БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА
BIOGAS PLANT

Изобретение относится к биохимии и предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства с получением биогаза и органических удобрений.
Известна биогазовая установка (RU 2605312, С12М 1/04, С12М 1/107, 20.12.2016), содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, внешняя часть которого обмотана нагревательной лентой, купол и днище имеют форму полусферы, в резервуаре установлена вертикальная рамная мешалка, оснащенная вертикальными и горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, который своим верхним концом прикреплен к валу приводного двигателя. Нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным.
Так как приводной двигатель закреплен к верхнему концу вертикального вала рамной мешалки, а нижний конец вала не закреплен, вал во время вращения мешалки будет совершать колебания. При большой амплитуде этих колебаний возможно касание лопастей мешалки внутренней поверхности вертикального цилиндрического резервуара, а при продолжительных интенсивных колебаниях возможен излом центрального вертикального вала. Отмеченный факт обуславливает низкую надежность работы биогазовой установки.
Известна биогазовая установка (RU 2743584, С12М 1/00, С12М 1/04, С12М 1/107. 20.02.2021), выбранная в качестве прототипа, содержащая герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, имеющих форму полусферы, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, в резервуаре установлена вертикальная мешалка, оснащенная горизонтальными лопастями, закрепленными на центральном вертикальном валу, верхний конец которого предназначен для подсоединения к приводу, нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным, центральный вертикальный вал выполнен полым, внутри которого по его высоте регулярно расположены индукторы в виде катушек собмотками. Обмотки индукторов соединены друг с другом и контактными кольцами, жестко закрепленными на внешней поверхности верхней части центрального вертикального вала, выходящей за пределы купола, с контактными кольцами соприкасаются электропроводящие щетки узла скользящего токосъема, жестко закрепленного на наружной поверхности купола, выводы электропроводящих щеток предназначены для соединения с источником переменного напряжения, а горизонтальные лопасти, выполненные из электропроводящего материала жестко прикреплены к наружным боковым поверхностям участков центрального вертикального вала, в которых расположены индукторы.
Недостатком данной биогазовой установки является низкая надежность работы из-за использования для передачи электрической энергии с неподвижного источника переменного напряжения на вращающиеся индукторы узла скользящего токосъема, характеризующегося относительно низкой надежностью.
Задача настоящего изобретения - повышение надежности работы биогазовой установки за счет использования вращающего момента, распределенного по длине центрального вертикального вала.
Технический результат достигается тем, что в биогазовой установке, содержащей герметичный вертикальный цилиндрический резервуар с технологическими патрубками, снабженный куполом и днищем, имеющих форму полусферы, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара, витки которой повторяют форму резервуара, в резервуаре установлена вертикальная мешалка, оснащенная горизонтальными лопастями, выполненными из электропроводящего материала и закрепленными на центральном вертикальном валу, нижняя горизонтальная лопасть имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища резервуара, при этом отверстия на спиралевидной трубе выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга, купол резервуара выполнен съемным, центральный вертикальный вал выполнен полым, внутри которого расположен индуктор с многофазной обмоткой, выводы которой соединены с источником переменного напряжения, верхний конец центрального вертикального вала герметично закрыт крышкой, во внутренней полости центрального вертикального вала коаксиально ему расположен центральный вертикальный стержень, жестко закрепленный на внутренней поверхности днища герметичного вертикального цилиндрического резервуара, центральный вертикальный вал удерживается относительно центрального вертикального стержня с помощью подшипников, расположенных на концах центрального вертикального вала, причем внешние кольца подшипников жестко закреплены на внутренней боковой поверхности центрального вертикального вала, а внутренние кольца подшипников жестко закреплены на наружной боковой поверхности центрального вертикального стержня, нижний конец центрального вертикального вала сопрягается с внутренней поверхностью днища герметичного вертикального цилиндрического резервуара посредством подвижного уплотнительного приспособления, а многофазная обмотка индуктора равномерно намотана по длине центрального вертикального стержня. Биогазовая установка показана на чертеже.
Биогазовая установка содержит герметичный вертикальный цилиндрический резервуар 1 на опорах 2, снабженный куполом 3 и днищем 4, имеющих форму полусферы. В герметичном вертикальном цилиндрическом резервуаре 1 установлено барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу 5, расположенную вдоль стен резервуара 1, витки которой повторяют форму резервуара 1. В резервуаре 1 установлена вертикальная мешалка 6, оснащенная горизонтальными лопастями 7, выполненными из электропроводящего материала и закрепленными на центральном вертикальном валу 8. Нижняя горизонтальная лопасть 7 имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны днища 4 резервуара 1, при этом отверстия 9 на спиралевидной трубе 5 выполнены сквозными вертикальными на равном расстоянии друг от друга. Купол 3 резервуара 1 выполнен съемным, центральный вертикальный вал 8 выполнен полым, внутри которого расположен индуктор 10 с многофазной обмоткой 11, выводы которой соединены с источником многофазного переменного напряжения, например, трехфазного (на чертеже не показан). Центральный вертикальный вал 8 изготовлен из немагнитного материала. Верхний конец центрального вертикального вала 8 герметично закрыт крышкой 12. Во внутренней полости центрального вертикального вала 8 расположен центральный вертикальный стержень 13, жестко закрепленный на внутренней поверхности днища 4 герметичного вертикального цилиндрического резервуара 1. Центральный вертикальный стержень 13 изготовлен из ферромагнитного материала, например из электротехнической стали марки Э 48, Э 370 или Э 380. Центральный вертикальный вал 8 удерживается относительно центрального вертикального стержня 13 с помощью подшипников 14, расположенных на концах центрального вертикального вала 8, причем внешние кольца подшипников 14 жестко закреплены на внутренней боковой поверхности центрального вертикального вала 8, а внутренние кольца подшипников 14 жестко закреплены на наружной боковой поверхности центрального вертикального стержня 13. Нижний конец центрального вертикального вала 8 сопрягается с внутренней поверхностью днища 4 герметичного вертикального цилиндрического резервуара 1 посредством подвижного уплотнительного приспособления 15, например, сальника или армированной манжеты. Многофазная обмотка 11 равномерно намотана по длине центрального вертикального стержня 13.
Нижний конец спиралевидной перфорированной трубы 5 жестко прикреплен к стальному цилиндрическому уголку 16, соединенному с шаровым краном 17 для подачи биогаза. Купол 3 выполнен съемным.
На куполе 3 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлены загрузочный патрубок 18 для подачи перерабатываемой биомассы, датчик давления 19, патрубок 20 для отвода биогаза. Патрубок 20 соединен через трубопровод 21 выхода биогаза с газгольдером, который на чертеже не показан. В днище 4 герметичного цилиндрического резервуара 1 установлен патрубок 22 для выгрузки переработанного субстрата.
Спиралевидная перфорированная труба 5 через стальной уголок 16 и шаровой кран 17 соединена с трубопроводом 23 для подачи биогаза и компрессором, который на чертеже не показан, соединенным с газгольдером. На внешней поверхности вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 жестко закреплен терморегулятор 24.
Биогазовая установка работает следующим образом.
Для создания анаэробности сбраживания в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 18 заливают воду до верхнего уровня купола 3. Далее часть воды сливают из вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1, так чтобы загрузочный патрубок 18 оставался частично загруженным в воде. Затем в вертикальный герметичный цилиндрический резервуар 1 через загрузочный патрубок 18 загружают разжиженный свежий навоз (помет) с влажностью 92-93% до верхнего уровня купола 3. Форма купола 3 биогазовой установки образует емкость для скапливания образующегося биогаза. Давление в вертикальном герметичном цилиндрическом резервуаре 1 отслеживают при помощи датчика давления 19. После заполнения вертикального герметичного цилиндрического резервуара 1 биомассой включают источник переменного напряжения (на чертеже не показан). По многофазной обмотке 10 начинает протекать многофазный, например, трехфазный, переменный ток, который создает вращающееся электромагнитное поле, индуцирующее в горизонтальных лопастях 7 и в стенках центрального вертикального вала 8 вихревые токи. Под действием этих токов горизонтальные лопасти 7 нагреваются и отдают свою теплоту окружающим слоям биомассы. Одновременно с этим взаимодействие вращающегося магнитного поля тока, протекающего по многофазной обмотке 10, с вихревыми токами в стенках центрального вертикального вала 8 приводит к возникновению вращающегося момента, под действием которого центральный вертикальный вал 8 с горизонтальными лопастями 7 начинает вращаться.
В результате вращения нагретых горизонтальных лопастей 7 осуществляется интенсивный и быстрый теплообмен между областями биомассы, непосредственно контактирующими с горизонтальными лопастями 7, и периферийными областями.
Получаемый в вертикальном герметичном цилиндрическом резервуаре 1 биогаз через патрубок 20 и трубопровод 21 поступает в газгольдер, где его часть через трубопровод поступает в компрессор. Для усиления эффекта перемешивания биомассы, обеспечения питательными веществами метанообразующих бактерий, предотвращения осадочного материала и корки под куполом 3, которая препятствует выходу биогаза, периодически запускают барботажное перемешивающее устройство 5. Для этого открывают кран 17, после чего находящийся в компрессоре биогаз по трубопроводу 23 под давлением поступает в спиралевидную перфорированную трубу 5, выходит через отверстия 9 в биомассу, ускоряя процесс поднятия образованным метановым брожением пузырьков биогаза.
При превышении температуры перемешиваемой биомассы допустимого значения, например 36-38°С, терморегулятор 24 отключает источник многофазного переменного напряжения (на чертеже не показан).
Выгрузку переработанных отходов осуществляют периодически через патрубок 22.
Оставшаяся часть биогаза в газгольдере может применяться в бытовых нуждах, а переработанный субстрат - как концентрат органического удобрения.
Как можно заметить, из-за равномерного распределения многофазной обмотки 10 по длине центрального вертикального стержня 13 вращающий момент создается практически по всей длине центрального вертикального вала 8, что позволяет избежать возникновения изгибающих моментов и понизить уровень вибраций центрального вертикального вала 8. Отмеченный факт обусловливает повышение надежности работы биогазовой установки.