CN103175944B - 一种基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其包括一本体、一沼液检测单元、一沼液储存单元、一沼液采集单元、一升降单元以及一报警单元；所述沼液储存单元相对于所述本体上下移动；所述沼液储存单元的一进水阀和一出水阀分别安装在一进水口和一出水口上；一缓冲腔设置在所述进水阀处；一叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承和一转轴，所述变距螺旋叶轮组的第n个(1≤n≤N)所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[L-(N-1)a]/N，所述沼液采集单元输送所述缓冲腔的沼液；所述升降单元使所述沼液储存单元上下移动。

Description

一种基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台

技术领域

本发明涉及一种沼气池检测系统，尤其涉及一种能在沼气池中进行深水采样和现场分析检测功能的沼液成分检测平台。

背景技术

水是生命之源，随着社会、经济的飞速发展，人类社会发展对水资源的需求和依赖不断增长，使水资源安全状况面临严峻的压力。基于人类发展对水资源的迫切需求，需要在需要检测水域上进行沼液成分检测，筛选具有代表性的指标，根据水资源安全的内涵构建水资源安全评价指标体系，对检测水域的水资源安全整体状况进行定量、动态研究，可从整体上反映水资源系统的基本状况。

现有的沼液成分检测系统，采用较复杂的设备，使用时会占用较大面积，不够灵活；采样深度也受限。

中国发明CN201020551665.9公开的一种大中型沼气工程装置及其在线监测与控制系统，整个系统体积较大，使用部件分散在沼气池的多个位置；调浆池将整个沼气池的沼液进行搅拌，工作量很大，而且仅因为检测进行大面积的搅拌必要性不大；且只能在固定位置进行检测。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其置于一沼气池中，其包括一本体，其特征在于，其还包括一沼液检测单元、一采集单元、抽样管、一升降单元以及一报警单元；

所述本体的外廓覆有耐腐蚀橡胶材料；

所述沼液检测单元固定在所述本体上，用于检测沼液成分和沼气池压力；

所述的报警单元与所述的沼液检测单元相连接，当沼液成分数据和沼气池压力数据超过对应阈值后发出报警信号；

所述升降单元为一滚轴丝杠，其一端固定在所述本体的边缘，其另一端连接所述采集单元，用于使所述采集单元在水域中上下移动；

所述采集单元置于所述本体外部，相对于所述本体上下移动，用于潜入水域的不同深度；

所述采集单元具有一进水口和一出水口，所述进水口和所述出水口为一通孔，所述的进水口处设置有一进水阀，所述的出水口处设置有一出水阀，分别控制所述采集单元中沼液的进和出，所述进水阀和所述出水阀均为单向阀，所述进水口和所述出水口处设置一粗滤网，用于过滤沼液中的大尺寸杂质；

所述采集单元还包括一缓冲腔，设置在所述进水阀处，用以控制沼液从所述进水阀流入所述采集单元的速度；所述缓冲腔的外壁为一双层分隔板，所述分隔板上具有无数个漏水孔，所述漏水孔为蜂窝状，两个分隔板的所述漏水孔交错布置；

所述采集单元还包括一叶轮单元，所述叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承、一转轴和一支架，所述变距螺旋叶轮组围绕所述转轴旋转，所述转轴通过所述定位轴承安装在所述支架上，每组所述变距螺旋叶轮具有固定的相对位置，

所述变距螺旋叶轮组的第n个所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[Ｌ－(N-1)a]/N，

其中，1≤n≤N，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i，Y_i，Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长；

所述抽样管连接所述沼液检测单元和所述采集单元，将所述采集单元中稳定的沼液输送到所述沼液检测单元。

较佳的，所述采集单元按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝k×ln(h)；

其中，v为所述采集单元2下降的速度；h为所述采集单元2下降的高度；k为一常数，k＞0。

较佳的，所述沼液采集单元具有一水泵，所述水泵抽取沼液，并输送到所述沼液检测单元。

较佳的，所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台还包括一通讯装置，用于反馈所述采集单元潜入的水域深度和所述沼液检测单元的检测结果，并在接收到报警单元发出的报警信号时进行声光报警。

较佳的，所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台还包括一气泵和一储气单元，所述气泵输送压缩气体或产生负压到所述采集单元；所述储气单元作为压缩气体的来源。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台使用了变距螺旋叶轮组，变距螺旋叶轮组的旋转起到搅拌作用，将淤泥和腐殖质等微粒化，使缓冲腔的沼液成为稳定均衡的悬浊液，保证了沼液检测结果的普遍性和真实性；通过变距螺旋叶轮组的旋转，还能甩出进入缓冲腔的废弃物，避免废弃物进入抽样管。蓄水单元的容积越大，下降越深，提高了水域采样的深度。通过方程控制下降速度，使监测与预警平台下降越深，下降速度越慢，从而在水深处提高了采样密度，重点检测深处水域的沼液成分。整个系统集成在一起，占用体积较小，能灵活运用到各种大小的沼气池，且可任意根据需要进行投放和回收。只需要对检测的沼液进行搅拌，工作量减小。能移动到任意位置进行检测，机动性很强。

附图说明

图1为沼气系统能源利用效率方法的流程图；

图2为本发明的整体结构主视示意图；

图3为缓冲腔的局部放大示意图；

图4为沼液检测单元的基本结构和功能框图；

图5为控制器的基本结构和功能框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，其为沼气系统能源利用效率方法的流程图，本发明建立一种全新的直接评价沼气系统能源利用效率的方法，该方法可以直观的展现沼气系统的能源消耗环节，深入剖析物质能量的转化利用流程，全面评价沼气系统的能源利用效率，为沼气系统优化和效益提升提供科学依据。以农村户用沼气系统为例，具体步骤如下：

步骤a：划分农村户用沼气系统全生命周期单元

系统建设单元包括沼气池的建筑施工和输气管道与设备的安装，可用能投入的主要形式是物质材料和能源。某些户用沼气模式在进行农村户用沼气建设之外进行厨房、厕所和猪圈的同步改造，所以本专利方法的系统建设单元不仅指沼气池的建设，还包括厨房、厕所的改建、猪圈和果园的配套设计与建设等。

系统运行单元包括沼气发酵原料的获取、发酵产气、沼气输出及沼液沼渣的处理，以及沼气池的常规管理和维护。为保证沼气池产气正常而持久，需要不断地补充新鲜的发酵原料、更换部分旧料，每年还会进行1-2次的大换料。

系统利用单元是可用能产出利用的主要环节，系统内部发酵的产物沼气、沼液和沼渣都可以在农业系统中发挥其效用，其中沼渣沼液可以通过在种植业和养殖业多种途径的利用帮助农户实现增收增产，沼气则可以满足农户日常生活用能。

步骤b：列出农村户用沼气系统可用能分析清单

系统建设单元一般需要投入的资源有建筑材料(如水泥、砖、沙子、卵石、钢筋、塑料薄膜等)、输气管道、管道配件、其他常见沼气设备(如沼气灯、沼气灶等)。能源则考虑物质材料运输过程的能耗以及建筑过程中使用机械设备的能耗。

系统运行单元的可用能投入包括发酵原料和能源。自然界中沼气发酵原料十分广泛，几乎所有的有机物都可以作为沼气发酵原料，例如农作物秸秆，人、畜和家禽粪便、生活污水，工业和生活有机废物等。我国农村户用沼气系统的发酵原料主要是人畜粪便。部分地区由于禽畜养殖由家庭经营向大规模集约化发展造成户用发酵原料不足，同时也出于产气效率的考虑，会在发酵原料中加入秸秆、树叶、杂草等。系统运行单元发酵原料的获取及沼液沼渣的运输可能存在能源消耗。本单元的可用能产出以沼渣、沼气和沼液为主要形式。

系统利用单元的可用能投入主要是沼气、沼液和沼渣利用过程中的辅助设施能源投入，环境排放主要存在于辅助设施能源消耗、沼气燃烧、沼渣沼液挥发等过程。本单元的可用能产出体现为粮食作物、经济作物和家养牲畜。

步骤c：换算汇总系统各单元投入产出可用能

本发明建立了农村户用沼气系统常用可用能转化系数数据库，将可用能分析清单中的每一项投入或产出的能源资源数量乘以相对应的可用能转换系数，便得到蕴含在其中的可用能。

具体计算方法如下，

E_i＝Q_i×C_i，

$E_{\mathrm{in},j}=\underset{\mathrm{input}}{\mathrm{\Σ}}{E}_i,$

$E_{\mathrm{out},j}=\underset{\mathrm{output}}{\mathrm{\Σ}}{E}_i,$

其中，E_i表示系统投入或产出的第i种能源或资源蕴含的可用能，C_i表示第i种能源或资源的可用能转换系数；E_in，j表示系统第j个单元的可用能投入总量，E_out，j表示系统第j个单元的可用能产出总量；j＝1时为系统建设单元，j＝2时为系统运行单元，j＝3时为系统利用单元。

步骤d：计算农村户用沼气系统可用能效率指标

本发明共建立了3个农村户用沼气系统可用能效率指标，分别是：可用能转化率R_c，主要表征了沼气系统在运行单元进行能量转化的能力；可用能利用率R_u，表征了沼气系统在利用单元可用能利用的充分程度；系统可用能效率E_s，显示了沼气系统整个生命过程对可用能的利用效率，可作为农村户用沼气系统能源资源利用效率的主要评价指标。具体计算方法如下，

$E_c=\frac{E_{\mathrm{out},1}+E_{\mathrm{out},2}+E_{\mathrm{out},3}}{E_{\mathrm{in},1}+E_{\mathrm{in},2}+E_{\mathrm{in},3}},$

$R_u=\frac{E_{\mathrm{out},3}}{E_{\mathrm{out},1}+E_{\mathrm{out},2}+E_{\mathrm{out},3}},$

E_s＝R_c×R_u，

要形成沼气系统能源利用效率的方法，需要对沼气池沼液的基本指标进行测量，这就需要一种采样、检测、分析系统，采集到整个沼气池的不同深度的最真实情况，本发明的基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台就能实现这些基本的不同深度采样后检测并评价的功能。

请参阅图2所示，其为本发明的整体结构主视示意图，所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台包括一沼液检测单元 1、一采集单元 2、一缓冲腔 21、一变距螺旋叶轮组22、一定位轴承 23、一叶轮支架 24、一转轴 25、一通讯通道 3、一抽样管 4、一升降单元 5、一取样器 6、一气泵 60、一输气管道61、一储气筒 62、一进水阀 7、一出水阀 8、一控制器 9和一本体10。

本实施例中仅示意最简单的可实现沼液采样和检测的平台，以下介绍如何实现这两项必须功能的。

本实施例中，在所述本体10作为其他结构的安装载体，使用直流电驱动；所述本体10大致为一半椭球形，在沼气池中检测时其稳定性较好；在所述本体10的外廓上覆有耐腐蚀的软质材料，避免碰到沼气池的壁面时发生冲击，也能缓冲投放所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台时产生的冲击。

所述沼液检测单元1固定在所述本体10的内部，所述沼液检测单元1根据操作者的需要来决定所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台的检测项目，分析有机物含量等，并检测沼气池压力。

所述采集单元2、所述通讯通道3、所述抽样管4和所述升降单元5从所述本体10的侧面边缘处垂直进入沼液，这种布置方式的优点在于所述本体10的密封较好，能保护好所述沼液检测单元1等；在使用完成后便于对所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台进行清洗或者拆分。在所述本体10的侧面边缘设置卡槽或滑轮进行限位，避免管道等柔性连接件的滑移，本实施例中使用滑轮。

所述采集单元2通过所述升降单元5吊装，并能相对于所述本体10上下移动。所述采集单元2的内部安装所述进水阀7和所述出水阀8。

所述采集单元2大致为一长方体，具有一个入水口和一个出水口，在本实施例中，所述入水口和所述出水口分别设置在所述采集单元2的两相对侧面，所述出水口设置在靠下方位置以便于排水。所述进水阀7和所述出水阀8安装在所述采集单元2的所述入水口和所述出水口上，通过所述进水阀7和所述出水阀8的开合来控制所述采集单元2中积蓄的水量。

在本实施例中，所述缓冲腔21为使用双层分隔板在所述水位控制单元2的所述进水阀7附近分隔出来的一个空间。所述变距螺旋叶轮组22、所述定位轴承23、所述叶轮支架24和所述转轴25均安装在所述缓冲腔21内部。

所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台在工作时，所述采集单元2在所述本体10的下方运动，不在本体之外增加使用面积，占用面积小，不会干扰到周边物体，灵活性较高。

所述通讯通道3为一组通讯电缆，外面包裹有耐腐蚀材料，所述通讯通道3连接到所述采集单元2和所述沼液检测单元1，将所述采集单元2和所述沼液检测单元1的信息远程传递给所述控制器9，传递的信息包括所述采集单元2下降的深度，所述沼液检测单元1检测结果，并监控所述进水阀7和所述出水阀8的开合状态。

所述抽样管4连接所述沼液检测单元1和所述采集单元2，将所述采集单元2中稳定的沼液输送到所述沼液检测单元1的进水口，用于检测沼液成分情况。检测完的沼液再通过所述沼液检测单元1的出水口，经由所述抽样管4送回到所述采集单元2。送样和回样在所述抽样管4中分别使用不同的管道，分别称为输送管道和送回管道。

所述取样器6由水泵驱动，所述取样器6连接在所述抽样管4的下端。在本实施例中，所述取样器6置于所述缓冲腔21的外壁上，将所述缓冲腔21中稳定的沼液抽取后，输送到所述抽样管4。这样可以保证被检测沼液处于稳定的状态，不会受到水域中涡流的影响；而且可以反复多次测量某一时刻所述缓冲腔21中所蓄沼液的沼液成分情况。

所述气泵60可由所述动力装置附带，也可在所述控制器9上附带一个气泵。所述气泵60设置在所述本体10中，用于产生压缩气体，通过所述输气管道61输送到所述采集单元2，使所述采集单元2中的水通过所述出水阀8迅速排出，避免水遗留影响所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台的相关性能；所述气泵60还可以用于产生一定的负压，在所述进水阀7打开时，在负压作用下，吸入的水流冲击所述变距螺旋叶轮组22的叶片，所述变距螺旋叶轮组22高速旋转，所述采集单元2会迅速蓄水。

所述储气筒62设置在所述本体10中，所述储气筒62作为所述气泵60产生压缩气体的来源。所述本体的空间情况和实际检测所需气体量决定所述储气筒62的体积大小。

所述升降单元5的上端固定在所述本体10上，下端连接所述采集单元2。所述升降单元5设置为刚性的滚轴丝杠，通过电机驱动滚轴的转动，导致丝杠不断伸长，使所述采集单元2潜入到深水处进行采样。

所述采集单元2在所述升降单元5的驱动下，按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝k×ln(h)；

其中，v为所述采集单元2下降的速度；h为所述采集单元2下降的高度；k为一常数，k＞0。

所述升降单元5的所述丝杠不断伸长，所述采集单元2在所述升降单元5的驱动下，开始按照方程所示的速度下降，根据对数函数的特点，越到深处，下降速度越慢，采样检测的深度越集中，达到重点进行深水采样检测的目的。在沼气池中可能有难分解的物质阻挡所述采集单元2的下降，可在所述采集单元2的最底部设置一传感器(图中未示)，当所述传感器受到触碰时，反馈给所述升降单元5，所述升降单元5停止驱动。

所述进水阀7和所述出水阀8是所述沼液检测单元1与水域直接接触的机构，所述进水阀7和所述出水阀8均为单向阀，在沼气池中，可能会有未完全分解的大颗粒物质，在所述进水阀7和所述出水阀8之外设置粗滤网，用于遮挡大颗粒物质，避免这些大颗粒物质进入到所述采集单元2，进而堵塞所述取样器6、所述抽样管4和所述沼液检测单元1，产生不必要的维护和修理。所述进水阀7和所述出水阀8使用堵盖密封的结构将所述采集单元2上的入水口和出水口密封。

所述进水阀7和所述出水阀8的开合由气缸驱动(图中未示)，所述进水阀7和所述出水阀8通过所述通讯通道3，反馈阀的开合信号到所述控制器9。

所述控制器9为一遥控器，与所述沼液检测单元1的总电源、所述取样器6的水泵开关、所述升降单元5的动力装置、所述通讯通道3、所述进水阀7、所述出水阀8之间无线传输。所述控制器9具有一个显示屏，将所述升降单元5下降的高度、所述沼液检测单元1的检测结果、沼气池的压力值和所述本体10的运行速度反馈给操作者。

请参阅图3所示，其为缓冲腔的局部放大示意图，所述缓冲腔21使用的所述分隔板具有蜂窝状的漏水孔，两个分隔板的所述漏水孔交错布置。这样，从所述进水阀7进来的水在所述缓冲腔21被缓冲，不会对所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台造成冲击。

沼液从所述进水阀7进来后，在所述缓冲腔21内经过所述变距螺旋叶轮组22，所述变距螺旋叶轮组22围绕所述转轴25作旋转运动，所述转轴25通过所述定位轴承23安装在所述叶轮支架24上，所述叶轮支架24与所述采集单元2固定连接。本实施例中，在所述采集单元2中，所述变距螺旋叶轮组22的所述转轴25垂直布置；所述变距螺旋叶轮组22的一端靠近所述进水阀7，另一端正对所述取样器6的采样口。

沼液快速进入所述进水阀7，形成的冲击力作用于所述变距螺旋叶轮组22，使所述变距螺旋叶轮组22旋转，所述变距螺旋叶轮组22旋转产生的离心力将沼液中的大尺寸垃圾甩出来，将传递到最里部的沼液进一步过滤，所述取样器6采样口采集到的沼液纯净度提高，避免检测时的沼液中含有大尺寸垃圾，提高了检测效率和质量。

所述变距螺旋叶轮组22旋转产生的离心力的作用还能使沼液中的淤泥和腐殖质等微粒化，避免淤泥和腐殖质等在缓冲腔内引起所述漏水孔的堵塞，继而引发所述采集单元2进水不畅等一系列问题；微粒化还能使沼液成为稳定均衡的悬浊液，各种微粒遍布在沼液中，提取到所述取样器6的沼液代表了所述缓冲腔21中蓄积沼液的普遍情况，保证了检测结果的普遍性和真实性。

为了更好地产生离心力，所述变距螺旋叶轮组22的每组所述变距螺旋叶轮具有特定的叶片形状，每组所述变距螺旋叶轮之间具有固定的叶轮间距a和固定的交错角度2π/N，每组所述变距螺旋叶轮均固定在所述叶轮支架24上。

所述变距螺旋叶轮组的第n个所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[Ｌ-(N-1)a]/N，

其中，1≤n≤N，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i，Y_i，Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长。

当θ_i＝0时，

X_i＝r×cos(2π×n/N)，Y_i＝r×sin(2π×n/N)，Z_i＝(n-1)×(L+a)/N，

当θ_i＝2π时，

X_i＝r×cos(2π+2π×n/N)，Y_i＝r×sin(2π+2π×n/N)，Z_i＝n×(L+a)/N-a，

第1个所述变距螺旋叶轮，取n＝1，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由0渐变到(L+a)/N-a；

第2个所述变距螺旋叶轮，取n＝2，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，起始点与第1个所述变距螺旋叶轮的起始点相差(2π/N)个相位，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由(L+a)/N渐变到2(L+a)/N-a；

第N个所述变距螺旋叶轮，取n＝N，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由(N-1)×(L+a)/N渐变到L；

由此看出，第1个所述变距螺旋叶轮由Z轴零点开始，第n个所述变距螺旋叶轮终止点和第(n+1)个所述变距螺旋叶轮起始点的间距为a，每一个所述变距螺旋叶轮的Z轴投影长为(L+a)/N-a。

请参阅图4所示，其为沼液检测单元的基本结构和功能框图，所述沼液检测单元1包括进水口、出水口、检测模块、控制模块、通讯模块和沼液标准存储模块。

所述进水口和所述出水口通过所述抽样管4中的输送管道和送回管道分别连通到所述取样器6。沼液通过所述进水口进入到检测模块，在此模块完成有机物含量等的检测，在控制模块，利用沼液标准存储模块设定的阈值，完成检测结果和沼液标准阈值的比对，产生沼液成分的检测结果，最后通过通讯模块将检测结果传递出来。

检测模块是沼液成分检测的最核心机构，通过一系列的传感器来实现对沼液的检测，根据检测结果，凭借如图1所示的沼气系统能源利用效率方法进行评价。

请参阅图5所示，其为控制器的基本结构和功能框图，所述控制器9具有如下功能模块：

沼液检测单元总开关：控制所述沼液检测单元1的总电源，避免长时间的待机闲置；

采样控制模块：控制所述取样器6，使之经由所述抽样管4的输送管道将沼液输送到所述沼液检测单元1的进水口；

升降单元控制模块：控制所述升降单元5的潜水运动，以便深入到水下不同高度进行取样；

升降单元位置显示模块：显示所述采集单元2下降的深度；

沼液进出控制模块：控制所述进水阀7和所述出水阀8的开合，并读取所述采集单元2蓄水的深度；

动力控制模块：控制整个所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台的动力，使之以机动方式行走；

压力预警模块：如果所述沼液检测单元1检测到沼气池的压力超过安全压力值，通知操作者采取减压措施；

显示模块：显示所述升降单元5下降的高度、所述沼液检测单元1的检测结果、沼气池的压力值和所述本体10的运行速度。

所述基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台在工作的全过程中，所有装置都在所述本体10的下方运动，不在所述本体10之外增加使用面积，占用面积小，在相对狭窄的沼气池中也可以进行检测，同时不会干扰到周边物体，可以在复杂的环境中任意穿梭，灵活性较高，同时，这种稳定的内部结构和外形使安全性提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其置于一沼气池中，其包括一本体，其特征在于，其还包括一沼液检测单元、采集单元、抽样管、一升降单元以及一报警单元；

所述本体的外廓覆有耐腐蚀橡胶材料；

所述沼液检测单元固定在所述本体上，用于检测沼液成分和沼气池压力；

所述报警单元与所述沼液检测单元相连接，当沼液成分数据和沼气池压力数据超过对应阈值后发出报警信号；

所述升降单元为一滚轴丝杠，其一端固定在所述本体的边缘，其另一端连接所述采集单元，用于使所述采集单元在水域中上下移动；

所述采集单元置于所述本体外部，相对于所述本体上下移动，用于潜入水域的不同深度；

所述采集单元具有一进水口和一出水口，所述进水口和所述出水口为一通孔，所述的进水口处设置有一进水阀，所述的出水口处设置有一出水阀，分别控制所述采集单元中沼液的进和出，所述进水阀和所述出水阀均为单向阀，所述进水口和所述出水口处设置一粗滤网，用于过滤沼液中的大尺寸杂质；

所述采集单元还包括一缓冲腔，设置在所述进水阀处，用以控制沼液从所述进水阀流入所述采集单元的速度；所述缓冲腔的外壁为一双层分隔板，所述分隔板上具有无数个漏水孔，所述漏水孔为蜂窝状，两个分隔板的所述漏水孔交错布置；

所述采集单元还包括一叶轮单元，所述叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承、一转轴和一支架，所述变距螺旋叶轮组围绕所述转轴旋转，所述转轴通过所述定位轴承安装在所述支架上，每组所述变距螺旋叶轮具有固定的相对位置，

所述变距螺旋叶轮组的第n个所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[Ｌ－(N-1)a]/N，

其中，1≤n≤N，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i，Y_i，Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长；

所述抽样管连接所述沼液检测单元和所述采集单元，将所述采集单元中稳定的沼液输送到所述沼液检测单元。

2.根据权利要求1所述的基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其特征在于，所述采集单元按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝k×ln(h)；

其中，v为所述采集单元(2)下降的速度；h为所述采集单元(2)下降的高度；k为一常数，k＞0。

3.根据权利要求1所述的基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其特征在于，所述采集单元具有一水泵，所述水泵抽取沼液，并输送到所述沼液检测单元。

4.根据权利要求1所述的基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其特征在于，其还包括一通讯装置，用于反馈所述采集单元潜入的水域深度和所述沼液检测单元的检测结果，并在接收到报警单元发出的报警信号时进行声光报警。

5.根据权利要求1所述的基于沼气系统能源利用效率方法的监测与预警平台，其特征在于，其还包括一气泵和一储气单元，所述气泵输送压缩气体或产生负压到所述采集单元；所述储气单元作为压缩气体的来源。