随着我国池塘养殖行业规模不断扩大,养殖池塘水体处理不当造成的江河水质污染问题日渐严重,严重制约了养殖的可持续发展。传统养殖池塘的水质处理方法由于存在成本、使用效果等问题尚未进行大面积推广和使用,而生物膜及生物絮凝等技术有助于此类问题的解决,大范围、立体式的水动力的形成是其充分发挥效果的关键。当前养殖设备水动力形成装备主要由增氧机实现,存在着覆盖范围不足、能耗较大等问题。为此,进行了新型水动力装置的研发设计,致力于实现增氧和水动力的平衡。课题主要的研究内容及取得成果:(1)针对市面上现有的水动力装置进行调研考察,基于存在的问题提出了一种集提水、破水、推水于一体的池塘水动力形成净化装置,实现了同等功耗增氧效果达标的前提下提升水体交换效能。结合其基本结构和功能设计了一种基于双向动能输出的技术方案,利用在空气中偏心块旋转速度低、阻力小的优点,结合提水破水叶轮在保证基本增氧能力的同时形成大范围、立体式水动力循环的目标。(2)为实现提水、破水和推水功能,设计了动能双输出减速箱结构,优化确定了传动比分别为7:176与26:252。根据水动力形成方式的要求,选定转速为1450r/min的1.5kW三相交流电机为动力源,偏心块摆臂长为380mm,配重10Kg,装置额定功率为0.921kW。对装置关键性能指标进行验证性计算,完善装置各细节设计,完成加工图纸,对机械结构子系统进行加工和基础性测试,结果表明设备在结构强度、水密性等关键技术指标方面能够达到池塘环境下的工况要求。(3)针对长三角地区四大家鱼养殖池塘常规水质状况,对生物膜和絮凝等材料和工作原理进行了分析对比,选择生物膜配合水动力形成装置实现池塘水质净化。根据养殖池塘中生物密度、生物容量的特点,结合装备水动力形成方式,研发了梯形布置方案。明确了生物膜单根有效长度为1.2m,布置间距1.5m,生物膜模组总长84m的布置规格,制定了生物膜系统相关使用工艺,并进行了配重计算。(4)根据运行需要,提出了控制系统功能需求,包括控制板卡、传感器、数据存储与通讯、电机驱动等。设计了强电控制电路和防潮、防风配电箱。协助控制板卡的开发与控制逻辑设计,结合控制系统的实现要求对水质数据采集模块、数据传输模块、电机控制模块等进行联合调试,根据联合调试结果对控制系统设计方案进行修正,形成初步完善的综合性执行方案。(5)针对课题对设备的设计要求进行现场试验。在安徽广德、上海海锋水产养殖合作社、光明集团东风养殖一场分不同阶段测试了装备的水动力覆盖范围、增氧能力、水质净化效果、综合能耗等关键性指标。第一阶段试验表明装置水面流速覆盖面积8654.6m~2,中层流速覆盖面积为615.4m~2,相较3kW叶轮式增氧机的水动力影响范围提升36.1%。增氧能力为2.67Kg/h,达到3kW叶轮式增氧机增氧能力的66.7%。第二阶段试验表明在3-5mg/L溶氧指标下单位面积功耗平均降低30.41%,氨氮指标平均下降20.52%,塘内浮游动植物Shannon-Wiener指数与优势种群的组成均有好转。