CN1113047C - 横卧叶片式发酵装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
易于维护、小型、结构紧凑的模卧叶片式发酵装置及其操作方法。该发酵装置具有：发酵槽1，贮于其中的原料通过发酵作用而变成混合肥料；带叶轮的搅拌器2，它搅拌原料并使之在一个方向上移动，从而翻动原料；移动装置3，可自由地驱动搅拌器2，还装有导轨12b，使移动装置3在原料入口4与出口5之间移动；还有用于罩住发酵槽1的侧壁14。导轨12b与侧壁14由侧壁1c支撑。叶轮20具有叶梢20a和20b，它们随叶轮20正向和反向旋转而在相反方向上翻动原料。
Description
本发明涉及一种横卧叶片式发酵装置。确切地说，本发明涉及这样一种横卧叶片式发酵装置，它能充分混合、破碎并传送有机物如碎垃圾、废渣、粪便等等。而且，在操作中能通过微生物的作用使这类有机物发酵制成混合肥料。本发明还涉及该横卧叶片式发酵装置的操作方法。
图8(a)和(b)给出了传统的横卧叶片式发酵装置。将碎垃圾之类的原料从入口4投入发酵槽1(图中的阴影部分所示)中。带旋转叶轮13的搅拌器2，通过移动装置3带动搅拌器2在发酵槽1中往复地作纵向运动和横向运动，从而翻动原料即搅拌并使其运动。在作纵向运动时，移动装置3在导轨12b上运动。装有导轨12a和搅拌器2的移动装置3，在导轨12b上运动。在发酵槽1中作横向移动时，装在传动装置3上的搅拌器2在导轨12a上移动。当搅拌器2横向移动时，装在搅拌器2上的叶轮13沿图8(b)中箭头所指的方向旋转。
图9给出了原料被翻动的方式，即当叶轮13旋转时，原料被搅拌而移动的情况。图中，参考符号A指示叶轮13的前进方向，B表示叶轮13的旋转方向，C指出原料运动的方向，而D指出原料的铺撒轨迹。也就是说，当叶轮13(装有带钩状末梢的叶片)正向旋转时，处于叶轮13前进方向的原料，向叶轮前进方向相反的方向铺撒，而画出轨迹D。相应地，若移动装置3停止轴向运动，处于图8(a)中所示状态，只有搅拌器2沿导轨12a从一端向另一端运动同时叶轮13旋转，处于移动装置3的跨接部分左边的原料就向右边运动。那么，移动装置3在导轨12b上若略向左移动后停下，则引起搅拌器2在导轨12a上横向移动。于是，处于移动装置3的桥接部分左边的原料就从移动装置3上铺撒过去，从而移动到移动装置3的桥接部分的右边。通过重复移动装置3和搅拌器2的移动和横向运动，从入口4投入发酵槽1中的原料，连续地按图中所指方向向右移动，最后从发酵器的出口5处排出。同时，原料通过发酵作用而逐渐变成混合肥料。
如上述那样，通过叶轮13而翻动原料的操作中，最好是使原料通风，而整个发酵槽1进行均匀的通风效果效好。这样，在微生物作用下，原料通过需氧发酵而变成混合肥料。所谓“翻动”是指原料通过叶轮13的旋转而充分混合，而且通过叶轮13的铺撒作用使原料从入口接连地传送到出口。翻动作用是通过发酵作用而将有机物料变成混合肥料的发酵槽所必需的条件。
如上所述，已有技术中的搅拌器2被设计用于将其左边的原料，通过叶轮13的铺撒作用而传送到右边(如图所示)。因此，移动装置3一般是从发酵槽1的右边(出口端)逐渐移向左边(入口端)。当移动装置3抵达发酵槽的左边顶端(边界点)时，如图8(a)所示，便完成了翻动发酵槽1中所有原料的全过程。此时开启回路闸门7，使搅拌器2通过通道8返回到发酵槽1右边的起始点处。然后，搅拌器2又在整个发酵槽1中重新进行翻动操作。
下面参照图10说明传统装置中搅拌器2的运动轨迹K。首先，搅拌器2经过通道8进入发酵槽1的出口部分PA中。在出口部分PA处，搅拌器2的叶轮13开始旋转。在发酵槽1中搅拌器2进行从出口(5)端向原料进口(4)端的曲折操作，其中，搅拌器2重复进行横向运动和移动。通过进行曲折形操作，翻动了发酵槽1中的所有原料。也就是说，同时获得了传送和搅拌原料的作用。
当搅拌器2抵达发酵槽1的入口(4)端的通道末端PB(边界点)后，就完成了曲折形操作。此后，在回路闸门7的前面，停止搅拌器2的横向移动及叶轮13的旋转。回路闸门7安装于发酵槽1与通道8之间，它一般处于关闭状态以防原料溢出而流入通道8中。
然后，开启回路闸门7而从发酵槽1中取出搅拌器2。接着搅拌器2从发酵槽1横向移入通道8中。当搅拌器2全部进入通道8中之后，通过移动装置3使其从入口端沿通道8移向出口端，并停在起始点(PA)。同时关闭回路闸门7。图10中，参考符号K表示出搅拌器2的运动轨迹。
图11是前述传统发酵装置的侧面剖视图，还包括其建筑结构。
因此，传统的横卧叶片式发酵装置需要通道8以使搅拌器2经回路闸门7从发酵槽1的入口(4)端移动到出口(5)端；还需装有回路闸门7以便搅拌器2从发酵槽1中移出而进入通道8。此外，还需提供建筑结构11a和11b来罩住发酵槽1及通道8。由于需要回路闸门7和通道8，所以不利的是，用于容纳发酵槽1的整个建筑结构(11a和11b)较大；这就限制了建筑结构费用的降低。加之由于回路闸门7的存在，致使搅拌器2从发酵槽1中出来进入通道8时带出些原料；因此有必要进行清洁回路闸门部分的维护操作。
另外，传统的发酵装置还需促进有机物料的发酵作用的加湿器9，排气罩16，除臭鼓风机17，除臭器等等，用以除去发酵过程中产生的臭气。这些装置必须是大型的，因为建筑结构内体积较大。
鉴于传统发酵装置所存在的上述问题，本发明的目的之一是提出一种小型的、横卧叶片式发酵装置，它易于维护且规模较小；还提出操作该横卧叶片式发酵装置的方法。
本发明提出了一种横卧叶片式发酵装置，它具有一个能通过发酵作用而将储存于其中的原料变成混合肥料的发酵槽、一个带叶轮的搅拌器，它搅拌并使原料向一个方向移动从而翻动原料；还装有移动装置以便在发酵槽中自由地移动搅拌器。发酵装置中还有用于传动装置在原料进口和出口之间移动的导轨。用于罩住发酵槽的侧壁。导轨与侧壁都由发酵槽的侧壁支撑。叶轮带有叶梢，当叶轮作正向和反向旋转时，它可在相反方向上翻动原料。
另外，本发明的特点在于，罩住发酵槽的侧壁与发酵槽的侧壁相互结合，而且，用于支撑导轨(导轨被用于支持移动装置)的支撑块，固定于结合在一起的侧壁的内壁表面。
此外，本发明的特点在于，搅拌器在发酵槽中从出口端向入口端移动，同时叶轮正向转动，从而搅拌发酵槽中的原料并将其向出口方向传送。然后，为使搅拌器回到操作起始点，它在发酵槽中从入口端向出口端移动，同时叶轮反向转动，从而在入口方向上翻动发酵槽中的部分原料。
另外，本发明提出了操作该横卧叶片式发酵装置的方法，其特点在于，每一次操作中，改变搅拌器在发酵槽中回到操作起始点的回转起始点，这样就可防止原料在入口方向翻动时固定于某一区域。
操作方法的特点还在于，搅拌器在返回操作中横移的距离，设置在0到相当于叶轮宽度的距离之间，从而限制了原料在入口方向上翻动的范围。
图1是根据本发明的横卧叶片式发酵装置的一个实施方案的俯视图。
图2是图1所示的发酵装置的侧面剖视图。
图3是根据本发明的横卧叶片式发酵装置的另一个实施方案的侧面剖视图。
图4(a)到4(c)显示了本发明一个实施方案中的叶轮结构。其中，图4(a)显示整个叶轮；图4(b)显示叶轮的叶片的末梢部分；而图4(c)是叶梢的侧视图。
图5(a)表示图4(a)中的叶轮正向旋转时的操作情况。
图5(b)表示图4(a)中的叶轮反向旋转时的操作情况。
图6表示根据本发明的横卧叶片式发酵装置的一个操作方法。
图7表示根据本发明的横卧叶片式发酵装置的另一种操作方法。
图8(a)和8(b)分别是传统的横卧叶片式发酵装置的俯视和主视图。
图9说明通过叶轮的旋转翻动原料的方式。
图10表示图8(a)和8(b)所示的传统发酵装置的一种操作方法。
图11是图8(a)和8(b)所示的传统发酵装置的侧面剖视图。
下面将参照图1至7描述本发明的一个实施方案。
图1是根据本发明的一套横卧叶片式发酵装置的实施方案的俯视图。象碎垃圾、废渣、粪便等等这样的原料置于发酵槽1中，通过微生物的需氧发酵而将其变成混合肥料。原料从入口4加入发酵槽1中。原料在发酵槽1中受到搅拌，且同时逐渐地从入口(4)端移向出口(5)端，以及带叶轮的搅拌器2搅拌原料。原料在翻动时，允许空气进入碎原料之间的间隙，从而使发酵作用得以进行。搅拌器2作曲折形操作，其中在发酵器1中它重复地进行曲折的横向运动和移动。因而以已有技术的同样方式，均匀地搅拌并传送储于发酵槽1中的全部原料。
该实施方案中，能使搅拌器2作曲折形运动的移动装置3，由导轨12b支撑，而导轨12b又由发酵槽1中纵向伸展的侧壁1a支撑，以便处于侧壁1a的附近。移动装置3将导轨12b跨接于发酵槽1的两端，它从出口(5)端向入口(4)端移动，于是翻动原料并将其从入口(4)端传送到出口(5)端。因此，由于移动装置的导轨12b由发酵槽1的两侧的侧壁1a支撑，就可能省去通道8所占的空间，通道8在传统装置中被用于使搅拌器2从入口(4)端回到出口(5)端。
图2是图1中所示横卧叶片式发酵装置的侧面剖视图。图中清楚地显示了，装有搅拌器2的移动装置3的导轨12b由发酵槽1的侧壁1a支撑。用于笼罩住发酵槽1的建筑物的侧壁14也由发酵槽1的侧壁1a支撑。用于罩住发酵槽1的顶篷15，被固定于用于罩住发酵槽1的建筑结构的侧壁14的上端。于是，建筑物可被做成紧凑的结构且可以削减建筑结构的造价。
本实施方案中的装置还装有加湿器9，用以促进发酵。然而，由于至少省去了通道8所占的空间，使得该装置的建筑物比传统装置中要窄，因此，用较小型号的加湿器就能满足加湿器9的作用。此外，本实施方案中，发酵装置还装有排气罩16和除臭鼓风机17以及除臭器，以防在制造混合肥料期间产生的臭气造成次生环境污染。然而，由于建筑结构内部空间变小了，所以可相应降低除臭鼓风机17和除臭机的功率。
图3是根据本发明的横卧叶片式发酵装置的另一实施方案的侧面剖视图。本实施方案意在设计比图2所示实施方案发酵槽1规模更小的发酵槽。本实施方案中，发酵槽的侧壁与罩住发酵槽的侧壁从侧壁部分1c处结合起来。所以，发酵装置就不再需要专门的建筑结构侧壁了。类似地，发酵槽的顶篷1a，(它与罩住发酵槽的建筑结构的顶篷合二为一了)，与侧壁1c连成一体。也就是说，通过用钢板制作发酵槽的壁和顶篷，发酵槽容器也可用作发酵槽的建筑结构。
本实施方案中，用以支撑移动装置3的导轨12b，由相应的支撑块19来支持，支撑块19固定于发酵槽内壁。相应地，本实施方案的发酵槽容器可在工厂进行整体加工，并安装于指定的地方。应注意，本实施方案中，发酵装置还配有排气罩16与除臭鼓风机17，而且，由于要排气的空间变得狭窄，所以这些设备的功率可以大为降低，从节约能源的角度考虑，这也是有利的。
图4(a)显示装在前述搅拌器上的叶轮20的结构。实施方案中的叶轮20的每片叶片，都带有2个钩状末梢20a和20b，它们相互呈反向弯曲；这样，无论叶轮20是正向旋转还是反向旋转，叶轮都能翻动原料，并在相反方向的任一方向上传送原料。图4(b)是叶梢部分的放大图，而图4(c)则是叶梢部分的侧视图。也就是说，用于正向旋转的桨式叶梢20a与用于反向旋转的桨式叶梢20b，被螺帽和螺栓22固定于轮缘21的末端。
图5(a)和5(b)给出带有呈反向弯曲的桨式叶梢20a和20b的叶轮20的操作情况。如图5(a)所示，当叶轮20正向旋转时，则叶梢20a翻动原料，即它搅拌原料并将其从入口端传送到出口端。当叶轮20反向旋转时(如图5(b)所示)，叶梢20b使原料向入口端铺撒，于是将原料从出口端传送至入口端。
搅拌器的移动路径，也就是在操作中，搅拌器从出口端向入口端曲折运动的移动轨迹，它翻动原料时重复进行移动和横向运动，与图10中所示情况相同，图10在有关已有技术中已作描述。但是，与已有技术不同的是，本实施方案中没有搅拌器的返回通道。为此，随着叶轮反向旋转，搅拌器在发酵槽中又回到其起始点。
参照图6，对搅拌器的运动方法作出如下更明确的解释：①去程通路时搅拌器上的叶轮的转动方向(正向旋转)被逆转，即叶轮反向旋转。②在入口部分，搅拌器略向出口端方向移动(M部分)。③移动后，搅拌器略作横向运动(N部分)。④横移后，搅拌器又一次向出口端移动(O部分)。⑤搅拌器逆向于③中所示的方向横移(P部分)。⑥重复②到⑤的曲折形操作，直至搅拌器抵达出口(5)端。
该方法中，搅拌器在发酵槽1中从入口部分移动到出口部分而无需回路闸门与通道。
实验结果表明，当搅拌器只沿发酵槽作纵向运动时(省去它在③和⑤中的横移)，则在运动期间，搅拌器的功率就会增大，可看到功率的波动。
不过，若原料层的厚度较薄，或如果原料的性质好(即表观密度小、粘附力低)，就可以省去横移的方式来操作搅拌器。
另外，当搅拌器在发酵槽内从入口端回到出口端时，若搅拌器总是相同的路径，则搅拌器的返回路径上，就没有原料被加到入口部分的区间。此情形中，该区间内原料的停留时间(天)过长导致上述区间内产品质量与发酵槽中入口部分的其它区域中的差异。为此，有必要适当地变动搅拌器在发酵槽中返回时的起始点位置；例如，如图7所示逐次地将其移动一下，那么，整个发酵槽中混合肥料就均一了。
改变返回时的起始点位置很容易做到，例如，可在发酵槽1的移动装置3上装一个控制开关，就可改变搅拌器2的移动位置；也可以通过改变搅拌器在入口部分每一次横移的时间。应注意，为了防止原料滞留，优选将搅拌器在回程操作中横移的距离限定在0到叶轮的宽度这个范围内，由此限制了在入口方向上翻动原料的范围。
本实施方案中所用横卧叶片式发酵槽配备有桨叶直径1.6m的搅拌器(桨叶宽1.1m)，和宽9m，长20m的发酵槽。用该发酵装置进行实验，在加入时原料层厚为1.6m的条件下投入碎垃圾原料。结果当搅拌器以横移宽度为1.1m，从入口部分向出口部分运行时，用于驱动搅拌器的电动马达运转平稳，没出现超负荷运转的情况。
将搅拌器横移距离改为0.5m，进行上述类似操作，搅拌器的电流偶有升高，但也未出现超负荷现象。
另外，搅拌器横移距离为0时，即搅拌器13走纵向，此时常出现原料堆积在搅拌器周围的现象，引起马达超负荷运转，这样就无法继续操作。
基于上述实验结果，只要将原料层厚度限制在1.0m，再将搅拌器横移距离定为0m，就不再出现原料堆积在搅拌器周围的现象。该情况下尽管电流值略有波动，也未出现马达超负荷运转的情况。
这些实验结果表明，将搅拌器的横移距离限定在0到约等于桨叶宽度之间的范围内，搅拌器在发酵槽中就能有效地返回。不过，最好是将搅拌器的横移距离设定在近似于叶片宽度的值，才能百分之百地保证实现所要求的产量。
应注意，前述实施方案仅仅是本发明的一个实施例，在不背离本发明本质的情况下可以对其作各种变化和修改。
本发明使取消回路闸门与通道成为可能，而迄今为止它们在传统的发酵装置中却必不可少。因此，就可以将发酵槽建筑结构的宽度降低到等于移动装置的跨距的宽度，于是降低了建筑费用。此外，由于不再用到回路闸门，就无需象传统的发酵装置操作时那样，要查看和清洁回路闸门附近的地方，于是将用于维护的人力节省到相当程度。另外，由于罩住发酵槽的壁与顶篷的规模做得小巧紧凑，则减少了建筑结构的内体积，于是除臭鼓风机与其它设备的功率得以减小，也节省了能源。
Claims (5)
1.一种横卧叶片式发酵装置，它包括：
一个发酵槽(1)，用来通过发酵作用而将贮于其中的原料制成混合肥料；
一个带叶轮(20)的搅拌器(2)，它搅拌上述原料并使其在一个方向上移动，从而翻动原料；
一套移动装置(3)，用于自由地驱动前述发酵槽中的搅拌器；
用于使前述的移动装置在原料入口(4)和出口(5)之间运动的导轨(12b)；
用于罩住前述发酵槽的侧壁(14)；
前述的导轨(12b)由前述发酵槽的侧壁(1a)支撑；以及
前述叶轮(20)，它带有随着所述叶轮正向和反向旋转而在相反方向上翻动上述原料的叶梢(20a，20b)，
其中所述搅拌器在前述发酵槽中，从出口端向入口端运行时，其前述叶片正向旋转，这样就搅拌前述发酵槽内的所有原料并将其向出口(5)方向传送，然后，为了使前述搅拌器(2)回到操作的起始点，又使其在前述发酵槽中从入口端向出口端运行，同时前述叶轮反向旋转，于是将前述发酵槽中的部分原料向前述入口(4)方向翻动。
2.根据权利要求1的横卧叶片式发酵装置，其中罩住上述发酵槽的侧壁(14)与前述发酵槽的侧壁(1a)相互结合在一起，而且用于支撑前述传动装置的导轨由支撑块(19)来支撑，支撑块固定于上述结合在一起的侧壁的内壁表面上。
3.一种操作根据权利要求1或2的横卧叶片式发酵装置的方法，其中搅拌器从出口端向入口端的移动包括不断沿朝向出口端的方向移动以及横移该方向。
4.一种根据权利要求3的发酵装置操作方法，其中，每次运行都改变上述发酵器中用于上述搅拌器(2)返回操作起始点(PA)的返回起始点(PB)，从而防止上述入口方向上的原料翻动被局限于一个区域中。
5.一种根据权利要求4的发酵装置操作方法，其中，前述搅拌器在所述的返回操作过程中横移的距离设定在0到相当于所述叶轮宽度的距离之间，从而限定了在上述入口方向上翻动原料的范围。
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