ZB-3型冰下增氧机的试验及分析

朱洪林

（黑龙江省畜牧机械化研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

ZB-3型冰下增氧机是根据本地区实际，参考国内外先进增氧技术的基础上研制开发出的一种结构新颖，冬季使用维护方便的增氧设备，以解决北方冬季鱼塘增氧问题。该机目前已申请专利2项，其中冰下气压式增氧机已取得国家实用新型专利证书，专利号：ZL 2009 2 0291255.2。

1 结构及工作原理

ZB-3型冰下增氧机的结构如图1。电机2与外套筒4相连，并通过连接支架3一起固定在浮筒体1上；外套筒内装空心轴6，空心轴一端通过联轴器与电动机的输出轴相连，另一端尾部安装叶轮5，空心轴在进气口位置装有一组正压叶片7。工作时增氧机既可放入水中又可直接放在冰面上，入水角度均可通过调节支杆进行调整。

图1 ZB-3型冰下增氧机的结构简图

图2 空心轴装配简图

工作原理：工作时，电动机带动空心轴高速旋转，由于在进气口处安有正压叶片，进气口处形成高压，同时空心轴末端的叶轮高速旋转推动水流沿着空心轴的轴向高速流动，从而在空心轴的端部产生负压，在正负压差的作用下，将大气中的空气通过外套筒上的进气孔、空心轴吸入水中，并被叶轮推动的高速水流击打成微小的雾状气泡，且随着水流扩散至水体的中下层，使空气与水体能充分混合，从而达到增氧的目的。

2 性能特点

ZB-3型冰下增氧机是将空气通过正压叶片和叶轮高速旋转所产生的正负压差吸入水中，并在高速水流的冲击下破碎成微小的高密度雾状气泡扩散至水体的中下层，极大地增加了气—液传质界面，且增加了气泡在水中停留的时间，溶氧时间增加，使得空气能与水体充分混合，同时，气泡爆裂时产生大量负离子，起到充分溶氧和净化水质的作用。

3 试验结果及分析

3.1 增氧效果试验

鱼池模拟试验在省牧机所中试基地进行，试验池塘基本情况：水面2×2m，水深2m,水质良好。试验时，将ZB-3型增氧机置于池塘中间，在池塘对角线方向分别离增氧机0.7m，0.5m，0.3m处选取A，B，C 3个样点，测试前用化学试剂将池塘水中溶解氧清零。在开机后分别在3个样点上离水面1m深处用采水瓶取样，采用化学碘量法测定融氧的变化，求出融氧平均值，并计算动力效率。测试结果见表1。

由试验可直观看出，开增氧机后池塘的溶氧基本上保持上升状态，初始溶解氧越低，溶解氧增加速度越快。且离增氧机越近的位置，溶氧增加越明显，只有当池塘融氧基本达到饱和时，3个样点的溶氧值才逐渐保持一致。如表1所述，开机30min后，当池塘溶氧均匀时，即可停止测试。通过对同一点位置但不同深度的测试，还发现和增氧机工作叶轮处于同一水平面位置处的溶氧增加速度最快，其次为水平面附近，池塘底部溶氧增加速度最慢。

虽然池塘溶氧受很多因素的制约，同时又受测试条件的限制不可能很全面、正确地反映实际情况。但为了尽可能说明问题，在试验时也考虑了气候、温度等因素的影响，对比试验基本是在上述各影响因素相近的情况下进行。

表1 池塘融氧测试

3.2 增氧能力及动力效率的计算

3.2.1 增氧能力的计算

计算试验标准状况下的充氧能力Qs

式中Qs—充氧能力，kg/h；Cs（20）—20℃时试验水中溶解氧饱和值，mg/L；V—试验水体积，m3。

在实际试验过程中，由于水温、气压的变化，应将试验数据通过修正换算为统一的试验标准状况下的值。

式中KLa（20）—水温20℃时的质量传递系数，h-1；KLa（T）—水温T℃时的质量传递系数，h-1；T—试验时水温，℃。

其中KLa（T）可由公式（3）求得。

式中 Cs—在试验温度和压力时的溶解氧饱和值，mg/L；C1—在时间t1时的溶解氧值，mg/L；C2—在时间 t2时的溶解氧值，mg/L；t1、t2—时间，h。

3.2.2 充氧动力效率的计算

标准状况下的充氧动力效率，按式（4）计算：

式中Es—充氧动力效率，kg/（kW·h）；N—输入功率，kW。

通过相同条件下的两次试验，计算取其平均值，ZB-3型冰下增氧机增氧能力达到1.82 kg/h，动力效率达到0.845 kg/kW·h，指标均达到或超过设计要求。

4 生产试验

为了进一步考核ZB-3型冰下增氧机的工作可靠性，2010年1~2月在齐齐哈尔市三家子鱼池进行了生产考核试验，考核结果见表2。

表2 生产考核试验

通过考核试验可以看出开增氧机后池塘的溶氧基本上保持上升状态，溶氧效果明显，大大缓解池塘溶氧匮乏的局面。ZB-3型冰下增氧机在试验工作中可靠性强，保养维护方便，最长工作时间近300 h，非常适合北方冬季鱼塘增氧作业。但大面积池塘作业时，增氧效率相对较小，需增加作业设备台数，才能取得较好增氧效果。需要进一步研究机器的动力效率与叶轮结构参数之间的关系，加以完善，以便于推广应用。

5 结语

ZB-3型冰下增氧机因其具有充气、搅水、曝气及全水层立体增氧功能，具有进气压力大，水体溶氧量高等特点，整机结构简单，操作方便，性能稳定，经济实用。经一个冬季在实际鱼池进行冰下增氧作业，证明该机可以有效地解决本地区冬季养鱼池氧气匮乏的问题。

[1]李秀金，庞云芝．水一空气引射式冰下深水增氧机的设计与性能试验研究[J]．农业工程学报，2003，3（19）：112~115.

[2]张大群．污水处理机械设备设计与应用[M]．北京：化学工业出版社。