АЭРАЦИОННЫЙ БИОРЕАКТОР
AERATION BIOREACTOR

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к установке для получения биогумуса из измельченных подстилочного навоза и органических отходов, а также для сушки сыпучих и несыпучих материалов продукции растениеводства с их последующей механизированной выгрузкой.
Известен биореактор для переработки органических отходов с получением удобрений (патент №2310631 С2 от 20.11.2007). Биореактор содержит закрытый теплоизолированный корпус, сообщенный посредством воздуховода с воздуходувкой, устройство для подачи исходного материала и приспособление для его распределения, выполненное в виде лопастей, вертикальный разгрузочный и горизонтальный выгрузной шнеки, зонды для измерения температуры и контроля воздушной смеси, генератор кислорода и озонатор.
Среди недостатков известного аэрационного биореактора основными являются следующие:
1) аэрационный биореактор не может сушить продукцию растениеводства;
2) нет равномерного распределения воздуха по площади и по объему корпуса аэрационного биореактора;
3) нет возможности быстро разогревать материал для начала работы микроорганизмов термофильного процесса;
4) невысокая производительность механизации загрузки и выгрузки аэрационного биореактора;
5) отсутствие модульной конструкции исключает варьирование производительности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аэрожелоб для несыпучих и сыпучих материалов (патент №2460276, БИ №25, 2012), содержащий камеру, днище из воздухораспределительных решеток и рассекателей, транспортер и лоток, реверсивный разравнивающий шнек, датчики уровня накапливаемого материала, вентилятор, ворошитель, состоящий из штанги, на конце которой установлен ползун со скребками, которые крепятся шарнирно. Перемещение штанги осуществляется приводной станцией через фрикционную передачу от роликов.
Основными недостатками приведенного аэрожелоба для несыпучих и сыпучих материалов являются:
1) аэрожелоб не может перерабатывать измельченные подстилочный навоз и органические отходы в биогумус;
2) аэрожелоб на выгрузке готового биогумуса теряет работоспособность из-за сводообразования над ворошителем;
3) аэрожелоб не оборудован топочным блоком для быстрого разогрева материала до температуры 70°C, при которой начинается работа микроорганизмов термофильного процесса;
4) аэрожелоб имеет некомпактную конструкцию, так как ворошитель требует дополнительную площадь.
Поставленная задача решается тем, что для получения биогумуса из измельченных подстилочного навоза и органических отходов, а также для сушки сыпучих и несыпучих материалов продукции растениеводства с их последующей механизированной выгрузкой в предлагаемом аэрационном биореакторе, содержащем камеру, покрашенную сверхтонким теплоизолятором и выполненную боковыми, задней и передней стенками, днище из воздухораспределительных решеток и рассекателей, разравнивающий шнек на тележечном конвейере, воздухоподводящий канал с топочным и вентиляторным блоками и жалюзийными заслонками, дверцы с заслонками окон на задней стенке, для успешной выгрузки готового биогумуса и несыпучих материалов вместо штангового ворошителя балка цепной фрезы со скребками, лопатками и направляющими пластинами установлена шарнирно через каретку на тележечный конвейер для перемещений вдоль и поперек камеры.
Новые существенные признаки:
1) аэрационный биореактор успешно выгружает биогумус, несыпучий и сыпучий материалы продукции растениеводства;
2) топочный блок быстро разогревает измельченные подстилочный навоз и органические отходы до температуры 70°C для начала работы микроорганизмов термофильного процесса и может быть использован на сушке любой продукции растениеводства;
3) одна цепная фреза, балка которой установлена шарнирно через каретку на тележечный конвейер, успешно ворошит ту часть биогумуса или несыпучего материала, которая подлежит выгрузке, последовательно у всех аэрожелобов камеры, работая с ними поочередно и перемещаясь в камере в продольном и поперечном направлениях;
4) после окончания процесса выгрузки всего биогумуса или несыпучего материала балка цепной фрезы переводится в горизонтальное положение, а камера без помех легко самоочищается перед загрузкой новой партии исходного материала;
5) конструкция крепления балки цепной фрезы позволяет ей участвовать в разравнивании материала во время загрузки камеры;
6) аэрационный биореактор во многом унифицирован с современным аэрожелобом сушильной камеры (патент №2365836, БИ №24, 2009) и имеет модульную конструкцию, которая обеспечивает варьирование производительности в широких пределах.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата.
Путем установки цепной фрезы стало возможным биогумус или любой высушенный или накопленный несыпучий материал успешно выгружать из камеры с меньшими затратами энергии, потому что ворошится и готовится к выгрузке нужная часть материала, без затрат энергии на ворошение того материала, который продолжает храниться. При этом одна цепная фреза благодаря подвижной конструкции участвует в выгрузке биогумуса или несыпучего материала по всему объему камеры биореактора. Применение цепной фрезы увеличивает производительность аэрожелоба при выгрузке биогумуса или несыпучего материала из камеры биореактора, а также при разравнивании верхнего слоя загружаемых материалов в камеру биореактора. Предложенная цепная фреза способствует сокращению затрат энергии на единицу веса выгружаемого биогумуса или несыпучего материала и времени на выгрузку, а также на разравнивание верхнего слоя загружаемых материалов в камере биореактора.
На фиг.1 приведен аэрационный биореактор, общий вид с положением балки цепной фрезы для выгрузки биогумуса или несыпучего материала; на фиг.2 приведен аэрационный биореактор, общий вид с положением балки цепной фрезы для выгрузки сыпучего материала; на фиг.3 приведен аэрационный биореактор, общий вид сверху; на фиг.4 приведена цепная фреза.
Аэрационный биореактор содержит камеру 1, выполненную боковыми, задней и передней стенками, покрашенную сверхтонким теплоизолятором, днище из воздухораспределительных решеток 2 и рассекателей 3, транспортер 4 и лоток 5 для подачи измельченных подстилочного навоза или органических отходов, или материалов, привезенных с убираемого поля, разравнивающий шнек 6, датчики 7 уровня накапливаемого материала. На тележечный конвейер 8 устанавливают разравнивающий шнек 6, который приводит реверсивный мотор-редуктор 9 через муфту управления 10. Вентиляторный 11 и топочный 12 блоки служат для подачи через жалюзийные заслонки 13 или окружающего воздуха, или сушильного агента по каналу 14 в камеру 1, которая имеет на задней стенке дверцы 15 с заслонками окон 16 для выгрузки материала в лоток 17. Цепная фреза 18 имеет балку 19, которая установлена шарнирно на перемещаемой в поперечном направлении каретке 20. На балке 19 расположена цепь 21 со скребками 22, форма которых обеспечивает эффективный захват готового биогумуса или несыпучего материала. Кроме скребков цепь 21 содержит лопатки 23, плоскость каждой из которых перпендикулярна направлению движения цепи 21. На цепи 21 монтируют также пластины 24 из пластмассы (или текстолита), заходящие краями в пазы, образованные вдоль балки 19. Это техническое решение предотвращает выворачивание скребков 22 при их взаимодействии с биогумусом или несыпучим материалом. Ведущую звездочку цепной фрезы 18 вращает электродвигатель 25 через редуктор 26. Готовый материал воздушный поток направляет в лоток 17 и далее транспортер 27 подает его по назначению.
Аэрационный биореактор работает следующим образом.
Измельченные подстилочный навоз или органические отходы подают в камеру 1 транспортером 4 по лотку 5 к разравнивающему шнеку 6. Как только материал достигает уровня, например, датчика 7 на боковой стенке камеры 1, мотор-редуктор 9 привода разравнивающего шнека 6 переключается на обратное вращение для направления измельченных подстилочного навоза или органических отходов к противоположной стенке камеры 1. При срабатывании датчика 7 от контакта с материалом у противоположной стенки камеры 1 управляемая муфта 10 переводит тележечный конвейер 8 на фиксированное расстояние в продольном направлении у камеры 1 для поэтапной загрузки с формированием слоя измельченного материала одинаковой толщины по всей площади камеры 1. При необходимости в работу может быть включена цепная фреза 18 для разравнивания загружаемого материала. По окончании загрузки отключают транспортер 4 и мотор-редуктор 9.
Затем включают вентиляторный 11 и топочный 12 блоки и начинают разогрев измельченных подстилочного навоза или органических отходов до температуры 65…70°C для начала активной работы микроорганизмов термофильного процесса. По достижении заданной температуры, которую контролируют по манометрическому термометру, топочный 12 и вентиляторный 11 блоки отключают. Камеру 1 сверху закрывают теплоизолирующим пологом с газовыводящими клапанами. В процессе дальнейшей переработки измельченного материала в биогумус в течение около 4 суток датчик манометрического термометра включает или отключает только вентиляторный блок 11 для поддержания оптимальной температуры процесса переработки измельченных подстилочного навоза или органических отходов в биогумус. Для чего окружающий воздух вентиляторным блоком 11 подают по каналу 14 в камеру 1 через жалюзийные заслонки 13 и воздухораспределительные решетки 2. Конструкция подачи воздуха от вентиляторного блока 11 гарантирует равномерное распределение воздуха по всему объему камеры 1. Окончание процесса переработки измельченных подстилочного навоза или органических отходов фиксируют по снижению температуры в камере 1.
В начале выгрузки готового биогумуса или несыпучего материала у камеры 1 открывают одну любую дверцу 15. Цепную фрезу 18 устанавливают в рабочее положение вертикально посередине воздухораспределительной решетки 2, которая открыта дверцей 15. Устанавливают нужную скорость движения выходящего через отверстия воздухораспределительной решетки 2 воздуха (более 20 м/с) с помощью жалюзийных заслонок 13 того аэрожелоба, который участвует в выгрузке, остальные жалюзийные заслонки 13 других аэрожелобов закрывают. Включают вентиляторный блок 11 и цепную фрезу 18. Она нарушает сводообразование над воздухораспределительной решеткой 2 и рыхлит только тот материал, который подлежит выгрузке. Рыхлый материал воздушный поток направляет в лоток 17 и далее транспортер 27 подает его по назначению. Тележечный конвейер 8 постоянно надвигает цепную фрезу 18 на выгружаемый материал до окончания его выгрузки. Потом цепную фрезу 18 полностью выводят из камеры 1 и перемещают к оставшемуся материалу у другой открытой дверцы 15 для дальнейшей выгрузки.
По окончании выгрузки камера 1 потоком воздуха полностью самоочищается и готовится для повторного цикла работ.
Перед сушкой урожая, привезенного с поля, камеру 1 дезинфицируют. После ее загрузки вентиляторный 11 и топочный 12 блоки работают до получения кондиционной влажности у материала сушки. На выгрузке высушенного сыпучего материала работает только вентиляторный блок 11, не включают в работу цепную фрезу 18. У дверцы 15 открывают окно 16, через которое поток воздуха выгружает высушенный материал в лоток 17.
Перечень позиций:
1 - камера;
2 - воздухораспределительная решетка;
3 - рассекатель;
4 - транспортер;
5 - лоток;
6 - разравнивающий шнек;
7 - датчик уровня накапливаемого материала;
8 - тележечный конвейер;
9 - мотор-редуктор;
10 - муфта управления;
11 - вентиляторный блок;
12 - топочный блок;
13 - жалюзийная заслонка;
14 - воздухоподводящий канал;
15 - дверца;
16 - окно;
17 - лоток;
18 - цепная фреза;
19 - балка;
20 - каретка;
21 - цепь;
22 - скребки;
23 - лопатки;
24 - пластины;
25 - электродвигатель;
26 - редуктор;
27 - транспортер.