一种分离式主轴的好氧发酵罐及运行控制方法

1.本发明涉及畜禽养殖业有机固体废弃物处理及机械设计技术领域，具体涉及一种分离式主轴的好氧发酵罐及运行控制方法。


背景技术：

2.近年来，我国规模化畜禽养殖业的快速发展，在集中养殖带来的有机固体废弃物对养殖企业造成了巨大的压力。畜禽养殖废弃物是富含有机质及植物营养元素的宝贵资源，通过好氧堆肥技术，可实现畜禽废弃物的减量化、无害化和资源化利用，既可减少废弃物对环境的污染，又能变废为宝。
3.现今养殖企业中使用较多的是立式发酵罐好氧堆肥处理设备，但现有技术中的好氧堆肥装置存在以下不足：1、通风桨叶采用焊接固定安装的方式，清洁难度大，严重堵塞时无法更换；2、发酵罐底层物料已充分发酵，搅拌的必要性较低，过渡搅拌造成桨叶的机械损耗及能耗增加；3、罐体中间层是含氧量相对较低的位置，有机固体废弃物发酵过程缺氧容易产生no
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、h2s等臭气。因此针对现有技术的立式发酵罐好氧堆肥处理设备不足，亟需一种分离式主轴的好氧发酵罐解决现有不足。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本发明提供一种分离式主轴的好氧发酵罐及运行控制方法，其采用上主轴与下主轴可有机分离的方法，实现一种装置两种工位运行模式，减少因对下层物料过度搅拌而造成的桨叶机械损耗及能耗过大问题。
5.为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：
6.一种分离式主轴的好氧发酵罐，其包括：
7.外壳，所述外壳设有进料斗和出料器；
8.贯穿设置于所述外壳的轴心的转动主轴，所述转动主轴包括可控分离或组合的上主轴和下主轴，所述上主轴和所述下主轴通过离合器连接；
9.连接在所述转动主轴的若干桨叶，所述桨叶设有内部气体管道且其下周面沿轴向间隔设置有若干个曝气孔；
10.设置于所述外壳之下的支撑底座，所述支撑底座内设有用于为所述发酵罐提供液压动力与压缩空气的动力设备。
11.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述动力设备包括：
12.用于产生液压动力的液压站；
13.由所述液压站传递液压动力驱动的液压马达；其中，所述液压马达通过带有液压马达液压阀和减速器的动力支路驱动所述转动主轴旋转，通过带有离合器控制阀的另一动力支路控制所述离合器的分合。
14.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述动力设备包括：
15.用于产生压缩空气的变频鼓风机，所述变频鼓风机通过风管分别连接所述上主轴
和所述下主轴的内部气体管道，而所述桨叶的内部气体管道也与所述转动主轴的内部气体管道连通，所述风管上还设有风阀。
16.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述液压马达通过带有出料器液压阀的动力支路控制所述出料器。
17.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述离合器包括：
18.用于连接自身和所述上主轴的多个固定螺栓；
19.贯穿所述离合器和所述下主轴的腔体，在所述腔体内设有一可上下活动的顶杆，所述顶杆的上方抵接有一弹簧，所述离合器控制阀通过动力支路控制所述腔体的液压腔的压力，以使得所述离合器工作在同步模式和分离模式，其中，
20.所述同步模式具体为：当所述液压腔内缺少足够油压时，所述离合器内的弹簧伸展进而推动所述顶杆下行，从而使得所述下主轴的连接孔与所述顶杆在转动至同一轴时，所述顶杆向下进入所述下主轴的连接孔；
21.所述分离模式具体为：当所述液压腔内存在足够油压时，油压上升推动所述顶杆上行至限位板，所述离合器内的弹簧在所述顶杆上行压力下被压缩，所述顶杆离开所述下主轴的连接孔。
22.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述离合器通过主轴中间架与所述外壳连接，所述主轴中间架内设有主轴中间架油管，所述离合器内设有离合器油管，所述离合器控制阀通过所述主轴中间架油管和所述离合器油管与所述腔体的液压腔连通，所述主轴中间架油管和所述离合器的连通处还设有y型密封圈和油槽。
23.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述主轴中间架与所述离合器的接触面上设有离合器侧轴承，所述主轴中间架与所述下主轴的接触面上设有下主轴侧轴承。
24.如上所述的分离式主轴的好氧发酵罐，进一步地，所述外壳内设有含氧量传感器，所述桨叶的自由端设有气压传感器。
25.同时，本发明提供一种主轴分离式运行控制方法，其利用上述的分离式主轴的好氧发酵罐进行，包括：第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式和第四运行模式，其中，
26.所述第一运行模式具体为：当含氧量传感器的反馈值高于设定值且离合器为分离模式时，变频鼓风机以40hz电频率运行，风阀断开风管的下主轴的进风通道，由上主轴连接的桨叶的曝气孔进行曝气；
27.所述第二运行模式具体为：当含氧量传感器的反馈值高于设定值且离合器为同步模式时，变频鼓风机以45hz电频率运行，风阀导通风管的下主轴的进风通道，由上主轴与下主轴连接的桨叶的曝气孔进行曝气；
28.所述第三运行模式具体为：当含氧量传感器的反馈值低于设定值且离合器为分离模式时，变频鼓风机以45hz电频率运行，风阀断开风管的下主轴的进风通道，由上主轴连接的桨叶的曝气孔进行曝气；
29.所述第四运行模式具体为：当含氧量传感器的反馈值低于设定值且离合器为同步模式时，变频鼓风机以50hz电频率运行，风阀导通风管的下主轴的进风通道，由上主轴与下主轴连接的桨叶的曝气孔进行曝气。
30.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明采用上主轴与下主轴可有机分
离的方法，实现一种装置两种工位运行模式，减少因对下层物料过度搅拌而造成的桨叶机械损耗及能耗过大问题。另外，桨叶可以采用可拆卸安装方式，便于清理落入风腔或堵塞在风口的物料；桨叶末端还安装有压力传感器，将压力值传递给控制器，控制器通过曝气模式与压力值耦合，判断当前桨叶是否存在堵塞或风机压力是否异常。此外，罐体中间层是含氧量相对较低的位置，通过监测含氧量控制变频鼓风机的运行模式，可以保持好氧发酵过程氧供给的动态平衡，从而实现精准供氧。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例的分离式主轴的好氧发酵罐的结构示意图；
33.图2为本发明实施例的分离式主轴的好氧发酵罐的离合器两种模式工况时示意图；
34.图3为本发明实施例的分离式主轴的好氧发酵罐的液压系统示意图；
35.图4为本发明实施例的分离式主轴的好氧发酵罐的曝气系统示意图。
36.其中：1、外壳；2、支撑底座；3、上主轴；4、下主轴；5、离合器；6、主轴中间架；7、桨叶；8、液压马达；9、减速器；10、液压站；11、变频鼓风机；12、出料器；13、进料斗；14、出料器液压阀；15、离合器控制阀；16、液压马达液压阀；17、风阀；18、含氧量传感器；19、气压传感器；20、液压管；21、风管；22、控制器；100、固定螺栓；101、弹簧；102、液压腔；103、限位板；104、连接孔；105、顶杆；106、离合器油管；107、y型密封圈；108、油槽；109、主轴中间架油管；110、离合器侧轴承；111、下主轴侧轴承。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.实施例：
39.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴
向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.参见图1至图4，本发明采用上主轴3与下主轴4可有机分离的方法，实现一种装置两种工位运行模式，减少因对下层物料过度搅拌而造成的桨叶7机械损耗及能耗过大问题。另外，桨叶7可以采用可拆卸安装方式，便于清理落入风腔或堵塞在风口的物料；桨叶7末端还安装有压力传感器，将压力值传递给控制器22，控制器22通过曝气模式与压力值耦合，判断当前桨叶7是否存在堵塞或风机压力是否异常。此外，罐体中间层是含氧量相对较低的位置，通过监测含氧量控制变频鼓风机11的运行模式，可以保持好氧发酵过程氧供给的动态平衡，从而实现精准供氧。
44.参见图1-图2，一种分离式主轴的好氧发酵罐，其包括：外壳1、转动主轴、若干桨叶7和支撑底座2，外壳1设有进料斗13和出料器12；转动主轴贯穿设置于外壳1的轴心，转动主轴包括可控分离或组合的上主轴3和下主轴4，上主轴3和下主轴4通过离合器5连接；若干桨叶7连接转动主轴，桨叶7设有内部气体管道且其下周面沿轴向间隔设置有若干个曝气孔；支撑底座2设置于外壳1之下，支撑底座2内设有用于为发酵罐提供液压动力与压缩空气的动力设备。
45.本实施例中，外壳1为空心圆柱型，内部是有机固体废弃物发酵过程的发生器，其具有耐腐蚀、耐压力及保温功能。外壳1的顶部设有进料斗13、液压马达8和减速器9，外壳1的底部设有出料器12，外壳1中央由上主轴3、下主轴4和离合器5组成的中轴所贯穿好氧发酵罐整体。上主轴3位于好氧发酵罐中央的上端，上主轴3可以为中空结构，上主轴3的轴面装有可拆卸的桨叶7。另外，上主轴3的上端面与减速器9的蜗轮可以采用键连接，并由减速器9推动其形成旋转运动。此外，上主轴3的顶部由风管21通入压缩空气至上主轴3中心；上主轴3的下端面与离合器5可以采用螺栓固定连接，从而便于与下主轴4连接传动。下主轴4位于好氧发酵罐中央的下端，下主轴4可以为中空结构，下主轴4的轴面端装有可拆卸的桨叶7。另外，下主轴4的上端面设有连接孔104，离合器5的连接栓可以通过与下主轴4的连接孔104连接配合传递转矩，从而使下主轴4与上主轴3同步转动。此外，下主轴4底部由风管21通入压缩空气至下主轴4中心。
46.桨叶7为圆柱型空心结构，与转动主轴的轴面连接，桨叶7与主轴可以采用法兰连接方式，通过转动主轴带动桨叶7旋转运动，桨叶7旋转以搅动好氧发酵罐内的有机固体废
弃物。同时，桨叶7轴面设有若干曝气孔，曝气孔轴线与桨叶7旋转方向夹角为110
°
。
47.离合器5位于立式好氧发酵罐中央及下主轴4与上主轴3之间，与上主轴3采用螺栓固定连接，通过离合器5的连接栓可以与下主轴4连接孔104进行配合连接，达到上主轴3与下主轴4转矩传递及同步旋转；离合器5可以采用液压与弹簧101力联动控制离合器5连接栓伸缩运动。
48.进料斗13位于外壳1上端，其作用是使有机固体废弃物进入好氧发酵罐内。出料器12位于外壳1下端，由螺杆及液压马达8组成，其作用是使有机固体废弃物生成有机肥后排出好氧发酵罐。支撑底座2位于外壳1下端，其作用是支持整个好氧发酵罐，并为动力设备提供处置空间。
49.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，动力设备包括：液压站10和液压马达8，液压站10用于产生液压动力；液压马达8由液压站10传递液压动力驱动；其中，液压马达8通过带有液压马达液压阀16和减速器9的动力支路驱动转动主轴旋转，通过带有离合器控制阀15的另一动力支路控制离合器5的分合。
50.本实施例中，液压站10位于外壳1下端的支撑底座2内，其作用是支持整个好氧发酵罐提供液压动力，再通过液压管20供给液压马达8、离合器5及出料器12。其中，液压管20的作用是为整个好氧发酵罐提供油压通道。液压马达8位于外壳1上端，由液压站10提供液压动力驱动输出扭矩，再通过减速器9使上主轴3转动。液压马达液压阀16的作用是控制液压马达8的供油路导通或断开状态。减速器9位于外壳1的上端，由蜗轮和蜗杆组成，液压马达8提供转矩驱动蜗杆运转，蜗杆与蜗轮啮合使其达到降低转速增大扭矩的效果；另外，蜗轮降扭矩转递至上主轴3，使其同步旋转。
51.上述实施例中，进一步地，动力设备还包括：用于产生压缩空气的变频鼓风机11，变频鼓风机11通过风管21分别连接上主轴3和下主轴4的内部气体管道，而桨叶7的内部气体管道也与转动主轴的内部气体管道连通，风管21上还设有风阀17。
52.具体的，变频鼓风机11位于外壳1下端的支撑底座2内，其作用是支持整个好氧发酵罐提供液压缩空气，再通过风管21、上主轴3、下主轴4及桨叶7，最终在立式好氧发酵罐对有机固体废弃物进行曝气发酵。其中，风管21的作用是为整个好氧发酵罐提供压缩空气通道。另外，变频鼓风机11可以采用变频器调速控制，从而可根据不同的氧气需量进行变频运行。此外，风管21上还设有风阀17，风阀17用于控制下主轴4的风管21导通或断开状态。
53.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，液压马达8通过带有出料器液压阀14的动力支路控制出料器12。本实施例中，出料器液压阀14的作用是控制出料器12的液压马达8的供油路导通或断开状态。
54.参见图2，作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，离合器5包括：多个固定螺栓100和腔体，多个固定螺栓100用于连接自身和上主轴3；腔体贯穿离合器5和下主轴4，在腔体内设有一可上下活动的顶杆105，顶杆105的上方抵接有一弹簧101，离合器控制阀15通过动力支路控制腔体的液压腔102的压力，以使得离合器5工作在同步模式和分离模式，其中，同步模式具体为：当液压腔102内缺少足够油压时，离合器5内的弹簧101伸展进而推动顶杆105下行，从而使得下主轴4的连接孔104与顶杆105在转动至同一轴时，顶杆105向下进入下主轴4的连接孔104；分离模式具体为：当液压腔102内存在足够油压时，油压上升推动顶杆105上行至限位板103，离合器5内的弹簧101在顶杆105上行压力下被压缩，顶杆105离
开下主轴4的连接孔104。
55.本实施例中，离合器5内包含了多个固定螺栓100、弹簧101、液压腔102、限位板103、顶杆105和离合器油管106；离合器5有两种工位运行模式：“同步模式”与“分离模式”，离合器控制阀15具有控制离合器5的供油路导通或断开状态。如图3所示，当所述控制器22运行“同步模式”命令时，离合器控制阀15动作切断离合器5供油管路及导通离合器5回油管路，离合器5的液压腔102内失压，离合器5内的弹簧101伸展推动顶杆105下行，顶杆105下行时液压腔102压力油回流至液压站10，在下主轴4的连接孔104与离合器5的顶杆105运转至同一轴时离合器5的顶杆105进入下主轴4的连接孔104，离合器5跟随上主轴3转动时，离合器5的顶杆105推动下主轴4转动，达到上主轴3与下主轴4同步转动。当控制器22运行“分离模式”命令时，液压站10运行提供液压动力，离合器控制阀15动作导通离合器5供油管路及切断离合器5回油管路，离合器5的液压腔102内压力上升推动顶杆105上行至限位板103，离合器5内的弹簧101在顶杆105上行压力下被压缩，离合器5的顶杆105离开下主轴4的连接孔104，离合器5无法将扭矩转动至下主轴4。
56.上述实施例中，进一步地，离合器5通过主轴中间架6与外壳1连接，主轴中间架6内设有主轴中间架油管109，离合器5内设有离合器油管106，离合器控制阀15通过主轴中间架油管109和离合器油管106与腔体的液压腔102连通，主轴中间架油管109和离合器5的连通处还设有y型密封圈107和油槽108。更进一步地，主轴中间架6与离合器5的接触面上设有离合器侧轴承110，主轴中间架6与下主轴4的接触面上设有下主轴侧轴承111。
57.具体的，主轴中间架6连接外壳1向中心支撑离合器5与下主轴4的径向外侧；主轴中间架6与离合器5位接合处设有液压油路、液压油槽108及y型密封圈107，给离合器5提供液压油回路。主轴中间架6与离合器5和下主轴4的结合处还设有轴承，可以降低相互间的摩擦阻力。
58.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，外壳1内设有含氧量传感器18，桨叶7的自由端设有气压传感器19。
59.本实施例中，含氧量传感器18作用是采集好氧发酵罐中的氧气含量，再将其转换为电信号传递至控制器22，作为氧气量需求的检测。另外，气压传感器19的作用是采集好氧发酵罐中桨叶7末端的空气压力，再将其转换为电信号传递至控制器22，从而可以根据气压值判断桨叶7是否堵塞。
60.同时，参见图4，本发明提供一种主轴分离式运行控制方法，其利用上述的分离式主轴的好氧发酵罐进行，包括：第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式和第四运行模式。
61.第一运行模式具体为：当含氧量传感器18的反馈值高于设定值且离合器5为分离模式时，变频鼓风机11以40hz电频率运行，风阀17断开风管21的下主轴4的进风通道，由上主轴3连接的桨叶7的曝气孔进行曝气。
62.第二运行模式具体为：当含氧量传感器18的反馈值高于设定值且离合器5为同步模式时，变频鼓风机11以45hz电频率运行，风阀17导通风管21的下主轴4的进风通道，由上主轴3与下主轴4连接的桨叶7的曝气孔进行曝气。
63.第三运行模式具体为：当含氧量传感器18的反馈值低于设定值且离合器5为分离模式时，变频鼓风机11以45hz电频率运行，风阀17断开风管21的下主轴4的进风通道，由上
主轴3连接的桨叶7的曝气孔进行曝气。
64.第四运行模式具体为：当含氧量传感器18的反馈值低于设定值且离合器5为同步模式时，变频鼓风机11以50hz电频率运行，风阀17导通风管21的下主轴4的进风通道，由上主轴3与下主轴4连接的桨叶7的曝气孔进行曝气。
65.此外，由于桨叶7的末端装有压力传感器，控制器22还可以根据当前曝气方式与压力传感器进行检测判断，当单个桨叶7的压力低于设定报警值时，可以判断当前桨叶7曝气孔存在堵塞现象；当所有桨叶7的压力均低于设定值时，可以判断为变频鼓风机11故障；控制器22发出故障信号报警通知管理人员。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
67.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。