虹吸底排易清污魚缸的研究

王文靜

研究背景

隨著我國(guó)人民生活水平的提高，人們開始渴望大自然的寧?kù)o與和諧，而一個(gè)生機(jī)盎然的水族箱不但可以給人帶來(lái)寬松舒適的美感。更能調(diào)節(jié)居住環(huán)境，讓自然與人和諧相處。水族魚缸行業(yè)正是在這種需求下應(yīng)運(yùn)而生。由于在魚缸這樣的小環(huán)境下，水體質(zhì)量容易變差，而人們又缺乏養(yǎng)護(hù)的技藝，往往使得魚不能健康生長(zhǎng)，讓人徒增煩惱。而保持一個(gè)適宜魚類生活的環(huán)境是一件非常耗精力的工作。

針對(duì)魚類生活環(huán)境凈化的設(shè)備有很多，但大多比較復(fù)雜且需要較多費(fèi)用，或者凈化不夠徹底。因此一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作可靠的凈化排污設(shè)施就顯得更加具有市場(chǎng)價(jià)值。通過(guò)對(duì)已有魚缸排污裝置的檢索和分析，我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有利用虹吸原理并通過(guò)擋板和遮蓋管道引導(dǎo)水流方向形成沖刷作用實(shí)現(xiàn)魚缸清理和排污的裝置。

研究設(shè)計(jì)目的

◇將魚缸底部污物集中于管道內(nèi)便于集中排出，從而保證水體的潔凈。

◇利用虹吸原理，從魚缸底部排水，排水不使用電機(jī)，從而減少故障源并節(jié)能。

◇利用虹吸管道上的閥門方便控制水位高低。

項(xiàng)目的發(fā)明點(diǎn)與創(chuàng)新部分

◇利用虹吸原理從底部排水，易于清理污物。在虹吸管道上安裝有閥門，方便控制水位高低。

◇把魚缸底部設(shè)計(jì)成兩邊高中間低的結(jié)構(gòu)，可以使污物從兩邊流進(jìn)中間的遮蓋管道內(nèi)。

◇魚缸底部斜面上方設(shè)計(jì)有可以開閉的擋板。在排污時(shí)斜面上方的擋板關(guān)閉，使水流從兩側(cè)斜面與擋板的縫隙中流過(guò)，形成沖刷作用把斜面上的污物沖刷進(jìn)遮蓋的管道內(nèi)。遮蓋管道沿兩側(cè)對(duì)著斜面方向有開口，并在遮蓋管道的尾端有向下的開口，水流從尾部流入排污管道，因此能在遮蓋管道下方的排污管道中形成水流將污物沖刷出魚缸外。

◇運(yùn)用磁鐵從魚缸外部控制擋板的關(guān)閉或打開。

設(shè)計(jì)和制作中的四次改進(jìn)

◇最初的設(shè)計(jì)在排污時(shí)排污管道上方是敞開式的。出現(xiàn)的問(wèn)題：排污管道內(nèi)的污物不易被吸走，因?yàn)樗鲿?huì)從靠近虹吸口一端的豎直管道被吸走，排污管道的尾部污物有殘留。第一次改進(jìn)后，在排污時(shí)排污管道上方用一根遮蓋管道遮蓋住大部分（見圖1，藍(lán)色部分是遮蓋管道），只留排污管道尾部1cm長(zhǎng)未遮蓋。讓水只能從排污管道尾部進(jìn)入，形成水流沖刷作用。改進(jìn)后虹吸排污效果明顯，但改進(jìn)后排污時(shí)仍然必須將管道伸進(jìn)水中，魚會(huì)受到驚嚇不利于魚的生長(zhǎng)。

◇第二次改進(jìn)時(shí)，運(yùn)用磁鐵從魚缸外部控制排污管道上方開口的關(guān)閉或打開，避免魚兒受到驚嚇。平時(shí)，排污管道上方的遮蓋管道（內(nèi)部有磁鐵）被上方的磁鐵吸住，吸引開關(guān)是打開的，這時(shí)魚缸不在排水狀態(tài)，魚缸內(nèi)的污物可以沿傾斜的底部流到排污管道內(nèi)。當(dāng)要換水排污時(shí)將磁控開關(guān)棒（磁鐵在上）從魚缸下面伸進(jìn)去，磁控開關(guān)棒上的磁鐵對(duì)準(zhǔn)遮蓋管道上磁鐵的位置，此時(shí)在磁力的作用下遮蓋管道被吸附在排污管道上，排污時(shí)水流只能從排污管道尾部流入從而污物被沖出。排污結(jié)束后轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使得磁控開關(guān)棒上的磁鐵在下，遮蓋管道就在磁力的作用下被推上去，然后取出磁控開關(guān)棒，這時(shí)磁鐵開關(guān)又恢復(fù)為打開的狀態(tài)。這次改進(jìn)后還有部分污物不能自動(dòng)流到斜面底部的排污管道里。

◇第三次改進(jìn)：在斜面及管道上方加裝可以開閉的擋板，在排污時(shí)關(guān)閉擋板。水流從兩側(cè)斜面與擋板的縫隙中流過(guò)，形成沖刷作用將污物沖進(jìn)管道內(nèi)（遮蓋管道沿兩側(cè)對(duì)著斜面方向有開口）。在遮蓋管道的尾端有向下的開口，因此能在遮蓋管道下方的排污管道中形成水流將污物沖刷出魚缸外。由于遮蓋管道上方的擋板圓形開口較小，且擋板又呈水平狀態(tài)，污物不易漏下。

◇第四次改進(jìn)：將遮蓋管道上方的擋板變?yōu)槊荛]的三角形擋板，由于坡度較陡污物會(huì)流向兩側(cè)的斜面上。污物容易漏下。

結(jié)構(gòu)和使用說(shuō)明

◇虹吸排污說(shuō)明：如圖2所示，魚缸內(nèi)水位到達(dá)閥門B位置時(shí)關(guān)閉閥門B和閥門C（閥門橫向?yàn)殛P(guān)。豎向?yàn)殚_），打開閥門A注水至滿后再關(guān)閉閥門A。然后先用磁鐵閉合兩斜面上方擋板，再依次打開閥門B和閥門C，排污管道內(nèi)的污物就被排空（圖3中為排水狀態(tài)）。魚缸內(nèi)水位高低可由閥門A控制，在排水時(shí)打開閥門A排水結(jié)束。

◇虹吸排污時(shí)擋板和遮蓋管道引導(dǎo)水流方向形成沖刷作用的說(shuō)明：如圖3所示，魚缸底部斜面上方設(shè)計(jì)有可以開閉的擋板。沒(méi)有排污時(shí)擋板打開，魚的糞便和殘余餌料會(huì)漏到斜面的上方。在排污時(shí)斜面上方的擋板關(guān)閉，使水流從兩側(cè)斜面與擋板的縫隙中流過(guò)形成沖刷作用，把斜面上方的污物沖刷進(jìn)遮蓋的管道內(nèi)。遮蓋管道兩側(cè)沿著斜面方向開口，只在遮蓋管道的尾端向下開口從而能在排污管道中形成水流將污物沖刷出魚缸外。魚缸虹吸排污時(shí)擋板和遮蓋管道引導(dǎo)水流的方向?yàn)?→2→3→4→5→6。

展望和改進(jìn)

◇虹吸底排易清污魚缸具有一定的創(chuàng)造性和新穎性，而且本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，開發(fā)成本低，使用方便、安全，適合批量生產(chǎn)，是一款有價(jià)值的產(chǎn)品。

◇利用擋板形成局部水流的沖刷，在水庫(kù)排水口附近安裝類似結(jié)構(gòu)的可開閉擋板，可以應(yīng)用于水庫(kù)底部泥沙的清淤治理。

◇可以將擋板設(shè)計(jì)成百葉窗的形式，更利于污物的下沉。

心得和體會(huì)

◇運(yùn)用虹吸的方法從魚缸底部排污的想法是源于老師上課時(shí)談到黃河通過(guò)虹吸治理泥沙的巧妙方法。有一次家里面水缸底部有一層沉淀物，我就用一根軟管灌滿水用虹吸的方法把水缸底部的沉淀物抽出，而不需要把水缸的水倒出來(lái)，為此得到父母的表?yè)P(yáng)，很有成就感。使我知道，學(xué)到的科學(xué)知識(shí)只有在實(shí)際生活中應(yīng)用才能真正掌握。

◇在制作魚缸的過(guò)程中遇到很多困難，比如實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)先設(shè)計(jì)的矛盾、材料的選擇、制作效果不理想等，讓我明白要做好一項(xiàng)發(fā)明是非常困難的，只有堅(jiān)持不懈才能成功。

該項(xiàng)目獲得第31屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目小學(xué)組技術(shù)一等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目利用了虹吸原理與方法。在傳統(tǒng)魚缸底部增加了一個(gè)兩邊高中間低的斜坡封閉管道.利用底部斜面上方的可開閉擋板實(shí)現(xiàn)了水流從兩側(cè)與擋板中間的縫隙中流過(guò)形成沖刷。把斜坡上方的污物沖進(jìn)遮蓋管道。利用外控開關(guān)打開或關(guān)閉擋板完成魚缸內(nèi)的清污。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)科學(xué)，構(gòu)思巧妙，作品規(guī)范，操作簡(jiǎn)單穩(wěn)定并有一定實(shí)用性。建議增加下部斜坡?lián)醢宓钠露龋龃笈盼鄣牧鲿承浴?