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1、10申请公布号CN103774737A43申请公布日20140507CN103774737A21申请号201410019234022申请日20140116E03F3/02200601E03F3/04200601F03B13/0020060171申请人河海大学地址210098江苏省南京市鼓楼区西康路1号72发明人徐振山陈永平田万青王娅娜张长宽74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人虞希光54发明名称一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置57摘要本发明公开一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置。装置包括水轮发电机、电缆、支角A、控制器、齿轮、锯齿形连接杆、防水箱、扩散器、竖向管、环。
2、形固定片、刚性固定套筒、柔性防水套管、支角B、排污主管道。控制器可控制齿轮正反转动的速度和频率，锯齿形连接杆一端与齿轮契合，一端与环形固定片铰接，防水箱底端与支角A铰接。竖向管底端经柔性防水套管与排污主管道连接，刚性固定套筒覆盖在连接套上并与竖向管底端齐平，其底端与支角B铰接。工作时，水轮发电机向控制器提供电能带动齿轮转动，通过锯齿形连接杆带动竖向管以底端为支点转动，使污水从摇摆的扩散器中喷出。本发明可大大增加污水稀释效率，防止局部污染，节能环保，应用范围广。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页10申请公。
3、布号CN103774737ACN103774737A1/1页21一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机（1）、电缆（2）、支角A（3）、控制器（4）、齿轮（5）、锯齿形连接杆（6）、防水箱（7）、扩散器（8）、竖向管（9）、环形固定片（10）、刚性固定套筒（11）、柔性防水套管（12）、支角B（13）、排污主管道（14）,其特征在于水轮发电机（1）位于扩散器（8）上游，电能通过电缆（2）输出到控制器（4），控制器（4）通过控制齿轮（5）的转动，齿轮（5）与锯齿形连接杆（6）契合在一起，控制器（4）、齿轮（5）及锯齿形连接杆（6）的一部分都位于防水箱（7）内，防水箱（7）底端。
4、两侧布置有与之铰接的支角A（3），竖向管（9）顶端与扩散器（8）相连，环形固定片（10）固定于竖向管（9）上，并与锯齿形连接杆（6）铰接，竖向管（9）底端通过柔性防水套管（12）与排污主管道（14）连接，刚性固定套筒（11）覆盖在柔性防水套管（12）上起固定作用，刚性固定套筒（11）底端与竖向管（9）底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角B（13）。2根据权利要求1所述的通过水流发电供能的摇摆式排污装置，其特征在于所述锯齿形连接杆（6）为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片（10）的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。3根据权利要求1所述的通过水流发电供能的摇摆式排污装置，其特征在于所述防水。
5、箱（7）材质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。4根据权利要求1所述的通过水流发电供能的摇摆式排污装置，其特征在于所述扩散器（8）采用锯齿形或回旋障碍圆盘形式。权利要求书CN103774737A1/5页3一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置0001一、技术领域本发明属于环境水利工程污水排放技术领域，具体涉及一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置。0002二、背景技术随着我国经济的发展，水环境保护问题日益为国家所重视。其中，城市污水的达标排放已成为一个急需解决的现实问题。经过预处理的污水通常通过一定方式布置的排污扩散器，排放到江河、湖泊、渠道和海洋等水体中，利用污水和周围动水环境的剧烈掺混，使污染。
6、物得到快速有效的扩散及降解，从而达到特定的排放标准，尽量降低对环境的负面影响。0003如何保证污水尽快稀释同时把对环境的影响降到最低是排放工程成功与否的关键因素。早期的污水排放工程一般只是一条简单的放流管，末端开口并不带扩散器，这样容易导致加重局部水域的污染程度。到20世纪20年代，研究者开始在末端增加多孔的扩散器，并通过科学的物理实验和数值模拟手段论证多孔扩散器的稀释效果，发现来流方向和扩散器长度方向呈90度时，扩散器的效果最好。申请号为200720086523的专利采取了在常规扩散器基础上增加锯齿喷口的方法；申请号为2007200865242的专利将锯齿喷口换成了回形障碍圆盘。这两种方法都。
7、是对扩散器出口处进行改良从而改变污水喷出时的状态，能够起到一定的作用，但仍无法使污水与自然水体大面积均匀掺混。申请号为200710049669X的专利则采取了水体自适应调整排污口方法，即装置可根据水体状态自行调整排污口位置。然而该方法仍然会出现一段时间内集中在一点的污水排放，这样也不利于近区污水的充分稀释。目前排污装置的扩散器口大都局限于一个固定的位置，污水也保持恒定的速度射出，局部区域的污染现象仍较为严重，污水与环境水体的掺混和稀释效率也较低。因此，必须设计一种能够实现以摇摆状态排放污水从而能够加快污水稀释过程的排污装置。0004三、发明内容本发明的目的是针对现有排污装置的不足，设计一种通过。
8、水流发电供能的摇摆式排污装置，使得污水在近区尽快稀释以及避开排污造成的局部污染。0005本发明目的是通过以下的技术方案来实现的一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机1、电缆2、支角A3、控制器4、齿轮5、锯齿形连接杆6、防水箱7、扩散器8、竖向管9、环形固定片10、刚性固定套筒11、柔性防水套管12、支角B13、排污主管道14。水轮发电机1位于扩散器8上游，电能通过电缆2输出到控制器4，控制器4通过控制齿轮5的转动，齿轮5与锯齿形连接杆6契合在一起，控制器4、齿轮5及锯齿形连接杆6的一部分都位于防水箱7内，防水箱7底端两侧布置有与之铰接的支角A3；竖向管9顶端与扩散器8相连。
9、，环形固定片10固定于竖向管9上，并与锯齿形连接杆6铰接，竖向管9底端通过柔性防水套管12与排污主管道14连接，刚性固定套筒11覆盖在柔性防水套管12上起固定作用，刚性固定套筒11底端与竖向管9底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角B13。0006控制器4包括整流桥15、逆变桥16、双向晶闸管17、正反转电机18和程序控制系说明书CN103774737A2/5页4统19，其中程序控制系统19包括电源开关20、IGBT驱动单元21、DSP/MCU控制单元22和转速传感器23。0007锯齿形连接杆6为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片10的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。0008防水箱7材。
10、质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。0009扩散器8采用锯齿形、回旋障碍圆盘或其他形式。0010一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置的工作原理在于A当环境水体水流速度大于水轮发电机1最小发电速度时，水轮发电机1转动发电，交流电电能通过电缆2输送到控制器4；B控制器4中，交流电通过整流桥15变为直流电，然后通过DSP/MCU控制单元22产生SPWM波，经过IGBT驱动单元21全桥逆变，实现电压和频率可调，进而通过控制双向晶闸管17的导通与关断，来实现正反转电机18以一定频率和速度正转和反转，速度由程序控制以一定频率正弦或线性变化，若转速传感器23检测到正反转电机18转速有所偏离，DSP/MCU。
11、控制单元22会瞬时作出判断并及时通过PID算法调节SPWM波进行调整，当电能不足时DSP/MCU控制单元22将控制电机回至初始状态；C污水从污水处理厂排出，经由排污主管道14到达竖向管9和扩散器8处；D控制器4通过正反转电机18控制齿轮5正反转，齿轮5正反转带动与之相契合的锯齿形连接杆6保持斜向左右移动，锯齿形连接杆6的左右移动带动与之铰接的环形固定片10左右摆动，从而带动竖向管9和扩散器8以刚性固定套筒11底端为支点从竖直位置开始摆动，扩散器8摆动的振幅和频率可按要求由控制器4控制；E污水经由左右摆动的竖向管9，通过扩散器8排出。0011根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果本发明通过实。
12、现排污装置的摇摆，大大增加污水与环境水体的掺混面积和掺混强度，使得污水在近区可以充分且快速稀释，充分利用了环境水体的自净能力，同时防止局部污染的发生；本发明应用水流发电，不消耗额外的电能且避免电能的浪费，节能环保，应用范围较广。0012四、附图说明图1为顺水流方向左右摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置主视图；图2为控制器控制齿轮保持正弦频率正反转的电路图；图3为顺水流方向左右摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置右摆最大位移状态；图4为顺水流方向左右摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置左摆最大位移状态；图5为采用非摇摆式排污装置时污水扩散状态示意图；图6为采用摇摆式排污装置时污水扩散状态示意图；图7。
13、为垂直水流方向摆动的水流发电供能的摇摆排污装置主视图；图8为顺水流方向上下摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置主视图。0013附图标记说明1水轮发电机，2电缆，3支角A，4控制器，5齿轮，6锯齿形连接杆，7防水箱，8扩散器，9竖向管，10环形固定片，11刚性固定套筒，12柔性防水套管，13支角B，14排污主管道，15整流桥，16逆变桥，17双向晶闸管，18正反转电机，19程序控制系说明书CN103774737A3/5页5统，20电源开关，21IGBT驱动单元，22DSP/MCU控制单元，23转速传感器。0014五、具体实施方式本发明提供的一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置，结合附图和实施例详细。
14、说明如下。0015实施例1参见图1，一种顺水流方向左右摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机1、电缆2、支角A3、控制器4、齿轮5、锯齿形连接杆6、防水箱7、扩散器8、竖向管9、环形固定片10、刚性固定套筒11、柔性防水套管12、支角B13、排污主管道14。水轮发电机1位于扩散器8上游，电能通过电缆2输出到控制器4，控制器4通过控制齿轮5的转动，齿轮5与锯齿形连接杆6契合在一起，控制器4、齿轮5及锯齿形连接杆6的一部分都位于防水箱7内，防水箱7底端两侧布置有与之铰接的支角A3；竖向管9顶端与扩散器8相连，环形固定片10固定于竖向管9上，并与锯齿形连接杆6铰接，竖向管9底端通过。
15、柔性防水套管12与排污主管道14连接，刚性固定套筒11覆盖在柔性防水套管12上起固定作用，刚性固定套筒11底端与竖向管9底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角B13。0016控制器4包括整流桥15、逆变桥16、双向晶闸管17、正反转电机18和程序控制系统19，其中程序控制系统19包括电源开关20、IGBT驱动单元21、DSP/MCU控制单元22和转速传感器23。0017锯齿形连接杆6为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片10的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。0018防水箱7材质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。0019扩散器8采用锯齿形、回旋障碍圆盘或其他形式。0020一种顺水流方向左。
16、右摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置的工作原理在于A当环境水体水流速度大于水轮发电机1最小发电速度时，水轮发电机1转动发电，交流电电能通过电缆2输送到控制器4；B控制器4中，交流电通过整流桥15变为直流电，然后通过DSP/MCU控制单元22产生SPWM波，经过IGBT驱动单元21全桥逆变，实现电压和频率可调，进而通过控制双向晶闸管17的导通与关断，来实现正反转电机18以一定频率和速度正转和反转，速度由程序控制以一定频率正弦或线性变化，若转速传感器23检测到正反转电机18转速有所偏离，DSP/MCU控制单元22会瞬时作出判断并及时通过PID算法调节SPWM波进行调整，当电能不足时DSP/MCU控。
17、制单元22将控制电机回至初始状态，控制器4的电路图见附图2；C污水从污水处理厂排出，经由排污主管道14到达竖向管9和扩散器8处；D控制器4通过正反转电机18控制齿轮5正反转，齿轮5正反转带动与之相契合的锯齿形连接杆6保持斜向左右移动，锯齿形连接杆6的左右移动带动与之铰接的环形固定片10左右摆动，从而带动竖向管9和扩散器8以刚性固定套筒11底端为支点从竖直位置开始摆动，扩散器8摆动的振幅和频率可按要求由控制器4控制，竖向管9和扩散器8左右摆动最大位移的具体情况见附图3和附图4；E污水经由左右摆动的竖向管9，通过扩散器8排出，实现了污水与环境水体掺混面积和掺混强度的大大增加，见附图5和附图6。00。
18、21实施例2说明书CN103774737A4/5页6参见图7，一种垂直水流方向摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机1、电缆2、支角A3、控制器4、齿轮5、锯齿形连接杆6、防水箱7、扩散器8、竖向管9、环形固定片10、刚性固定套筒11、柔性防水套管12、支角B13、排污主管道14。水轮发电机1位于扩散器8上游，电能通过电缆2输出到控制器4，控制器4通过控制齿轮5的转动，齿轮5与锯齿形连接杆6契合在一起，控制器4、齿轮5及锯齿形连接杆6的一部分都位于防水箱7内，防水箱7底端两侧布置有与之铰接的支角A3；竖向管9顶端与扩散器8相连，环形固定片10固定于竖向管9上，并与锯齿形连接杆。
19、6铰接，竖向管9底端通过柔性防水套管12与排污主管道14连接，刚性固定套筒11覆盖在柔性防水套管12上起固定作用，刚性固定套筒11底端与竖向管9底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角B13。0022控制器4包括整流桥15、逆变桥16、双向晶闸管17、正反转电机18和程序控制系统19，其中程序控制系统19包括电源开关20、IGBT驱动单元21、DSP/MCU控制单元22和转速传感器23。0023锯齿形连接杆6为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片10的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。0024防水箱7材质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。0025扩散器8采用锯齿形、回旋障碍圆盘或其他形式。。
20、0026一种垂直水流方向摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置的工作原理在于A当环境水体水流速度大于水轮发电机1最小发电速度时，水轮发电机1转动发电，交流电电能通过电缆2输送到控制器4；B控制器4中，交流电通过整流桥15变为直流电，然后通过DSP/MCU控制单元22产生SPWM波，经过IGBT驱动单元21全桥逆变，实现电压和频率可调，进而通过控制双向晶闸管17的导通与关断，来实现正反转电机18以一定频率和速度正转和反转，速度由程序控制以一定频率正弦或线性变化，若转速传感器23检测到正反转电机18转速有所偏离，DSP/MCU控制单元22会瞬时作出判断并及时通过PID算法调节SPWM波进行调整，当电能。
21、不足时DSP/MCU控制单元22将控制电机回至初始状态，控制器4的电路图见附图2；C污水从污水处理厂排出，经由排污主管道14到达竖向管9和扩散器8处；D控制器4通过正反转电机18控制齿轮5正反转，齿轮5正反转带动与之相契合的锯齿形连接杆6保持斜向左右移动，锯齿形连接杆6的左右移动带动与之铰接的环形固定片10左右摆动，从而带动竖向管9和扩散器8以刚性固定套筒11底端为支点从竖直位置开始摆动，扩散器8摆动的振幅和频率可按要求由控制器4控制；E污水经由垂直水流方向摆动的竖向管9，通过扩散器8排出。0027实施例3参见图8，一种顺水流方向上下摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机1、。
22、电缆2、支角A3、控制器4、齿轮5、锯齿形连接杆6、防水箱7、扩散器8、竖向管9、环形固定片10、刚性固定套筒11、柔性防水套管12、支角B13、排污主管道14。水轮发电机1位于扩散器8上游，电能通过电缆2输出到控制器4，控制器4通过控制齿轮5的转动，齿轮5与锯齿形连接杆6契合在一起，控制器4、齿轮5及锯齿形连接杆6的一部分都位于防水箱7内，防水箱7底端两侧布置有与之铰接的支角A3；竖向管9顶端与扩散器8相连，环形固定片10固定于竖向管9上，并与锯齿形连接杆6铰接，竖向管9底端通过柔性防水说明书CN103774737A5/5页7套管12与排污主管道14连接，刚性固定套筒11覆盖在柔性防水套管1。
23、2上起固定作用，刚性固定套筒11底端与竖向管9底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角B13。0028控制器4包括整流桥15、逆变桥16、双向晶闸管17、正反转电机18和程序控制系统19，其中程序控制系统19包括电源开关20、IGBT驱动单元21、DSP/MCU控制单元22和转速传感器23。0029锯齿形连接杆6为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片10的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。0030防水箱7材质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。0031扩散器8采用锯齿形、回旋障碍圆盘或其他形式。0032一种顺水流方向上下摆动的水流发电供能的摇摆式排污装置的工作原理在于A当环境水体水流速度大于。
24、水轮发电机1最小发电速度时，水轮发电机1转动发电，交流电电能通过电缆2输送到控制器4；B控制器4中，交流电通过整流桥15变为直流电，然后通过DSP/MCU控制单元22产生SPWM波，经过IGBT驱动单元21全桥逆变，实现电压和频率可调，进而通过控制双向晶闸管17的导通与关断，来实现正反转电机18以一定频率和速度正转和反转，速度由程序控制以一定频率正弦或线性变化，若转速传感器23检测到正反转电机18转速有所偏离，DSP/MCU控制单元22会瞬时作出判断并及时通过PID算法调节SPWM波进行调整，当电能不足时DSP/MCU控制单元22将控制电机回至初始状态，控制器4的电路图见附图2；C污水从污水处。
25、理厂排出，经由排污主管道14到达竖向管9和扩散器8处；D控制器4通过正反转电机18控制齿轮5正反转，齿轮5正反转带动与之相契合的锯齿形连接杆6保持斜向左右移动，锯齿形连接杆6的左右移动带动与之铰接的环形固定片10左右摆动，从而带动竖向管9和扩散器8以刚性固定套筒11底端为支点从竖直位置开始摆动，扩散器8摆动的振幅和频率可按要求由控制器4控制；E污水经由顺水流方向上下摆动的竖向管9，通过扩散器8排出。0033本发明适用于河流、渠道和海洋等水体中的污水排放，竖向管和扩散器可以有多个。上述附图及实施例仅适用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围由权利要求加以限定。说明书CN103774737A1/4页8图1图2说明书附图CN103774737A2/4页9图3图4说明书附图CN103774737A3/4页10图5图6说明书附图CN103774737A104/4页11图7图8说明书附图CN103774737A11。