系统同时对曝气系统进行供电和驱动无人艇，实现工作区域更广范围的覆盖。其中太阳能供电系统的太阳能光伏电池板设置有多块，包括水平设置的第二太阳能光伏电池板和若干倾斜设置的第一太阳能光伏电池板，便于接受不同方向的光照并将太阳能储存到蓄电设备，蓄电设备本身的蓄电池组也可进行供电，防止动力能源不够；同时曝气系统的曝气水箱独立设置在无人艇本体下方，并与无人艇本体保持一定范围的距离，使得曝气管工作在最佳工作水位，具体为通过在无人艇本体两侧设置浮块，浮块与无人艇本体弹性连接，通过浮块下方与连接板弹性相连，连接板与曝气水箱刚性连接，从而将浮块对曝气水箱起到主要的支撑作用，避免曝气水箱与无人艇本体之间相互存在较大的影响，同时提高两者稳定性，且能将有效将曝气水箱保持在水位下一定的距离，同时曝气水箱与无人艇本体之间设置第三弹簧作为缓冲防护件。

2、通过在曝气水箱两侧设置引导组件将不同水位的水引导进入曝气水箱，提高了曝气系统的氧利用率，其中引导管为可伸缩的软管，当曝气水箱内随着曝气效果使得水压降低时，引导管可将底部较高水压的水引导进入曝气水箱，可有效的将底层缺氧的水经过曝气处理。引导管底端设置有滤网板起到过滤防护作用，且滤网板通过螺栓进行连接方便拆卸清理，同时滤网板底面通过第二弹簧连接有连接杆，连接杆可对引导管和滤网板起到支撑防护作用，防止滤网板陷入淤泥中，连接杆还可起到一定的锚定作用，防止软性的引导管随意飘动，连接杆与滤网板之间的第二弹簧起到缓震作用，也能配合引导管的伸缩功能进行伸缩。

3、通过在引导管内设置水压传感器，可将曝气水箱两侧的水体的水压进行实时监控，可通过无人艇动力舱内的控制器控制船舵转向往水压较大的方向进行前进，进入一个新的区域进行曝气操作，实现无人艇间隔式的运行，节省无人艇的能源消耗；无人艇本体在前进的过程中，由于无人艇船首设置有导流槽，正面撞击飞溅或者漫入船首的水通过竖向通道导入到横向通道再流出，防止对安装槽内的零部件造成溅湿等影响。

4、通过将曝气水箱内曝气管进行多排设置，且每一排均为往复弯折式的多层结构，有利于提高曝气效果，经过曝气处理的水流从曝气水箱的尾盖通孔处流出，并通过尾盖上设置的扰流板组件进行整流，不仅有利于无人艇整体的前行，同时防止乱流对螺旋桨造成干扰，使得无人艇的前进运行更为平稳。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的曝气水箱的连接示意图。

图3为本发明的安装槽内部的示意图。

图4为本发明的曝气水箱的尾盖的示意图。

图5为本发明的曝气水箱的内部的示意图。

图6为本发明的曝气管的形状的示意图。

图7为本发明的连接杆的安装示意图。

图中所述文字标注表示为： 1、无人艇本体；2、安装槽；3、第一太阳能光伏电池板；4、第二太阳能光伏电池板；5、浮块；6、第一弹簧；7、横向通道；8、船首；9、竖向通道；10、曝气水箱；11、水压传感器；12、引导管；13、管道端面；14、第二弹簧；15、连接杆；16、滤网板；17、第三弹簧；18、连接板；19、第四弹簧；20、立柱；21、连接柱；22、连接块；23、纳米曝气系统；24、无人艇动力舱；25、蓄电设备；26、螺旋桨；27、第一扰流板；28、第二扰流板；29、通孔；30、尾盖；31、曝气管；32、进水口。

具体实施方式

以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。

一种自主导航太阳能纳米曝气无人艇，包括无人艇本体1、无人艇动力舱24、太阳能供电系统、纳米曝气系统23，所述无人艇本体1上开设有安装槽2，安装槽2内设置有无人艇动力舱24，无人艇动力舱24给无人艇的螺旋桨26提供动力并通过控制器控制船舵的方向；所述太阳能供电系统包括设置在安装槽2内的太阳能光伏电池板和蓄电设备25，蓄电设备25与无人艇动力舱24和纳米曝气系统23相连通；所述纳米曝气系统23包括独立设置在无人艇本体1下方的曝气水箱10，曝气水箱10内设置有曝气管31，纳米曝气系统23还包括设置在安装槽2内的曝气泵，曝气泵通过连接管与曝气管31相连，所述曝气水箱10通过两侧的进水口32进水，水流经过曝气管31后通过曝气水箱10尾端的尾盖30流出。

优选的，请参照图1和图3所示，所述无人艇本体1的船首8开设有导流槽，所述导流槽包括与船首8端面垂直的竖向通道9，竖向通道9尾端与横向通道7连通，横向通道7与竖向通道9垂直，且横向通道7的两端开口位于无人艇本体1两侧壁，横向通道7两侧均为向下倾斜的通道，竖向通道9为向上倾斜的通道。

优选的，请参照图1和图2所示，所述太阳能光伏电池板包括第一太阳能光伏电池板3和第二太阳能光伏电池板4且两者由支柱组件支撑连接，所述支柱组件包括立柱20，立柱20底端连接在所述安装槽2内的连接块22内，立柱20顶端连接有水平设置的第二太阳能光伏电池板4，立柱20上环形阵列设置有连接柱21，各连接柱21尾端均连接有倾斜设置的第一太阳能光伏电池板3。

优选的，请参照图1和图2所示，所述无人艇本体1两侧活动连接有浮块5，浮块5底部活动连接有连接板18，连接板18与曝气水箱10相连。

优选的，请参照图2所示，所述无人艇本体1与浮块5之间通过第一弹簧6相连，所述浮块5底部与连接板18之间通过第四弹簧19相连接。

优选的，请参照图2和图5所示，所述曝气水箱10顶部与无人艇本体1底面之间通过若干第三弹簧17相连；所述曝气水箱10前端横截面为三角形形状，曝气水箱10两侧开设有进水口32，进水口32处设置有引导组件。

优选的，请参照图2所示，所述引导组件包括引导管12，引导管12与进水口32通过密封法兰连接，引导管12内设置有水压传感器11；引导管12为伸缩软管结构，引导管12下端的管道端面13处连接有滤网板16，滤网板16底面通过第二弹簧14连接有连接杆15，所述连接杆15为锥形结构。

优选的，请参照图5所示，所述曝气管31在曝气水箱10内排列设置有若干排，且每一排的曝气管31均为往复弯折循环的多层结构，每一排的曝气管31之间相互连接；所述曝气管31上覆盖有疏水曝气膜，疏水曝气膜外覆盖有防护布料。

优选的，请参照图4所示，所述尾盖30套设在曝气水箱10尾端开口处并通过螺栓拧紧固定，尾盖30与曝气水箱10侧壁的结合面处设置有橡胶密封圈；所述尾盖30上两侧对称开设有通孔29，通孔29处设置有单向阀，尾盖30中部位置设置有扰流组件。

优选的，请参照图4所示，所述扰流组件包括第一扰流板27和第二扰流板28，若干块第一扰流板27布置于尾盖30中部且位于所述螺旋桨26下方，若干第二扰流板28对称设置于第一扰流板27两侧，所述第一扰流板27的高度低于第二扰流板28。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。