Метантенк для биогазовой установки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МЕТАНТЕНК ДЛЯ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(72) Авторы Самосюк Владимир Георгиевич Капустин Николай Федорович Снежко Эдуард Константинович Дытман Олег Адамович Сунцова Юлия Андреевна(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(57) Метантенк для биогазовой установки, включающий горизонтально расположенную цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой с люком и задвижкой на камеры начальной и конечной стадии брожения, общую для камер реверсивную мешалку, выполненную в виде вала со спицами-лопатками, прикрепленными к виткам винтовой цилиндрической спирали, и механически связанного с валом посредством предохранительной муфты мотор-редуктора, обогреватели камер начальной и конечной стадии брожения и насос, отличающийся тем, что включает ветродвигатель с редуктором, при этом свободный конец вала реверсивной мешалки сообщен через редуктор с валом ветродвигателя, образуя общий узел реверсивной мешалки, наружные стенки горизонтальной цилиндрической емкости оснащены по окружности ребрами, кольцевыми ложементами и пленочным покрытием, прикрепленным к ложементам с помощью растяжек, обогреватели камер начальной и конечной стадии брожения смонтированы на диаметрально противоположных стенках цилиндрической емкости, а к спицам-лопаткам прикреплены витки дополнительной винтовой цилиндрической спирали, снабженной 17276 1 2013.06.30 насаженными на нее с возможностью изменения своего объема при изменении температуры термочувствительными элементами, выполненными в виде установленных соосно на кольцевых заглушках наружных и внутренних сильфонных камер переменного объема,внутренняя полость между которыми заполнена теплоносителем, например аммиачной водой. Изобретение относится к установкам для анаэробного сбраживания жидких органических отходов сельскохозяйственного производства, в том числе навоза животных, помета птиц и растительных отходов. Известен метантенк патент Российской Федерации 2073650 1, МПК 02 3/28,1997, содержащий корпус, разделенный перегородками на пять секций, мешалку и теплообменники. Его недостатки большие затраты энергии на выгрузку отработанного материала, так как сливной стояк имеет выход в верхней части метантенка, сложность, металлоемкость конструкции и неудобства в эксплуатации. Наиболее близким по технической сущности является взятый в качестве прототипа метантенк патент Российской Федерации 2281254 1, МПК 02 3/2802 11/04,2005, включающий горизонтально расположенную цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой с люком и задвижкой на камеры начальной и конечной стадии брожения, общую для камер реверсивную мешалку, выполненную в виде вала со спицами-лопатками, прикрепленными к виткам винтовой цилиндрической спирали, и механически связанного с валом посредством предохранительной муфты мотор-редуктора, обогреватели камер начальной и конечной стадии брожения и насос. Простая конструкция мешалки обеспечивает однородность консистенции сбраживаемых отходов, а люк и задвижка на перегородке позволяют выгрузить часть перерабатываемой массы из камеры начальной в камеру конечной стадии брожения без затрат энергии. Однако в данном прототипе на привод реверсивной мешалки требуются значительные затраты энергии. При этом в условиях одностороннего подвода тепла к камерам начальной и конечной стадии брожения от надежности работы реверсивной мешалки зависят точность термостатирования и полнота сбраживания отходов. Кроме того, энергопотребление метантенка велико из-за больших тепловых потерь через стенки горизонтально расположенной цилиндрической емкости. Задачей изобретения является снижение энергопотребления и повышение надежности работы метантенка для биогазовых установок. Поставленная задача решается тем, что метантенк для биогазовых установок, включающий горизонтально-цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой с люком и задвижкой на камеры начальной и конечной стадии брожения, общую для камер реверсивную мешалку,выполненную в виде вала со спицами-лопатками, прикрепленными к навивке винтовой цилиндрической спирали, и механически связанного с валом посредством предохранительной муфты мотор-редуктора, обогреватели камер начальной и конечной стадии брожения и насос, дополнительно включает ветродвигатель с редуктором, при этом свободный конец вала реверсивной мешалки сообщен через редуктор с валом ветродвигателя, образуя общий узел реверсивной мешалки. Причем наружные стенки горизонтальной цилиндрической емкости оснащены по окружности ребрами, кольцевыми ложементами и пленочным покрытием, прикрепленным к ложементам с помощью растяжек, обогреватели камер начальной и конечной стадии брожения смонтированы на диаметрально противоположных стенках цилиндрической емкости, а к спицам-лопаткам прикреплены витки дополнительной винтовой цилиндрической спирали, снабженной насаженными на нее с возможностью изменения своего объема 2 17276 1 2013.06.30 при изменении температуры термочувствительными элементами, выполненными в виде установленных соосно на кольцевых заглушках наружных и внутренних сильфонных камер переменного объема, внутренняя полость между которыми заполнена теплоносителем, например аммиачной водой. Энергия ветра даже при стартовых скоростях до 3 м/с за счет ее преобразования в ветродвигателе, например, геликоидного типа создает дополнительный крутящий момент на валу мешалки. Реверс создается путем синхронного изменения направления вращения редуктора ветродвигателя и мотор-редуктора во время попеременного включения и выключения обогревателей камер начальной и конечной стадии брожения. Обогреватели камер способствуют созданию дополнительного крутящего момента за счет архимедовых сил,действующих на термочувствительные элементы при нагреве заключенного в них теплоносителя, например аммиачной воды. Пленочное покрытие наружных стенок горизонтально-цилиндрической емкости, образующее кольцевой сборник газа, позволяет снизить тепловые потери через ее стенки и,соответственно, энергопотребление метантенка. Конструкция реверсивной мешалки позволяет препятствовать образованию твердой корки на поверхности сбраживаемых в камерах отходов, снизить потребление энергии и повысить надежность работы устройства в целом. На фиг. 1 изображена схема метантенка для биогазовых установок с одним термочувствительным элементом 16 на фиг. 2 - сечение - (на фиг. 1) на фиг. 3 - сечение Б-Б (на фиг. 1) на фиг. 4 - продольный разрез термочувствительного элемента 16 (фиг. 1). Метантенк для биогазовых установок включает горизонтально расположенную цилиндрическую емкость, разделенную на камеру 1 начальной стадии брожения и камеру 2 конечной стадии брожения с помощью центральной неподвижной перегородки 3 с люком 4, закрываемым и открываемым задвижкой 5 от поворота штурвала 6 через рейку 7(фиг. 3). Камеры 1 и 2 снабжены общей реверсивной мешалкой 8 с приводом от моторредуктора 9 через предохранительную муфту 10 и сальник 11. Мешалка 8 выполнена в виде вала 12, к которому на спицах-лопатках 13 крепятся узкие витки 14 винтовой цилиндрической спирали, установленной с зазором до 5 мм относительно внутренней поверхности камер 1 и 2, и дополнительные витки 15 винтовой цилиндрической спирали меньшего,чем основные витки, диаметра на величину диаметра насаженных с возможностью изменения своего объема при изменении температуры на дополнительные витки 15 термочувствительных элементов 16. Термочувствительные элементы 16 (фиг. 4) состоят из соосно установленных наружных и внутренних сильфонных камер 17 и 18 переменного объема соответственно, внутренняя полость между которыми заполнена теплоносителем 19, способным изменять свой объем при изменении температуры, например аммиачной водой. Сильфонные камеры 17 и 18 переменного объема стоят на кольцевых заглушках 20. Степень заполнения камер 1 и 2 контролируется датчиками 21, которые управляют работой насоса 22. Камеры 1 и 2 оснащены предохранительными клапанами 23, манометрами 24 и обратными проходными клапанами 25, через которые биогаз направляется по магистрали 26 к потребителю. В камере 1 установлен датчик 27 нижнего уровня жидких отходов, обеспечивающий автоматическое отключение насоса 22 во время закачивания отходов из камеры 1 в камеру 2, чтобы оставшийся материал послужил закваской для вновь загруженного в камеру 1 исходного сырья. Обогреватели 28 (фиг. 2 и 3) служат для автоматического поддержания температурного режима в камерах 1 и 2. (Их расположение на диаметрально противоположных стенках камер способствует выравниванию температуры в массе отходов и созданию дополнительного крутящего момента на валу 12 реверсивной мешалки 8 за счет архимедовых сил при изменении температуры и, соответственно, объема теплоносителя 19 термочувствительных элементов 16). В заправочной магистрали 29 перед насосом 22 установлена задвижка 30. Аналогичные задвижки установлены в магистралях 31 и 32, соединяющих 3 17276 1 2013.06.30 насос 22 с камерами 1 и 2. Наружные стенки камер 1 и 2 емкости снабжены по окружности ребрами 33 с закрепленными по краю каждого ребра кольцевыми ложементами 34. На ложементах 34 зафиксировано с помощью растяжек 35 пленочное покрытие 36, образующее сборник биогаза. Выведенный за пределы камеры 1 свободный конец вала 12 мешалки 8 сообщен через сальник 37 и редуктор 38 с вертикальным валом 39 ветродвигателя 40,образуя общий узел мешалки. Метантенк для биогазовых установок работает следующим образом. Исходный материал по заправочной магистрали 29 поступает к насосу 22 и далее в камеру 1 начальной стадии брожения. После заполнения камеры 1 закрывают задвижку 30 магистрали 31. Обогреватель 28 создает заданную технологией температуру. Размножение метановых бактерий и выход биогаза обеспечивается при термостатировании массы отходов и разрушении образующейся на ее поверхности корки за счет перемешивания материала реверсивной мешалкой 8, самоочищающейся при реверсе. Дополнительный крутящий момент на валу 12 мешалки 8 создается при помощи ветродвигателя 40. Биогаз вырабатывается и поступает к потребителю с момента начала брожения отходов в камере 1. После того как они прошли начальную стадию брожения в камере 1, с помощью штурвала 6 через рейку 7 открывается задвижка 5 и часть материала перетекает через люк 4 в камеру 2 конечной стадии брожения. Как только уровень отходов в камерах 1 и 2 станет одинаковым, закрывают люк 4 задвижкой 5 и с помощью насоса 22 по магистрали 31 и магистрали 32 перекачивают часть оставшихся в камере 1 отходов до датчика 27 нижнего уровня жидких отходов. Далее камера 1 заполняется свежим исходным материалом и метантенк выходит на установившийся режим работы с образованием биогаза в камерах 1 и 2. При временном повышении температуры жидкой среды у стенок камер 1 и 2, на которые диаметрально и противоположно установлены обогреватели 28, теплоноситель 19,заключенный в полостях между сильфонными камерами 17 и 18, увеличивает свой объем с поглощением излишков тепла при его испарении (в зонах нагрева) и уменьшает объем с выделением тепла при конденсации (в диаметрально противоположных зонах охлаждения). Таким образом, за счет архимедовых сил создается дополнительный крутящий момент на валу 12 мешалки 8, увеличивающий интенсивность перемешивания и повышающий надежность термостатирования отходов в камерах 1 и 2. С течением времени отбродившие отходы из камеры 2 выгружаются. Свободная камера 2 заполняется отходами из камеры 1, а камера 1 заполняется исходным сырьем. Так обеспечивается непрерывность процесса брожения и получения биогаза. Для реализации реверса при работе мешалки 8 по специальной программе изменяют с помощью мотор-редуктора 9 и редуктора 38 ветродвигателя 40 направление вращения вала 12 и переключают обогреватели 28 камеры 1 начальной стадии брожения (фиг. 2) на обогреватели 28 камеры 2 конечной стадии брожения (фиг. 3). Дополнительный крутящий момент на валу 12 создается также под действием теплового потока от обогревателя 28 камеры 2 (фиг. 3) за счет архимедовых сил с помощью термочувствительных элементов 16, установленных в камере 2 конечной стадии брожения. В ветреную погоду излишки энергии ветра, переключив редуктор 38 электродвигателя 40, можно превращать в электроэнергию и аккумулировать для дальнейшего использования в аварийной ситуации при отключении сети, т.е. для автономной работы метантенка для биогазовых установок во внештатной ситуации. Таким образом решается конечная задача снижения энергопотребления при работе мешалки и повышения надежности работы метантенка для биогазовых установок в целом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5