Малогабаритный станок для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных
SMALL-SIZED MACHINE FOR SEPARATION OF WASTES OF ENTERPRISES FOR GROWING FARM ANIMALS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к оборудованию для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных на сгущенные и жидкие фракции и утилизации биогаза; к пищевой промышленности, например для обезвоживания сырья при производстве пектина, отделений жидкой фазы из сыпучих материалов, при сушке материалов.
Известна машина для обезвоживания навоза (патент №2546200, кл. А01С 3/00, опубл. 10.04.2015, Бюл. №10), содержащая корпус, средство для загрузки, фильтр, привод, разгрузочное приспособление для отвода сгущенной фракции, разгрузочное приспособление для отвода фильтрата. Фильтр с перфорированными стенками по периметру выполнен коническим, ось которого составляет с осью его вращения острый угол, а торцевые щеки фильтра выполнены перфорированными эллиптической формы, причем большие диаметры эллипсов торцевых щек повернуты по оси конической поверхности относительно друг друга на угол 0-360° и смонтированы под острым углом 10-90° не только одна к другой, но и под разными углами к оси вращения фильтра, при этом по всей длине фильтра смонтирована пружина конической формы с плоским сечением витков и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения фильтра, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.
Недостатками известной конструкции являются ограниченные технологические возможности, недостаточная производительность и эффективность, качество обезвоживания навоза и значительное выделение биогаза, что ухудшает экологическую обстановку на близлежащей территории.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является станок для выделения жидкой фракции из материалов (патент №2549408, кл. B01D 33/27, опубл. 27.04.2015, Бюл. №12) содержащий корпус, средство для загрузки, фильтр, привод, разгрузочные приспособления для отвода сгущенной и жидкой фракции, в котором фильтр выполнен в виде установленного наклонно под углом относительно горизонтальной оси вращения перфорированного цилиндра с плоскими перфорированными торцевыми стенками эллиптической формы, размещенными под различными углами β и ψ к оси вращения и друг к другу под углом ϕ. Оси больших диаметров эллипсов стенок параллельны или повернуты по оси вращения фильтра относительно друг друга. По длине фильтра, по его оси вращения смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков таким образом, что малый диаметр конической пружины размещен внутри загрузочной цапфы, а большой диаметр конической пружины смонтирован у разгрузочной цапфы. Пружина оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.
Недостатками известной конструкции станка являются ограниченные технологические возможности, недостаточная производительность и эффективность, качество выделения жидкой фазы из материалов и значительное выделение биогаза, что ухудшает экологическую обстановку на близлежащей территории.
Техническим решением задачи является расширение технологических возможностей разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных откормочного комплекса на жидкие и сгущенные фракции, повышение производительности, эффективности и качества разделения отходов, улучшение экологической обстановки путем утилизация биогаза (метана и водорода) для дальнейшей его переработки.
Поставленная задача достигается тем, что в малогабаритном станке для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных, содержащем корпус, средство для загрузки, фильтр, привод, разгрузочное приспособление для отвода сгущенной фракции, разгрузочное приспособление для отвода фильтрата, перфорированный фильтр, снабженный загрузочной и разгрузочной цапфами выполнен в виде установленной под острым углом α относительно горизонтальной оси вращения многогранной перфорированной призмы с плоскими перфорированными гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми перфорированными щеками многоугольной формы, размещенными под различными углами β и ψ к оси вращения перфорированной призмы и друг к другу под углом ϕ, при этом наиболее длинные оси торцевых перфорированных щек многоугольной формы совпадают друг с другом или повернуты по оси вращения перфорированного ротора друг относительно друга на угол ω, а корпус снабжен сверху вытяжкой для утилизации биогаза, снизу - склизом для отвода фильтрата за пределы вибрирующего корпуса, который вместе с перфорированным фильтром, загрузочной и разгрузочной цапфами закреплен на раме, упруго смонтированной на основании, при этом в загрузочной цапфе жестко закреплена большим диаметром двухступенчатая пружина трапециевидной формы, а ее ступень меньшего диаметра смонтирована консольно и входит не менее тремя витками в носок средства для загрузки, причем в загрузочную цапфу вмонтирован трубопровод подачи теплого воздуха для придания движения отходам в загрузочной цапфе от средства для загрузки к фильтру, а в разгрузочной цапфе жестко закреплена пружина трапециевидной формы и со стороны разгрузочной цапфы в фильтре смонтирован улавливатель сгущенной фракции, выполненный в виде жестко прикрепленных к торцевой щекой трех и более пластин, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы под острым углом θ к плоскости торцевой щеке в сторону вращения фильтра и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой, входящей во внутренний диаметр пружины разгрузочной цапфы.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции малогабаритного станка для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных
Новизна заключается в том, что перфорированный фильтр, снабженный загрузочной и разгрузочной цапфами выполнен в виде установленной под острым углом α относительно горизонтальной оси вращения многогранной перфорированной призмы с плоскими перфорированными гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми перфорированными щеками многоугольной формы, размещенными под различными углами β и ψ к оси вращения перфорированной призмы и друг к другу под углом ϕ, при этом наиболее длинные оси торцевых перфорированных щек многоугольной формы совпадают друг с другом или повернуты по оси вращения перфорированного ротора друг относительно друга на угол ω, а корпус снабжен сверху вытяжкой для утилизации биогаза, снизу - склизом для отвода фильтрата за пределы вибрирующего корпуса, который вместе с перфорированным фильтром, загрузочной и разгрузочной цапфами закреплен на раме, упруго смонтированной на основании, что создает колебания за счет дисбаланса массы самого перфорированного ротора, имеющего ось вращения, которая не совпадает с его осью и загруженных в него масс отходов откормочного комплекса. Такое техническое решение придает и обеспечивает одновременное воздействие этих колебаний на отходы откормочного комплекса в трех взаимно перпендикулярных направлениях, усиливает влияние колебаний всей конструкции установки на процесс разделения отходов на жидкие и твердые фракции, повышает интенсивность выделения биогаза, что расширяет технологические возможности, повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, улучшает экологическую обстановку путем утилизации биогаза (метана и водорода) для дальнейшей его переработки.
Новизна заключается в том, что совместное влияние вращательного движения перфорированного фильтра и движущихся внутри него отходов и совмещение с этим движением колебаний рамы с закрепленным на ней корпусом с перфорированным фильтром, придает отходам откормочного комплекса сложное пространственное движение, что повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, а также интенсивность выделения биогаза из отходов откормочного комплекса.
Новизна заключается в том, что центры симметрии внутренней поверхности перфорированного фильтра в каждом элементе поперечного сечения по его длине, смещены относительно оси вращения, что нарушает не только стационарность движения частиц отходов, расширяет технологические возможности, но и способствует созданию эксцентриситета и возбуждению колебаний перфорированного фильтра совместно с корпусом и рамой.
Новизна заключается также в том, что фильтр снабжен цапфами и в загрузочной цапфе жестко закреплена большим диаметром двухступенчатая пружина трапециевидной формы, а ее ступень меньшего диаметра смонтирована консольно и входит не менее тремя витками в носок средства для загрузки, причем в загрузочную цапфу вмонтирован трубопровод подачи теплого воздуха, для придания движения отходам в загрузочной цапфе от средства для загрузки к фильтру, а в разгрузочной цапфе жестко закреплена пружина трапециевидной формы и со стороны разгрузочной цапфы в фильтре смонтирован улавливатель сгущенной фракции, выполненный в виде жестко прикрепленных к торцевой щекой трех и более пластин, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы под острым углом θ к плоскости торцевой щеке в сторону вращения фильтра и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой, входящей во внутренний диаметр пружины разгрузочной цапфы, что расширяет технологические возможности разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных на жидкие и сгущенные фракции, повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, а также интенсивность выделения биогаза из отходов откормочного комплекса.
Новизна заключается в том, что центры симметрии внутренней поверхности перфорированного фильтра в каждом элементе поперечного сечения по его длине, смещены относительно оси вращения, что нарушает не только стационарность движения частиц отходов, расширяет технологические возможности, но и способствует созданию эксцентриситета и возбуждению колебаний перфорированного фильтра совместно с корпусом и рамой.
Новизна заключается в том, что в результате выполнения перфорированного фильтра в виде установленной наклонно относительно горизонтальной оси перфорированной призмы с торцевыми перфорированными щеками, с размещенными под различными углами не только к горизонтальной оси вращения, но и друг к другу, нарушается стационарность движения частиц отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных, которые совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как по периметру перфорированный фильтр выполнен в виде наклонной призмы, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное, что повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, а также интенсивность выделения биогаза из отходов откормочного комплекса.
Новизна заключается также в том, что такое конструктивное оформление фильтра создает дебаланс во вращающемся перфорированном фильтре, что придает ему и корпусу низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс разделения отходов откормочного комплекса, но и обеспечивают надежность перемещения фильтрата по склизу и выводу его за пределы вибрирующего корпуса.
Новизна заключается также в том что корпус снабжен сверху вытяжкой для утилизации биогаза, снизу - склизом для вывода фильтрата за пределы вибрирующего корпуса, и в загрузочную цапфу вмонтирован трубопровод для перемещения отходов внутри нее от средства для загрузки к фильтру, что не только улучшает экологическую обстановку на прилегающей территории, но и обеспечивает утилизацию биогаза (метана и водорода) для дальнейшей его переработки и получения дополнительной экономической выгоды путем реализации этого продукта.
Новизна усматривается также в том, что поверхность по периметру фильтра выполнена многогранной, ось которой составляет с осью ее вращения острый угол и поэтому положение центров симметрии фильтра в виде эллипсов в процессе его вращения подвижно, что увеличивает энергоемкость взаимодействия потоков отходов, повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, а также интенсивность выделения биогаза из отходов откормочного комплекса.
Новизна заключается также в том, что плоские торцевые перфорированные щеки многоугольной формы, смонтированы под острым углом 5-85° одна к другой и под разными углами к оси вращения фильтра, а также повернуты относительно друг друга на угол 0-360°, что нарушает стационарность движения потоков отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных, поэтому размеры и место активного их взаимодействия заметно меняются за время одного оборота фильтра, что обеспечивает не только самоочистку отверстий многогранной поверхности фильтра и торцевых щек, но и расширяет технологические возможности и повышает производительность.
Новизна усматривается также в том, что расположение многогранных торцевых щек под острым углом к оси вращения многогранной конической поверхности фильтра обеспечивает не только разность давления на частицы отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных внутри фильтра, но и перемещение их от загрузки к выгрузке.
Новизна заключается также в том, что частицы сгущенной фракции из фильтра выводятся непрерывным потоком улавливателем сгущенной фракции, смонтированного внутри фильтра и жестко прикрепленного к торцевой щеке, и передаются непрерывным потоком из полости фильтра внутрь разгрузочной цапфы, где винтовой пружины транспортируются и выводятся за пределы станка и попадают в емкость для сбора сгущенной фракции, при этом сгущенная фракция из фильтра в разгрузочную цапфу выводится не только с помощью трех платин, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы под острым углом к плоскости торцевой щеке в сторону вращения фильтра и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой, входящей во внутренний диаметр винтовой пружины разгрузочной цапфы, но и через внутреннее отверстие конической втулки, что обеспечивает непрерывность перемещения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных и, в частности, сгущенной фракции, повышает производительность и качество разделения отходов на фракции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен малогабаритный станок для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - перфорированный фильтр с цапфами с перфорированными щеками, наиболее длинные оси которых совпадают друг с другом; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - улавливатель сгущенной фракции, наглядное изображение; фиг. 6 - наглядное изображение перфорированного фильтра с перфорированными щеками, наиболее длинные оси которых повернуты по оси перфорированного фильтра друг относительно друга на угол ω; на фиг. 7 - вид В на фиг. 6.
Малогабаритный станок для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) содержит корпус 1 и смонтированный в нем полый перфорированный фильтр 2 с двумя цапфами 3 и 4 установленный с возможностью вращения (привод на чертеже не показан). Станок снабжен средством для загрузки 5. В корпус 1 смонтированы сверху вытяжка 6 для утилизации биогаза и снизу склиз 7 - для вывода фильтрата за пределы вибрирующего корпуса 1, который вместе с перфорированным фильтром 2 и цапфами 3 и 4 закреплен на прямоугольной раме 8, упруго смонтированной на основании 9 с помощью четырех упругих элементов 10. В загрузочной цапфе 3 жестко закреплена большим диаметром двухступенчатая пружина 11 трапециевидной формы, а ее ступень меньшего диаметра 12 смонтирована консольно и входит не менее двумя витками в носок 13 средства для загрузки 5, причем в загрузочную цапфу 3 вмонтирован трубопровод подачи теплого воздуха (на чертеже не показано), для придания дополнительно движения отходам по загрузочной цапфе 3 от средства для загрузки 5 к фильтру 2.
Перфорированный фильтр 2 (фиг. 3, фиг. 4) установлен под острым углом а к оси его вращения и выполнен в виде многогранной перфорированной призмы с плоскими перфорированными гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми перфорированными щеками многоугольной формы 14 и 15, смонтированными под острым углом β=5-85° одна к другой и под разными углами к оси вращения фильтра 2, при этом могут быть повернутыми относительно друг друга на угол ϕ=0-360° (фиг. 6 и фиг. 7).
В разгрузочной цапфе 4 жестко закреплена пружина 16 трапециевидной формы и со стороны разгрузочной цапфы 4 в фильтре 2 смонтирован улавливатель 17 сгущенной фракции, выполненный в виде (фиг. 5) жестко прикрепленных к торцевой щеке трех и более пластин 18, 19, 20, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы 4 под острым углом θ к плоскости торцевой щеки 15 в сторону вращения фильтра 2 и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой 21, входящей во внутренний диаметр пружины 16 разгрузочной цапфы 4.
Перфорированный фильтр 2 выполнен с возможностью вращения в опорах 22 и 23, которые закреплены на раме 8. В корпусе 1 над склизом 7 выполнено прямоугольное отверстие 24 для выгрузки фильтрата за пределы корпуса 1 в емкость 25. Станок снабжен емкостью 26 для приема сгущенной фракции. Направление витков пружин 12, 11, 16 совпадает с направлением вращения перфорированного фильтра 2.
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2
2
2
1
1
На фиг. 6, фиг. 7 наиболее длинные оси i-i и i-i торцевых перфорированных щек 14 и 15 многоугольной формы 14 и 15 совпадают (i-i≡i-i). На фиг. 6 и фиг 7 показаны оси i-i и i-i торцевых перфорированных щек 14 и 15 многоугольной формы, повернутые по оси вращения перфорированного фильтра 2 друг относительно друга на угол со, при этом i-i≡i-i.
Такое конструктивное оформление перфорированного фильтра 2 создает дебаланс, что придает ему и корпусу 1 низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных на жидкие и сгущенные фракции, но и обеспечивают надежность перемещения сгущенных фракций внутри фильтра 2, цапф 3, 4, а также движение фильтрата по склизу 7 и вывод их за пределы станка. Для обеспечения бесперебойного и устойчивого перемещения отходов от средства для загрузки 5 по загрузочной цапфе 3 в фильтр 2 в загрузочную цапфу 3 вмонтирован трубопровод для подачи теплого воздуха (на чертеже не показано).
В разгрузочной цапфе 4 жестко закреплена пружина 16 трапециевидной формы и со стороны разгрузочной цапфы 4 в фильтре 2 смонтирован улавливатель 17 сгущенной фракции, выполненный в виде жестко прикрепленных к торцевой щеке 15 трех и более пластин 18, 19, 20, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы 4 под острым углом к плоскости торцевой щеке 15 в сторону вращения фильтра 2 и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой 21, входящей во внутренний диаметр пружины 16 разгрузочной цапфы 4.
Малогабаритный станок для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных на жидкие и сгущенной фракции работает следующим образом.
Отходы предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных поступают через средство для загрузки 5 и цапфу 3 во вращающийся перфорированный фильтр 2, где они совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине перфорированного фильтра 2 в каждом поперечном сечении из-за созданного дебаланса вибрирующего корпуса 1 всего малогабаритного станка для разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных, при этом частицы отходов совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям. А так как перфорированный фильтр 2 выполнен в виде многогранной перфорированной призмы с плоскими перфорированными гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми перфорированными щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом 5-85° одна к другой и под разными углами к оси вращения фильтра, при этом повернутыми относительно друг друга на угол 0-360°, то частицы отходов совершают в горизонтальной плоскости возвратно-поступательное движение.
В результате, поток движущихся частиц отходов не стационарен, а размеры и расположение активного движения потоков отходов заметно меняются за время одного оборота перфорированного фильтра 2. Поэтому, в результате нарушения упорядоченности процесса движения частиц потоков отходов, движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает энергоемкость соударений частиц отходов между собой и со стенками по периметру перфорированного фильтра 2, а также с торцевыми перфорированными щеками 14 и 15, что обеспечивает очистку их перфорированных поверхностей, расширяет технологические возможности разделения отходов на жидкие и сгущенные фракции, повышает производительность, эффективность и качество разделения отходов, улучшает экологическую обстановку путем утилизация биогаза (метана и водорода) для дальнейшей его переработки.
Процесс не стационарности движения частиц отходов усугубляется расположением торцевых многоугольных перфорированных щек 14 и 15, что существенно меняет направление движения частиц отходов вдоль оси вращения перфорированного фильтра 2 и создает зоны различного давления торцевых перфорированных щек 14 и 15 на частицы отходов и интенсифицирует процесс их разделения. Поэтому частицы отходов имеют возможность под воздействием геометрического уклона многогранного перфорированного фильтра 2 и разности давления торцевых перфорированных щек многогранной формы 14 и 15, расположенных под углом друг к другу и к оси вращения перфорированного фильтра 2, не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении, создавая при этом турбулентные потоки. В результате такой интенсификации движения потоки частиц отходов разделяются на фракции. Жидкая фракция в виде фильтрата выводится за пределы перфорированной поверхности фильтра 2, стекает по стенкам корпуса 1 и попадает на наклонный склиз 7 корпуса 1, затем выводится через отверстие 24 в емкость 25. Частицы сгущенной фракции с помощью смонтированного внутри фильтра 2 улавливателя сгущенной фракции 17, жестко прикрепленного к торцевой щеке 15 передаются непрерывным потоком из полости фильтра 2 внутрь цапфы 4, где винтовой пружиной 16 транспортируются и выводятся за пределы станка и попадают в емкость 26 для приема сгущенной фракции, при этом сгущенная фракция из фильтра 2 в цапфу 4 выводится не только с помощью трех платин 18, 19, 20, наклоненных в сторону разгрузочной цапфы 4 под острым углом θ к плоскости торцевой щеке 15 в сторону вращения фильтра 2 и жестко скрепленных с пустотелой конической втулкой 17, входящей во внутренний диаметр винтовой пружины 16 разгрузочной цапфы, но и через внутреннее отверстие конической втулки 21.
Процесс движения частиц отходов, которые поднимаются вверх и падают вниз, непрерывен. Поскольку внутренние перфорированные стенки фильтра 2 расположены под углом не только друг к другу, но и к его оси вращения, то в каждой порции отходов, каждая частица отходов перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс разделения отходов, расширяет технологические возможности разделения отходов предприятий по выращивания сельскохозяйственных животных на жидкие и сгущенные фракции. С помощью вытяжки 6 и трубопровода (на чертеже не показано), подающего теплый воздух внутрь цапфы 3 для придания движения отходам в загрузочной цапфе 3 от средства для загрузки 5 к фильтру 2, а также биогаз, который интенсивно выделяется при разделения на фракции отходов в фильтре 2, утилизируется и передается для дальнейшей переработки.
Такое конструктивное оформление перфорированного фильтра 2 создает дебаланс, что придает перфорированному фильтру 2 и корпусу 1 низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс разделения отходов на жидкие и сгущенные фракции, но и обеспечивают надежность перемещения жидкой фракции в виде фильтрата по склизу 7 корпуса 1 и его вывод за пределы малогабаритного станка.
Технико-экономические преимущества обеспечиваются за счет расширения технологических возможностей, разделения отходов предприятий по выращиванию сельскохозяйственных животных на жидкие и сгущенные фракции, повышения производительности, эффективности и качества разделения отходов, улучшения экологической обстановки путем утилизация биогаза (метана и водорода) для дальнейшей его переработки и реализации, а также за счет создания дебаланса во вращающемся перфорированном фильтре, что придает ему и корпусу низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс разделения отходов, но и обеспечивают надежность транспортировки отходов и их фракций от загрузки к выгрузке.