《多功能扬水曝气器》涉及一种水力混合曝气装置，特别适用于混合由于水深大而水力分层的水库水和湖泊水，并向水中补充氧气。

水库和湖泊水体的容量大、水深大、流动性小，由此带来一些负面的影响。由于流动性小，使许多有机质、氮、磷等营养物质在水库和湖泊沉积聚集，给藻类等浮游植物提供了充足的营养，同时由于水的流动性小，使藻类能稳定地停留在表层水中，接受充足的光照而大量繁殖，带来了水体富营养化问题，影响了水质。由于水深大、流动性小，容易形成水体分层现象，即在夏季，温度高而密度轻的水体稳定分布在上层，温度低密度大的水体下沉到库（湖）底；冬季则相反，温度特别低（小于4℃）密度轻的水体分布于水体上层，温度较高（接近4℃）密度大的水体下沉到库（湖）底，造成上下层水体间相对静止。这会使下层水体溶解氧减少，处于缺氧状态，使水生生态环境恶化，底泥中氮、磷、铁、锰等物质向水体溶解释放，使水质恶化。有资料介绍，中国国外有一种“扬水筒”装置，利用压缩空气混合上下水层，但《多功能扬水曝气器》本身不具备水位自动调节和充氧功能。

附图1为《多功能扬水曝气器》一个实施例的结构图。

附图2为《多功能扬水曝气器》实施例中上下节上升筒的连接定位结构图。

附图3为国际上类似设备“扬水筒”的结构图。

2017年12月11日，《多功能扬水曝气器》获得第十九届中国专利优秀奖。 2100433B

如附图1所示：上升筒6、15、17为刚性直筒，下部进口（41）为喇叭状，上部出口（42）为蘑菇状，蘑菇出口的顶盖20由4块固定板18固定在底板19上。上升筒17套在上升筒15的外面，相互间能上下滑动。下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30，上部上升筒17的底端有下导向密封圈29。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16，左右对称布置。下部上升筒15的外侧有水密仓27、28，上部上升筒17的顶端设有水密仓32，水密仓用于提供浮力，保持多功能扬水曝气器悬浮于水中。上升筒可分段制作，用法兰10、13、14连接。下段上升筒6的外围有直径更大的直筒5，大小直筒由固定板7连接固定，围成了曝气室21和储气室23，储气室由顶板12封闭。顶板12下固定有水封板11，下段上升筒6上固定有溢流板9，水封板11和溢流板9围成了水封室25和出气狭缝24。出气狭缝24的顶端内壁上开有环向缝隙26，曝气室的内壁上开有孔洞22，孔洞的外面设有裙摆状挡板8，阻止曝气室21中的气泡直接进入上升筒6。曝气室21的下方进口处安装有环形空气释放管4，其上表面开有2毫米直径的小孔。空气释放管4上连接有压缩空气管3。上升筒6由锚固链2固定在混凝土锚固墩1上。

附图2所示：下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30，上部上升筒17的底端有下导向密封圈29，导向密封圈为橡胶材料。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16，左右对称布置。下部上升筒15筒壁上与定位插销箱16对应位置处设有插销滑槽33，滑槽33内有一系列滚轮34，滚轮34能绕其中心轴滚动。插销箱16由气腔36和插销滑道39组成，均为圆柱形，两者用螺栓43固定，其间垫有弹性橡胶膜37。气腔36为密闭空间。滑道39内有插销35和两个环向滚动轴承38。插销35为圆柱形，根部固定在橡胶膜37上，端部削成锐三角斜面，斜面在下。在正常状态下，插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。

运行时，压缩空气经供气管3进入空气释放管4，并向曝气室21释放小气泡，气泡继续上升进入储气室23及水封室25。气泡上升时带动的水流绕过裙摆状挡板8，经孔洞26进入上升筒6内。随着气泡的积累，储气室23及水封室25的水位不断下降，当水位下降到水封板11的下沿时，气体在瞬间翻过水封板11，经出气狭缝24和环向缝隙26进入上升筒15。气体在上升筒15中很快聚拢成一个大的气泡40，充满了上升筒15的整个横断面，并形成上升的活塞流。上升水流经蘑菇状出口导向水平方向扩散。此运行过程中，曝气室中上升的充氧水流连续进入上升筒6，而气室中的气体是间歇式进入上升筒15，并形成活塞流。上升筒17由水密仓30提供浮力漂浮在水中，顶部基本与水面持平，此时插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。当水位下降时，顶部上升筒17下降，插销35的锐角斜面被其下的滚轮34挤压，插销35被挤入滑道39内，顶部上升筒17得以顺利下降。当水位上升时，橡胶膜37处水压加大，橡胶膜37被水压压向气腔36内（如图中虚线所示），从而拉回插销35，顶部上升筒17在浮力作用上浮。当上升筒伸长到最大长度时，上下导向密封圈29、30挂住，保证上下节上升筒不脱节。

附图3所示为国际上类似设备“扬水筒”的结构图。在上升筒15的下部外侧设置有气室44，顶部设有浮室45，下部锚固在锚固墩1上，供气管3将空气直接送入气室44中。与该发明的相似处是：均设置有能产生气弹的气室44。该发明与之相比，主要创新点在于：在气室下部增设了曝气室21，并在曝气室进口处设置穿孔管4布气，在曝气室中产生小气泡，将氧气溶解到水中，溶氧水流通过孔洞26进入上升筒6内；将上升筒设计成能相互滑动的两节，能自动调节上升筒长度以适应水位的变化，尽可能将下层水体提升到表层，上下节上升筒间采用定位插销16自动定位。

多功能扬水曝气器专利目的

《多功能扬水曝气器》的目的是提供一种能充氧和扬水混合的曝气装置，该装置能将表层水与底层水充分混合，同时向水体充氧。它能自动调节自身长度，以适应水位的变化。

《多功能扬水曝气器》解决上述问题的设想是：在水库（湖泊）中竖直安装一个直筒体，筒体进口接近水库（湖泊）底，出口接近水面。为适应水位的变化，该直筒体分为上下独立的两节，两节为套筒室式连接，下一节位置固定，上一节能随水位涨落而上下浮动，从而调节整个直筒的长度。在筒体的下端附带一个曝气室和一个气室，曝气室中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部，气泡在曝气室上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气室位于曝气室的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室的气泡，当气室充满空气后，气室中的气体在瞬间向直筒体释放，形成一个大的气弹，并迅速上浮，推动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，表层水被向下抽吸，形成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。

多功能扬水曝气器技术方案

《多功能扬水曝气器》的技术方案为：

所提供的多功能扬水曝气器为圆筒形结构，由上升筒、曝气室、气室、空气释放管、浮子、锚固墩等组成。所说的上升筒为一段直管道，进口为喇叭形，出口为蘑菇形，出口能将自下向上流动的水流导向水平方向，使水流向四周扩散。上升筒为相对独立的上下两节，上一节直径比下一节稍大，且能套在下一节的外面，相互间能相对滑动，当滑动到平衡位置时由定位插销自动定位。所说的曝气室和气室为一环形空间，是在上升筒下段的外面外包一段直径更大的直筒，内外直筒间围成一个环形空间，下部开口，上部由顶板封闭。该环形空间的下半段为曝气室，上半段为气室。气室的环形空间又被环形水封板和溢流板分隔成三层环形空间，水封板在内，溢流板在外。三层环形空间由外向内依次为储气室、水封室和出气狭缝，三室依次相通。气室和曝气室的内壁上均开有孔洞与上升筒相通。所说的空气释放管为一圆环形管道，位于曝气室的下方进口处，该管道向上的一侧开设一排2毫米直径的小孔。所说的浮子为合成树脂或浮筒等能在水中漂浮的物体，用于提供浮力，保证多功能扬水曝气器竖直悬浮与水中，浮子可直接捆绑固定于上升筒上。所说的锚固墩为一重物，沉于水库（湖泊）底，用于锚固多功能扬水曝气器。

多功能扬水曝气器运行方式

《多功能扬水曝气器》的运行方式是：

压缩空气通入空气释放管后，从管道上的小孔向水中释放，气泡上升经过曝气室，此过程中，气泡中的氧气溶解扩散到水中。气泡上升时能带动水流向上流动，该部分充氧水流经过曝气室上端内壁上的孔洞进入上升筒，上升到水面。充氧后的尾气泡直接上升进入储气室，储气室收集了来自曝气室的气泡，气量逐步积累，排挤出水体，迫使其中水面不断下降。当水封室中的水面下降到水封板下沿时，储气室中的气体通过水封室在瞬间翻过水封板，进入出气狭缝，由出气狭缝顶部内壁上的孔洞进入上升筒，排气后的储气室空间由曝气室中的水来填充。进入上升筒的气体结合成一个大的气弹，堵塞了上升筒整个横断面，并迅速上浮，形成了上升的活塞流，推动上升筒中的水体加速上升，直至气弹冲出上升筒出口。随后，上升筒中的水流在惯性作用下降速上升，直至下一个气弹形成。上升筒下一节固定在锚固墩上，位置相对固定，上一节浮于水中，顶面与水面持平。当水位下降时，在重力作用下，位于上一节上升筒下端的定位插销被压缩，上一节上升筒沿下一节上升筒向下滑动。当滑到平衡位置时，插销弹出，插进下一节筒体的滑槽内，保持上下筒体的相对固定，否则，在脉动的上升水流推动下，上一节筒体会不停地上下往复运动，影响正常使用。当水位涨高，上升筒的淹没深度加大，定位插销在水压作用下回缩，上一节筒体在浮力作用下上浮，上升筒伸长。当上升至水面时，插销处水压减小，插销弹出，两节上升筒又处于锁住状态。当上升筒伸长到最大长度时，相互间通过挂钩拉结，保证上下节不脱节。

多功能扬水曝气器改善效果

《多功能扬水曝气器》的有益效果是：

由于该发明在底部高水压、低含氧量的位置设置了曝气室，充氧效率高。上升筒设计成可伸缩结构，可自动调节自生长度，以适应水位变化，始终将出水输送到表层，混合充分。充氧后的余气以集中、间歇方式释放，形成活塞流，提水效率高。该发明解决了扬水曝气器随水位变化的自动调节问题，而且将充氧和扬水混合有机地结合在一起，实现了两大功能的统一，混合了上下水层，破坏了藻类的漂浮状态，迫使其向深水迁移，抑制其生长；给底部水体充氧，改变了缺氧环境，改善底部水生生态环境，抑制了底泥中磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解扩散，稳定了水质。

1、一种多功能扬水曝气器，包括上升筒（6、15、17）、曝气室（21）、气室（23、24、25）、空气释放管（4），其特征是所说的上升筒为直筒状，由上下套接的两节直筒组成；所说的曝气室和气室为半封闭环行空间，位于上升筒下端的外侧四周，曝气室在下，气室在上，两室相通，曝气室下端开口，气室顶端封闭。气室和曝气室与上升筒间有孔洞相通。空气释放管（4）为环形穿孔管，位于曝气室下端开口处。

2、如权利要求1所说的扬水曝气器，其特征是所说的上升筒能自动调节长度以适应水位的变化，其结构为相互间能滑动的上下两节，两节间采用套筒式连接，顶部上升筒（17）直径大于下部上升筒（15），并套在下部上升筒（15）外面，两段上升筒间有插销箱（16）定位。

3、如权利要求2所说的插销箱（16），其特征是插销（35）固定在弹性膜（37）上，而弹性膜（37）的一侧临水，另一侧为密闭的气腔（36）。插销（35）在滑道（39）内滑动，滑道内安装有滚动轴承（38）。在下一节上升筒的外壁上开有滑槽（33）与插销（35）对应，滑槽（33）内有一系列滚轮（34）。

4、如权利要求1所说的扬水曝气器，其特征是在上升筒的外侧和顶部设置水密仓（27、28、32）。

【读音】

扬水站：yáng shuǐ zhàn

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固海扬水工程由三部分组成：

一、1975年6月开始兴建，1978年5月建成投运的同心扬水工程；

二、1978年6月动工兴建，1986年10月竣工的固海扬水工程；

三、1988年3月开工建设，1992年1月竣工的世行扩灌工程。工程总投资2.98亿元，设计流量28.5M/S，现有效灌溉面积60.77万亩。渠道干渠总长260公里，各类水工建筑物700座，配水斗口200个，建有扬水泵站21座，150台套机组，总装机容量100575千瓦，18座变电所，总容量124770千伏安。

固海扬水工程担负着灌区60多万亩农田的灌溉、24万多人口及20多万只羊畜的饮水任务，同时还担负着灌区周边山区群众及羊畜的饮水任务。

现固海灌区实际灌溉面积60.77万亩，其中，中卫城区1.56万亩，中宁县14.97万亩，海原县12.07万亩，同心县24.28万亩，红寺堡开发区1.71万亩，长山头农场5.68万亩，中卫山羊场0.5万亩。灌区受益人口24万，大家畜2万多头，羊20多万只。

1978年同心扬水管理处成立, 1980年8月，固海扬水管理处成立，1982年2月，同心、固海两系统合并统称固海扬水管理处。

四、1994年向国务院上报固海扩灌工程，争取列为国家“九五”重点建设项目。1995年项目获批，自治区成立“1236”工程指挥部，其意义是为一百万农村贫困人口提供生产生活条件，集中开发扬黄灌区200万亩，工程概算总投资30亿元，用六年时间完成建设和土地开发。工程分为水源工程、红寺堡扬水工程和固海扩灌扬水工程。固海扩灌扬水工程又分为东线工程和西线工程。西线工程于2006年6月开始实施，2007年3月竣工，改造主要项目是对固海扬水工程的古城泵站、长山头泵站、大柳木泵站、新黑水沟泵站、老黑水沟泵站部分设备增容改造，对部分渠道和建筑物扩整，增加固海五干渠之前的泵站及干渠、建筑物引水量，增加灌溉面积17万亩。东线工程即固海扩灌扬水工程，工程于1998-2003年建设，2003年11月试水，2004年正式投运。首级泵站从扩整后的高干渠13 000KM处取水，建13座泵站（分别是：扩灌一泵站至扩灌十二泵站、马塘一泵站），设12级扬水至固原市原洲区的三营。工程设计装机93台，总容量98100KW，总扬程470m，设计流量12.7m³/s，经169.6KM干渠和50.4KM支干渠输水至全罐区，设计灌溉面积38万亩。

空气扬水装置工作原理的示意图如图1所示 ：