DE102011118204A1 - Mixing device for mixing and fermenting e.g. liquid manure, in container in biogas plant, has pivoting levers associated with hinge elements for height adjustment of agitating device, and supply line arranged in container wall - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für Substrate bzw. Flüssigkeiten in Behälter auf Biogasanlagen und dergleichen mit einem an einem oder mehreren Gelenkarmen angeordneten Tauchrührwerk.The invention relates to a mixing device for substrates or liquids in containers on biogas plants and the like with an immersion agitator arranged on one or more articulated arms.
Unter Tauchrührwerk oder manchmal auch in verschiedenen Publikationen als Tauchmotorrührwerk bezeichnet wird im Nachfolgenden ein unter dem Flüssigkeitsspiegel betriebenes Aggregat verstanden, das im wesentlichen aus einem in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse untergebrachten Antriebsmotor mit und ohne Getriebe und einem damit angetriebenen strömungserzeugenden Teil, meist einem Mischpropeller, besteht.Under Tauchrührwerk or sometimes referred to in various publications as submersible agitator is hereinafter understood a operated under the liquid level unit consisting essentially of a housed in a liquid-tight housing drive motor with and without gear and a flow-generating part driven there, usually a mixing propeller.
Die Mischvorrichtung ermöglicht eine Höhenverstellung des Tauchrührwerks und eine Richtungseinstellung ausschließlich über mit Gelenkelementen verbundene Schwenkarme und Gelenkelemente.The mixing device allows a height adjustment of the submersible mixer and a direction adjustment exclusively via articulated elements connected to pivot arms and hinge elements.
Das zur Verstellung erforderliche Drehmoment resultiert dabei vorzugsweise aus der Schubkraft des Propellers und dem Wirkabstandes seines Schubkraftvektors zur horizontalen und vertikalen Achse.The torque required for adjustment preferably results from the thrust of the propeller and the effective distance of its thrust vector to the horizontal and vertical axis.
Mit einem Steuersystem können im Voraus Mischoperationen eingegeben werden, die ereignisbezogen oder zu einem vorgewählten Zeitpunkt vom Tauchrührwerk entsprechend den Instruktionen abgearbeitet werden.With a control system, mixing operations can be input in advance, which are event-related or processed by the submersible mixer according to the instructions at a preselected time.
Behälter auf Biogasanlagen werden nach Ihrer Funktion unterteilt in Vorgruben, Anmaischbehälter, Fermenter, Nachfermenter und Endlager.Containers on biogas plants are subdivided according to their function into pre-pits, mixing tanks, fermenters, secondary fermenters and repositories.
Fermenter werden mit Feststoffen, das sind heute überwiegend nachwachsende Rohstoffe (Nawaros) wie Mais, Gras, etc. aber z. B. auch Festmist über Feststoffeinträge direkt beschickt, die flüssige Phase, beispielsweise Gülle, wird in Vorgruben gesammelt und dem Fermenter über Pumpen zugeführt.Fermenters become with solids, which are today predominantly renewable raw materials (Nawaros) such as corn, grass, etc. however z. As well as solid manure on solid inputs fed directly, the liquid phase, such as liquid manure is collected in pre-wells and fed to the fermenter via pumps.
Manchmal werden der flüssige und der feste Anteil bereits vor dem Fermenter in Anmaischbehälter verbracht, dort homogenisiert und flüssig dem Fermenter zugeführt.Sometimes the liquid and the solid portion are already spent before the fermenter in Anmaischbehälter, there homogenized and fed liquid to the fermenter.
In Fermenter und Nachfermenter von Biogasanlagen wird Biomasse vergärt. Das durch den anaeroben Abbau von organischen Stoffen in den Fermentern entstehende Biogas wird unmittelbar auf der Anlage in Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet bzw. in das Gasnetz eingespeist. Fermenter und Nachfermenter sind gasdicht ausgeführt und werden mit Gasüberdrücken von einigen Millibar betrieben. Häufig kommen Behälter mit Foliendächern zum Einsatz, üblich sind aber auch Behälter mit Betondecken.Biomass is fermented in fermenters and secondary fermenters of biogas plants. The resulting from the anaerobic degradation of organic matter in the fermenter biogas is used directly on the system in cogeneration plants for the production of electrical energy or fed into the gas network. Fermenter and Nachfermenter are gas-tight and are operated with gas pressures of a few millibars. Often, containers with film roofs are used, but there are also containers with concrete ceilings.
Eine Homogenisierung des Substrates ist für einen ungestörten Prozessablauf und für eine gleichmäßige Gaserzeugung unabdingbar. Das Substrat gelangt dann im Überlaufverfahren nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren oder auch durch Umpumpen vom Fermenter über den Nachfermenter ins Endlager.A homogenization of the substrate is indispensable for an undisturbed process flow and for an even gas production. The substrate then passes in the overflow method according to the principle of communicating tubes or by pumping from the fermenter on the secondary fermenter into the repository.
Im meist gasdichten Endlager wird das ausgegärte Substrat aus den Fermentern gespeichert und das entstehende Restgas ebenfalls der Verwertung zugeführt. Das Substrat wird von Zeit zu Zeit auf Felder ausgebracht oder anderweitig verwertet.In the mostly gas-tight repository, the fermented substrate is stored from the fermenters and the resulting residual gas is also recycled. The substrate is occasionally dumped on fields or otherwise utilized.
Wechselnde Füllstände sind funktionsbedingt bei Vorgruben, Anmaischbehälter und Endlager zu erwarten, bei zu geringem Speicherraum im Endlager sind wechselnde Füllstände auch bei Nachfermentern denkbar. Eine Höhenanpassung des Rührwerks ist in diesen Fällen unabdingbar.Changing fill levels are to be expected due to the function of pre-pits, mixing tanks and repositories. If the storage space in the repository is too small, changing fill levels are also conceivable for secondary fermenters. A height adjustment of the agitator is essential in these cases.
Durch den Dichteunterschied der einzumischenden Stoffe ist in den Behältern insbesondere bei Nawaros mit einer schnellen Entmischung und mit der Gefahr einer plötzlichen Schwimmdeckenbildung zu rechnen.Due to the density difference of the substances to be mixed in the containers, especially in Nawaros with a rapid segregation and with the risk of sudden floating surface formation can be expected.
Die vor beschriebenen Zusammenhänge verlangen aber eine vollständige Durchmischung, auch einzelne Totzonen würden sich immer stärker mit Feststoffen anreichern und schließlich im ungünstigsten Fall die gesamte Substratoberfläche mit einer die Gasproduktion hemmenden Schwimmdecke überziehen. Um solche Totzonen zu vermeiden, ist meist mehr als ein Rührwerk vorzusehen, diese sind dann in unterschiedlichen Höhen und eventuell auch mit vorbestimmten Strahlrichtungen zu positionieren. Um den Investitionsaufwand zu reduzieren, wird die Anzahl der Rührwerke oft minimiert und dafür eine zeitaufwändige manuelle Verstellung vorgesehen.However, the above-described relationships require complete mixing, even individual dead zones would increasingly accumulate with solids and eventually in the worst case, the entire substrate surface with a gas production inhibiting floating cover. In order to avoid such dead zones, more than one agitator is usually provided, these are then to be positioned at different heights and possibly also with predetermined beam directions. In order to reduce capital expenditure, the number of agitators is often minimized and a time-consuming manual adjustment is required.
Stand der TechnikState of the art
Stand der Technik sind Verstelleinrichtungen nach
Die Energiezufuhr erfolgt dabei über das Elektrokabel, das entweder am Drahtseil oder über eine separate Führungsstange in Schlaufen geführt ist. Meist unvermeidliche langfaserige Stoffteile hängen sich im Laufe der Zeit um diese zur Längenanpassung durch die Höhenverstellung notwendigen Kabelschlaufen und führen zum Flattern des Kabels in der Strömung ähnlich einer auf einem Seil zum Trocknen aufgehängten Wäsche im Wind. Diese mechanische Dauerbelastung und entstehende Knäuelbildung durch Verzopfungen bergen immer die Gefahr von Kabelbrüchen in sich.The energy is supplied via the electric cable, either on the wire rope or over a separate guide rod is guided in loops. Most inevitable langfaserige fabric parts hang in the course of time to this length adjustment by adjusting the height necessary cable loops and lead to fluttering of the cable in the flow similar to a hung on a rope to dry laundry in the wind. This permanent mechanical load and the development of tangling due to clogging always entail the danger of cable breaks.
Die Verwendung von mehr oder weniger elastischen Schutzschläuchen für die Energiezuführungsleitung verringern zwar die Gefahr von Kabelbrüchen etwas, können Störungen aber nie ganz verhindern. Bilden sich trotz aller Bemühungen Schwimmdecken, ist mit dem Abknicken des Schutzschlauches und damit dem vollständigen Wegfall der Schutzwirkung für das Kabel zu rechnen.Although the use of more or less elastic protective tubes for the power supply line reduce the risk of cable breaks something, but can never completely prevent interference. If, despite all efforts, floating ceilings are formed, it is to be expected that the protective hose will bend off and thus completely eliminate the protective effect for the cable.
Auch um das im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Formrohr hängen sich die erwähnten langfaserigen Stoffteile und darüber hinaus ist mit Anbackungen im Übergangsbereich Gas-Substrat zu rechnen. Das Tauchrührwerk wird über einen Gleitschlitten am Formrohr entlang geführt, der mit wenig Spiel ausgeführt sein muss, um unzulässige Schwingungen während des Betriebs des Rührwerkes zu verhindern. Die Anbackungen und auch die langfaserigen Stoffteile stören häufig die Höhenverstellung und führen immer wieder zu Betriebsausfällen.Also around the substantially vertically oriented mold tube hang the mentioned long-fiber material parts and beyond is to be expected with caking in the transition region gas substrate. The immersion agitator is guided along a sliding carriage along the forming tube, which must be designed with little play to prevent inadmissible vibrations during the operation of the agitator. The caking and also the long-fiber fabric parts often interfere with the height adjustment and lead repeatedly to business interruptions.
Das Drahtseil für die Höhenverstellung ist ebenfalls störanfällig. Unvermeidliche Schwingungen durch den rotierenden Mischpropeller setzen dem Drahtsseil so stark zu, so dass nur ein häufiger Austausch einen Seilbruch verhindern kann.The wire rope for the height adjustment is also susceptible to interference. Inevitable vibrations due to the rotating mixing propeller force the wire rope so much that only a frequent replacement can prevent rope breakage.
Darüber hinaus müssen bei gasdichten Behältern sowohl das Drahtseil als auch die Verstelleinrichtung aufwändig und wartungsintensiv durch die Behälterwand nach außen geführt werden.In addition, in gas-tight containers, both the wire rope and the adjustment must be performed consuming and maintenance-intensive through the container wall to the outside.
Eine Verbesserung in Bezug auf den manuellen Aufwand sind Verstelleinrichtungen, bei denen die Höhenverstellung motorisch erfolgt. In der
Die vorerwähnten Nachteile mit dem Gleitschlitten am Formrohr, dem Drahtseil und der Kabelführung treffen auch hier zu, verstärkt werden diese Nachteile noch dadurch, dass bei automatischem Betrieb häufig die notwendige Kontrolle und die sofortige Korrektur, wie sie bei manuellem Betrieb gegeben ist, fehlt.The aforementioned disadvantages with the sliding carriage on the forming tube, the wire rope and the cable guide also apply here, these disadvantages are compounded by the fact that in automatic operation often the necessary control and the immediate correction, as given in manual operation, is missing.
Eine verbesserte Ausführung in Bezug auf den manuellen Aufwand wird auch in der
Eine Verbesserung in Bezug auf die Kabelführung bringt die Führungsvorrichtung für ein Tauchrührwerk nach
Die gasdichte Durchführung der schwenkbaren Schiene durch die Behälterwandung ist jedoch aufwändig und wird im vorliegenden Fall mit einer Gummi-Manschette gelöst, die die Schwenkbewegung der Schiene aufnehmen soll. Die Wanddurchführung begrenzt auch gleichzeitig den Schwenkwinkel sowohl um eine vertikale als auch um eine horizontale Raumachse und erfordert damit eine sehr lange Schiene, an deren Ende das Tauchrührwerk befestigt ist, damit sowohl im oberen als auch im unteren Bereich gerührt werden kann und der Rührstrahl nicht zu stark von der Horizontalen abweicht. Die Reaktionskräfte führen damit zu erheblichen, die Gesamtkonstruktion und auch die Behälterwand belastenden Momenten. Demnach ist auch der Bereich, der mit denn Propellerstrahl bestrichen werden kann, stark eingeengt.However, the gas-tight implementation of the pivotable rail through the container wall is complex and is solved in the present case with a rubber cuff, which should accommodate the pivotal movement of the rail. The wall bushing also limits the pivoting angle at the same time both about a vertical and about a horizontal axis and thus requires a very long rail, at the end of the submersible mixer is fixed so that both the upper and in the lower area can be stirred and the stirring jet not too deviates strongly from the horizontal. The reaction forces thus lead to significant, the overall design and the container wall stressful moments. Accordingly, the area that can be coated with the propeller jet, greatly restricted.
In größeren Fermentern werden nach dem Stand der Technik auch mehrere Tauchrührwerke stationär eingesetzt, eine Variante ist in der
Die Rührstrahlrichtung ist einmal vorbestimmt auf Dauer festgelegt, damit sind Totzonen im Betrieb bei den häufig anzutreffenden wechselnden Inputstoffen auch bei mehreren korrespondierenden Tauchrührwerken nicht zu vermeiden, darüber hinaus sind die Investitionskosten vergleichsweise hoch. The Rührstrahlrichtung is determined once permanently determined, so dead zones are in operation in the frequently encountered changing input materials even with several corresponding submersible mixers unavoidable, moreover, the investment costs are relatively high.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Mischvorrichtung mit vergleichsweise geringem Investitionsaufwand zur Verfügung zu stellen, welche ohne
- • eine zur Blockierung neigende Schlittenführung
- • ein freihängendes, flatterndes und langfaserige Stoffteile aufsammelndes Kabel
- • ein bruchgefährdetes Drahtseil auskommt. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Mischvorrichtung
- • einen geringen Abstand zum Lagerpunkt zur Reduzierung entstehender Kräfte und Momente aufweisen
- • eine zeit- bzw. ereignisgesteuerte Automatisierung des Mischvorgangs mit vorwählbaren Positionen sowohl in der Höhe als auch im Winkel des zur Mischpropellerachse koaxialen Rührstrahls ermöglichen und damit das Entstehen von Totzonen zuverlässig und ahne manuellen Aufwand verhindern.
- • eine kostengünstige Serienfertigung ermöglichen
- • a sledge guide tending to lock
- • a free-hanging, flapping and long-fiber fabric pieces collecting cable
- • a breakage-prone wire rope gets by. In addition, the mixing device according to the invention
- • have a small distance to the bearing point to reduce forces and moments
- • enable time- or event-controlled automation of the mixing process with pre-selectable positions in both the height and the angle of the mixing jet coaxial to the mixing propeller axis and thus reliably prevent the formation of dead zones reliably and without manual effort.
- • enable cost-effective mass production
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Höhenverstellung lediglich über an Gelenkelementen angebrachte Arme erfolgt und die Versorgungsleitungen in den Schwenkarmen fest verlegt sind und somit weder mit dem Gas noch mit dem Substrat in Berührung kommen. Ein oder mehrere Gelenkelemente mit daran angebrachten Gelenkarmen ermöglichen eine Höheneinstellung und eine fast beliebige Wahl der Strahlrichtung, wodurch Totzonen vermieden und entstandene Schwimmdecken wirkungsvoll aufgelöst werden können.The object of the invention is achieved in that the height adjustment takes place only on attached to joint elements arms and the supply lines are fixed in the pivot arms and thus come into contact neither with the gas nor with the substrate. One or more hinge elements with articulated arms attached thereto allow for height adjustment and almost any choice of beam direction, thereby avoiding dead zones and effectively breaking up resulting floats.
Das Tauchrührwerk ist am letzten Schwenkarm vorteilhaft so angebracht, das der zur Mischpropellerachse koaxiale Rührstrahl einen Wirkabstand der Reaktionskraft des Strömungsimpulses zur jeweiligen Schwenkachse ergibt und das entstehende Drehmoment zur Verstellung verwendet werden kann.The submersible agitator is advantageously mounted on the last pivoting arm so that the mixing jet coaxial with the mixing propeller axis produces an effective distance of the reaction force of the flow impulse to the respective pivot axis and the resulting torque can be used for adjustment.
In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind lösbare Blockierelemente in den Gelenkkonstruktionen untergebracht, die benachbarte Schwenkhebel bzw. die Lagerkonsole mit dem ersten Gelenkhebel starr miteinander verbinden. Damit wird eine vorbestimmte Position des Tauchrührwerks in der Höhe sowie die Strahlrichtung des Mischpropellers bestimmt.In a preferred further embodiment of the invention releasable blocking elements are housed in the joint structures, the adjacent pivot lever or the bearing bracket rigidly connect to the first hinge lever together. Thus, a predetermined position of the Tauchrührwerks in height and the beam direction of the mixing propeller is determined.
Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung kann in weitestgehend unveränderter Ausführung sowohl bei Behältern mit Betondecke oder Gashaube sowie für Anmaischbehälter, Vorgruben, Fermenter, Nachfermenter und Endlager zur Anwendung kommen und ermöglicht somit eine kostengünstige Serienfertigung.The mixing device according to the invention can be used in largely unchanged design both in containers with concrete ceiling or gas hood and for mash tank, pre-wells, fermenter, Nachfermenter and repository for use and thus enables cost-effective mass production.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tauchrührwerksubmersible agitator
- 22
- Gashaubegas hood
- 33
- Behälterwandcontainer wall
- 44
- erster Schwenkarmfirst swivel arm
- 55
- Lagerkonsolebearing bracket
- 6a6a
- Gelenkelement 1Joint element 1
- 6b6b
- Gelenkelement 2Joint element 2
- 6c6c
-
Gelenkelement 3
Joint element 3 - 7a7a
- Blockierelement 1Blocking element 1
- 7b7b
- Blockierelement 2Blocking element 2
- 7c7c
-
Blockierelement 3Blocking
element 3 - 88th
- zweiter Schwenkarmsecond swivel arm
- 99
- Flüssigkeits- bzw. SubstratspiegelLiquid or substrate mirror
- 1010
- Schwenkwinkel um Achse ASwing angle around axis A
- 1111
- Schwenkwinkel um Achse BSwing angle around axis B
- 1212
- Schwenkwinkel um Achse CSwing angle around axis C
- 1313
- Behältersohle bzw. BehälterbodenContainer bottom or container bottom
- 1414
- Horizontallage des ersten SchwenkarmsHorizontal position of the first swivel arm
- 1616
- Bodenkonsolefloor console
- 1717
- Versorgungsleitungsupply line
- 1818
- Wanddurchführung der VersorgungsleitungWall penetration of the supply line
- AA
- Achse des ersten GelenkelementesAxle of the first joint element
- BB
- Achse des zweiten GelenkelementesAxle of the second joint element
- CC
- Achse des dritten GelenkelementesAxle of the third joint element
- aa
- Abstand der Achse A zur BehälterwandDistance of the axis A to the container wall
- bb
- Abstand des ersten und zweiten GelenkelementesDistance between the first and second joint element
- cc
- Wirkabstand des Strömungsimpulses zur Drehmoment-Generierung um die Achse BEffective distance of the flow pulse for torque generation about the axis B
- dd
- Wirkabstand des Strömungsimpulses zur Drehmoment-Generierung um die Achse CEffective distance of the flow pulse for torque generation about the axis C.
In den nachfolgenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert, es zeigen:In the following drawings, the invention is explained in more detail, showing:
Das Verstellmomente beispielsweise um die erste Achse A in der Schwenkbewegung (
Die Versorgungsleitung würde vorteilhafterweise in diesem Fall von der Konsole auf der Behältersohle entlang zur Wand und dann gasdicht durch diese hindurch geführt.The supply line would advantageously in this case from the console on the tank bottom along the wall and then gas-tight therethrough.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 202008002576 [0015] DE 202008002576 [0015]
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- DE 10009958 [0023] DE 10009958 [0023]
- DE 202005017638 [0024] DE 202005017638 [0024]
- DE 102010014239 [0026] DE 102010014239 [0026]
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