虹吸底排易清污鱼缸的研究

王文静

研究背景

随着我国人民生活水平的提高，人们开始渴望大自然的宁静与和谐，而一个生机盎然的水族箱不但可以给人带来宽松舒适的美感。更能调节居住环境，让自然与人和谐相处。水族鱼缸行业正是在这种需求下应运而生。由于在鱼缸这样的小环境下，水体质量容易变差，而人们又缺乏养护的技艺，往往使得鱼不能健康生长，让人徒增烦恼。而保持一个适宜鱼类生活的环境是一件非常耗精力的工作。

针对鱼类生活环境净化的设备有很多，但大多比较复杂且需要较多费用，或者净化不够彻底。因此一些结构简单工作可靠的净化排污设施就显得更加具有市场价值。通过对已有鱼缸排污装置的检索和分析，我们发现没有利用虹吸原理并通过挡板和遮盖管道引导水流方向形成冲刷作用实现鱼缸清理和排污的装置。

研究设计目的

◇将鱼缸底部污物集中于管道内便于集中排出，从而保证水体的洁净。

◇利用虹吸原理，从鱼缸底部排水，排水不使用电机，从而减少故障源并节能。

◇利用虹吸管道上的阀门方便控制水位高低。

项目的发明点与创新部分

◇利用虹吸原理从底部排水，易于清理污物。在虹吸管道上安装有阀门，方便控制水位高低。

◇把鱼缸底部设计成两边高中间低的结构，可以使污物从两边流进中间的遮盖管道内。

◇鱼缸底部斜面上方设计有可以开闭的挡板。在排污时斜面上方的挡板关闭，使水流从两侧斜面与挡板的缝隙中流过，形成冲刷作用把斜面上的污物冲刷进遮盖的管道内。遮盖管道沿两侧对着斜面方向有开口，并在遮盖管道的尾端有向下的开口，水流从尾部流入排污管道，因此能在遮盖管道下方的排污管道中形成水流将污物冲刷出鱼缸外。

◇运用磁铁从鱼缸外部控制挡板的关闭或打开。

设计和制作中的四次改进

◇最初的设计在排污时排污管道上方是敞开式的。出现的问题：排污管道内的污物不易被吸走，因为水流会从靠近虹吸口一端的竖直管道被吸走，排污管道的尾部污物有残留。第一次改进后，在排污时排污管道上方用一根遮盖管道遮盖住大部分（见图1，蓝色部分是遮盖管道），只留排污管道尾部1cm长未遮盖。让水只能从排污管道尾部进入，形成水流冲刷作用。改进后虹吸排污效果明显，但改进后排污时仍然必须将管道伸进水中，鱼会受到惊吓不利于鱼的生长。

◇第二次改进时，运用磁铁从鱼缸外部控制排污管道上方开口的关闭或打开，避免鱼儿受到惊吓。平时，排污管道上方的遮盖管道（内部有磁铁）被上方的磁铁吸住，吸引开关是打开的，这时鱼缸不在排水状态，鱼缸内的污物可以沿倾斜的底部流到排污管道内。当要换水排污时将磁控开关棒（磁铁在上）从鱼缸下面伸进去，磁控开关棒上的磁铁对准遮盖管道上磁铁的位置，此时在磁力的作用下遮盖管道被吸附在排污管道上，排污时水流只能从排污管道尾部流入从而污物被冲出。排污结束后转动手柄使得磁控开关棒上的磁铁在下，遮盖管道就在磁力的作用下被推上去，然后取出磁控开关棒，这时磁铁开关又恢复为打开的状态。这次改进后还有部分污物不能自动流到斜面底部的排污管道里。

◇第三次改进：在斜面及管道上方加装可以开闭的挡板，在排污时关闭挡板。水流从两侧斜面与挡板的缝隙中流过，形成冲刷作用将污物冲进管道内（遮盖管道沿两侧对着斜面方向有开口）。在遮盖管道的尾端有向下的开口，因此能在遮盖管道下方的排污管道中形成水流将污物冲刷出鱼缸外。由于遮盖管道上方的挡板圆形开口较小，且挡板又呈水平状态，污物不易漏下。

◇第四次改进：将遮盖管道上方的挡板变为密闭的三角形挡板，由于坡度较陡污物会流向两侧的斜面上。污物容易漏下。

结构和使用说明

◇虹吸排污说明：如图2所示，鱼缸内水位到达阀门B位置时关闭阀门B和阀门C（阀门横向为关。竖向为开），打开阀门A注水至满后再关闭阀门A。然后先用磁铁闭合两斜面上方挡板，再依次打开阀门B和阀门C，排污管道内的污物就被排空（图3中为排水状态）。鱼缸内水位高低可由阀门A控制，在排水时打开阀门A排水结束。

◇虹吸排污时挡板和遮盖管道引导水流方向形成冲刷作用的说明：如图3所示，鱼缸底部斜面上方设计有可以开闭的挡板。没有排污时挡板打开，鱼的粪便和残余饵料会漏到斜面的上方。在排污时斜面上方的挡板关闭，使水流从两侧斜面与挡板的缝隙中流过形成冲刷作用，把斜面上方的污物冲刷进遮盖的管道内。遮盖管道两侧沿着斜面方向开口，只在遮盖管道的尾端向下开口从而能在排污管道中形成水流将污物冲刷出鱼缸外。鱼缸虹吸排污时挡板和遮盖管道引导水流的方向为1→2→3→4→5→6。

展望和改进

◇虹吸底排易清污鱼缸具有一定的创造性和新颖性，而且本项目结构简单，设计巧妙，开发成本低，使用方便、安全，适合批量生产，是一款有价值的产品。

◇利用挡板形成局部水流的冲刷，在水库排水口附近安装类似结构的可开闭挡板，可以应用于水库底部泥沙的清淤治理。

◇可以将挡板设计成百叶窗的形式，更利于污物的下沉。

心得和体会

◇运用虹吸的方法从鱼缸底部排污的想法是源于老师上课时谈到黄河通过虹吸治理泥沙的巧妙方法。有一次家里面水缸底部有一层沉淀物，我就用一根软管灌满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来，为此得到父母的表扬，很有成就感。使我知道，学到的科学知识只有在实际生活中应用才能真正掌握。

◇在制作鱼缸的过程中遇到很多困难，比如实验结果和预先设计的矛盾、材料的选择、制作效果不理想等，让我明白要做好一项发明是非常困难的，只有坚持不懈才能成功。

该项目获得第31届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组技术一等奖。

该项目利用了虹吸原理與方法。在传统鱼缸底部增加了一个两边高中间低的斜坡封闭管道.利用底部斜面上方的可开闭挡板实现了水流从两侧与挡板中间的缝隙中流过形成冲刷。把斜坡上方的污物冲进遮盖管道。利用外控开关打开或关闭挡板完成鱼缸内的清污。该项目设计科学，构思巧妙，作品规范，操作简单稳定并有一定实用性。建议增加下部斜坡挡板的坡度，增大排污的流畅性。