УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ ФЕРМЕНТЕРА Российский патент 2003 года по МПК A01F15/10 B65G65/48 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях питателей сыпучих материалов для послойной нижней разгрузки ферментера, предназначенного для получения торфокормового компонента.

Известен механизм разгрузки ферментера, предназначенный для нижней послойной выгрузки биомассы, включающий разгрузочные окна, расположенные на выходе ферментера, и рабочий разгрузочный орган, выполненный в виде двух конических шнеков, смонтированных горизонтально на подвижном дне ферментера (RU 4696, кл. В 01 F 7/24, 04.06.96). В данном устройстве рабочий орган укреплен на опорном круге с возможностью его поворота вокруг оси ферментера, причем под опорным кругом и под разгрузочным окном установлена воронка.

Недостатком конструкции является ее сложность, из-за необходимости наличия приводов вращения шнека и поворотной платформы. При этом несоответствие частот вращения поворотной платформы и шнеков приводит к скоплению материала перед шнеками и образованию так называемого "тела волочения", что значительно увеличивает энергозатраты на разгрузку.

В основу настоящего изобретения положена задача создания экономичного, простого и надежного механизма разгрузки ферментера, обеспечивающего нижнюю послойную разгрузку материала.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для разгрузки ферментера, включающем рабочий орган, смонтированный с возможностью поворота вокруг оси, разгрузочные окна и воронку, расположенную на выходе ферментера, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде лопастей, изогнутых в поперечных и горизонтальных плоскостях, закрепленных на вертикальном ведущем валу, причем в горизонтальной плоскости лопасти изогнуты с радиусом кривизны, равным

где R - радиус ферментера;
α - угол ≥ arctg f,
где f - коэффициент трения скольжения, а в поперечном сечении лопасти изогнуты с переменной кривизной, радиус r¹ которой определяется из выражения
πR2i

H² = (r¹)2i(πγ/360-0,25sin2γ)D²,
где γ=arcsin (H/(r¹)_i) - угол между лучами радиусом r¹ _i, проведенными в крайние точки поперечного сечения лопасти, в месте на расстоянии R_i от центра вращения; Н - высота лопасти; D - диаметр ферментера. Целесообразно разгрузочные окна располагать по периферии дна ферментера.

Лопасти изгибают таким образом, чтобы обеспечить послойный срез биомассы по всему поперечному сечению в нижней части ферментера и беспрепятственное ее перемещение вдоль лопасти и далее к периферии ферментера и к разгрузочным окнам. Рабочий орган имеет жесткую сварную конструкцию, что придает ей простоту и надежность в эксплуатации и при ремонте. Выполнение свободных концов лопастей заостренными облегчает послойный срез биомассы и перемещение его к разгрузочным окнам.

В конструкции механизма разгрузки для удобства выгрузки материала рекомендуется располагать два разгрузочным окна по периферии дна ферментера. Для предотвращения непосредственного осыпания материала в разгрузочные окна имеются защитные воротники.

Механизм разгрузки ферментера представлен на чертежах, где:
на фиг.1 - общий вид устройства;
на фиг.2 - вид сверху рабочего органа ферментера;
на фиг.3 - поперечное сечение лопасти;
на фиг.4 - схема действия силы реакции биомассы на лопасть.

Устройство для разгрузки ферментера выполнено следующим образом.

В цилиндрическом корпусе 1 ферментера на вертикальном валу 2 закреплен разгрузочный рабочий орган, выполненный в виде лопастей 3. Под лопастями 3 расположено дно 4. По периферии дна 4 расположены разгрузочные окна 5. На стенках корпуса 1 и над центральным валом прикреплены защитные воротники 6. Под разгрузочными окнами 5 расположены воронки 7, под которыми установлены транспортирующие конвейеры 8.

Устройство работает следующим образом.

Вращение на ведущий вал 2 передается от электропривода, на котором жестко закреплен рабочий орган, выполненный в виде изогнутых в вертикальной и горизонтальной плоскостях лопастей 3. При вращении рабочего органа заостренным концом лопасти 3 происходит послойный срез биомассы. Материал срезается послойно, благодаря особой форме лопастей 3. Лопасть в своем поперечном сечении представляет собой дугу, радиус кривизны которой r¹ изменяется по длине лопасти от r¹=∞ (то есть лопасть вертикальна), до r¹=Н, где Н - высота лопасти 3, которая является постоянной по всей ее длине от 0,1 до 0,15 м. (фиг.3). В каждом сечении лопасти R_i радиус ее кривизны r¹ в поперечном сечении определяется из выражения
πR2i

H² = (r¹)2i(πγ/360-0,25sin2γ)D²,
где γ= arcsin(Н/(r¹)_i) - угол между лучами радиусом r¹ _i, проведенными в крайние точки поперечного сечения лопасти, в рассматриваемом сечении (фиг. 3); Н - высота лопасти, зависящая от производительности разгрузочного устройства; D - диаметр ферментера. В центральной части устройства r¹=∞ (то есть лопасть вертикальна), в конце лопасти r¹=Н (фиг.3).

Выбирается несколько значений r¹, например, r¹=1,5Н, r¹=2Н, r¹=2,5Н и т. д. Затем по формуле вычисляют соответствующие значения угла γ, который является переменным.

Так для r¹=1,5Н имеем
γ=arcsin(Н/(r¹)_i)=arcsin(H/1,5H)=42^o.

Полученное значение угла γ=42^o подставляют в формулу и вычисляют значение R_i - радиус от центра ферментера (в горизонтальной плоскости), на котором кривизна лопасти в поперечном сечении равна r¹= 1,5 Н. πR_i ²H²= (r¹)_i ²(πγ/360-0,25sin2γ)D² = (1,5 H)² (π42/360 - 0,25sin2•42) 3² = 2,377H²• R_i=0,87 м.

Рассматриваемое выражение получено из условия, что материал, срезаемый лопастью в любой точке ее длины от центра вращения, должен перемещаться к периферии через ее поперечное сечение (фиг.3 - заштрихованное сечение) в данной точке лопасти. Под изогнутой лопастью на срезаемый материал не воздействует вес вышележащих слоев. Если радиус кривизны r¹ в промежуточном сечении принять больше, чем получается из выражения, то поток материала не поместиться под изогнутой поверхностью и будет тормозиться весом вышележащих слоев. При величине r¹ меньшей, чем получаемой из выражения, увеличится поток материала, перемещаемый вдоль лопасти, и материал будет тормозиться в выходном сечении лопасти - это сечение будет забиваться. В результате того, что лопасть имеет изогнутость в горизонтальной плоскости, которая подобрана определенным образом, возникают силы, превышающие силу трения, которые перемещают биомассу от центра рабочего органа к разгрузочным окнам.

Лопасть 3 имеет горизонтальный радиус кривизны r, определяющийся по формуле

где α - угол между вектором силы реакции материала на лопасть и радиусом дуги в точке реакции, приложенной в центре лопасти (фиг.4). Например, если высота башни ферментера, в которой осуществляется ферментативная переработка смеси, - 9 м, а ее диаметр 3 м, построение профиля лопастей осуществляется следующим образом.

α= arctg f= arctg 0,5=26,6^o, где f=0,5 (0,45÷0,7) - коэффициент трения скольжения торф - сталь.

Радиус кривизны лопасти в горизонтальной плоскости
r = 1,5/2 sin 26,6^o = 1,675м.

Если окажется, что при известном угле α данное условие будет неверно, то материал прекращает свое движение вдоль лопасти 3. Значительное увеличение угла α нецелесообразно, так как это приводит к задержке материала в центральной части корпуса ферментера 1. Далее материал перемещается по дну 4 корпуса ферментера 1 в сторону разгрузочных окон 5, которые находятся у внутренней стенки корпуса ферментера 1 на диаметрально противоположных сторонах и повторяют форму дна 4. Материал, попадая в разгрузочные окна 5, ссыпается в воронку 7, откуда двумя конвейерами 8, например винтовыми, транспортируется из корпуса ферментера 1. Для предотвращения нежелательного осыпания материала напрямую через разгрузочные окна 5 над ними на внутренней стенке корпуса ферментера 1 закреплены защитные воротники 6.

Данное устройство разгрузки ферментера может быть изготовлено на существующем оборудовании по известным технологиям.

Изобретение предназначено для нижней послойной разгрузки материала из ферментера после его ферментативного выдерживания. Устройство для разгрузки включает рабочий орган, смонтированный с возможностью поворота вокруг оси, разгрузочные окна и воронку, расположенную на выходе ферментера. Рабочий орган выполнен в виде изогнутых лопастей, закрепленных на вертикальном ведущем валу, причем в горизонтальной плоскости лопасти изогнуты и в поперечном сечении лопасти изогнуты с переменной кривизной. Радиусы кривизны определяют расчетным путем. Изобретение обеспечивает получение качественной смеси за счет нахождения в ферментере материала в течение одинакового времени при послойной разгрузке. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для разгрузки ферментера, включающее рабочий орган, смонтированный с возможностью поворота вокруг оси, разгрузочные окна и воронку, расположенную на выходе ферментера, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде лопастей, изогнутых в поперечных и горизонтальных плоскостях и закрепленных на вертикальном ведущем валу, причем в горизонтальной плоскости лопасти изогнуты с радиусом кривизны, равным

где R - радиус ферментера;
α - угол≥arc tg f, где f - коэффициент трения скольжения,
а в поперечном сечении лопасти изогнуты с переменной кривизной, радиус r¹ которой определяется из выражения
πR2i

H² = (r¹)2i(πγ/360-0,25sin2γ)D²,
где γ= arcsin (Н/(r¹)_i) - угол между лучами радиусом r_i ¹, проведенными в крайние точки поперечного сечения лопасти, в месте на расстоянии R_i от центра вращения;
Н - высота лопасти;
D - диаметр ферментера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разгрузочные окна расположены по периферии дна ферментета.