1 概述
沼氣是國家大力發展的潔凈能源，沼氣池里的沼液、沼渣經常需要清理， 人工清理費工費時，而且勞動強度大，環境骯臟。 清理的沼液、沼渣是很好的肥料，要人工將沼液、 沼渣運送到果園或者農田，勞動量大，效率低。
新型沼氣服務車是我們在自主開發的底盤的基礎上根據市場要求自行設計開發的特種車。 集沼液、沼渣的抽、排、順沖洗、反沖洗、高炮噴灑及運輸功能于一體，并配備自行設計的輔助工具，大大提高勞動效率，降低勞動強度。
2 上裝設計
沼氣服務車用戶是廣大的農村沼氣池用戶， 上裝本著多功能、低成本、新技術的設計原則，確保產品性能可靠、操作簡單方便。
2．1 上裝動力源的設計
2．1．1 上裝動力源的選擇 我們設計的沼氣服務車，側重多功能，既能抽且能強排，動力源必須提供較大的負壓，也能提供較大的正壓， 還需要為氣動污水泵、氣動工具等提供氣體動力。
一般抽排機的動力源都選擇旋片式真空泵，真空泵具有結構緊湊，體積小，重量輕，噪音低，振動小等優點；空壓機也能實現真空泵的 功 能 。 表 1 是 二 者 性 能 的 對比?！颈?】
綜合考慮，使用空壓機提供的動力更為充足，同時比真空泵經濟性更好。
2．1．2 空壓機技術指標的確定 整機設計最大真空度－65kPa。標準大氣壓換算水柱：1 標準大 氣 壓 ＝101．325kPa ＝10．336m 水柱。
抽排機最大真空度－65kPa，換算成水柱壓強，計算如下：H ＝10．336m 水 柱/101．325kPa× 65kPa＝6．6m抽排機最大離地高度 2．1m，抽排機定義垂直抽吸深度為能抽吸離抽排機停放面垂直距離不小于 3 米的沼液面，則本抽排機要求抽吸總高度＝2．1＋3＝5．1m。因：H＝6．6m＞5．1m系統最大真空度滿足垂直抽吸深度需要的真空度要求。
在計算基礎上我們選擇空壓機主要參數見表 2?！颈?】
本公司根據沼氣服務車需要，將現有空壓機產品進行技術改造，形成一款適用于沼氣服務車性能的新型空氣壓縮裝置，連續作業時間更長，維修更簡單，性能更優越。
2．1．3 空壓機傳動技術 空壓機的體積較大，放在車架罐體和駕駛室中間，利用取力器帶動， 這樣必須使用兩級皮帶傳動，使傳動效率大大降低，工作效率也受到較大影響。
為了解決這一問題，我們將空壓機設計安裝在底盤車架側面，實現了取力器和空壓機的一級傳動，顯著提高了空壓機的工作效率。
2．1．4 空壓機減振技術 空壓機本身有振動，再加之將空壓機設計安裝在車架側面，帶來的一個問題是空壓機振動也帶動了整車的振動。 為了解決這一問題，我們將空壓機的支座加強筋設計成兩截，中間用兩塊 40mm 厚的的橡膠墊塊連接，很好的解決了空壓機振動問題。
2．2 抽排罐體設計
2．2．1 抽排罐本體設計 抽排罐體是沼氣服務車的主體，內部裝沼渣沼液。 為了降低重心，優化其結構性能，設計罐體為橢圓形，用優質鋼板焊接制成。 為了防止銹蝕，罐體內部做了防腐處理。 罐體頂部設計由人孔蓋、人孔蓋打開關閉方便，密封性能好。 罐體頂部設由真空壓力表及安全閥，確保安全。 中部裝有防浪板，用以減少車輛行駛所引起的液體的劇烈晃蕩沖擊對罐體及其車架連接部位損壞。
2．2．2 排渣技術 沼液里面混有沼渣，沼渣沉淀后，很難排凈。 我們針對這一難題，設計了順沖洗、反沖洗功能，確保罐體內沼液、沼渣徹底排放干凈。
在抽排罐內設計過慮裝置，將罐體內部的污水過慮到污水倉，在罐體排放沼液、沼渣時，通過氣動污水泵將污水倉里過慮的污水對沼渣進行邊排放邊反沖洗，使沼渣排放更順暢。
沼液、 沼渣排放到最后時，污水倉里沒有了污水，罐體底部還有部分沼渣未能徹底排出。 在罐體外部設計了清水箱，最后利用高壓氣體的作用，將清水箱內的清水對罐體底部進行順沖洗，這樣，罐體內部的沼液、沼渣就徹底的排出。
2．2．3 下抽、下排技術 一般抽排機都是上抽、 下排。由于我們使用的是空壓機作為動力源，我們設計使用了下抽、下排結構。 下抽下排是抽、排口合二為一，使罐體結構更加簡潔，零部件減少，成本降低。
2．2．4 液位顯示與控制技術
（1） 液位控制技術。 沼氣服務車抽液速度很快，如果不設計自動控制裝置， 會出現罐體內抽滿了，動 力 源 還 在 繼續工作，這樣對動 力 源 有 較 大損害。我 們 在 罐體 抽 真 空 的 管路 口 設 計 安 裝了 浮 球 防 溢 球閥，當向罐體內抽沼液時，罐體內 液 面 上 升 使浮球抬起，關閉浮球球閥，使罐內氣體無法通過空壓機排出，從而自動停止沼液的抽取。
（2）液位顯示技術。 通常罐車的液位顯示都是在后封頭上利用兩個管路接頭接一段塑料罐，用來觀察液位。 沼氣服務車在抽沼液、沼渣時候，沼渣容易進入液位顯示器，不容易排放干凈，也不易沖洗，而且一般塑料管容易腐蝕。
針對這一問題，我們設計了透明的鋼化玻璃， 安裝在后封頭上，既能方便的觀察液面，也不用擔心沼渣進入沖洗難的問題。
2．3 抽排管路設計
2．3．1 抽排系統工作原理設計 按照整車設計，抽排系統所要實現的功能有： 抽沼液、 沼渣、排沼液、沼渣、順沖洗、反沖洗、 高炮噴灑以及 能帶動氣動工具， 且管路盡可能簡化，成本盡可能降低。實現高炮噴灑一般都需要泵帶動馬達來實現，這樣就需要增加一套液壓系統。 增加一套系統，增加一個動力源，使得零部件大大增加，管路復雜化，而且成本難以控制。
按照設計要求，我們設計了一款專用的氣動污水泵，直接公用空壓機為動力源，使結構簡化，成本降低。
我們設計的抽排系統由四通閥、水汽分離器、空氣過濾器、空壓機、氣動污水泵及相關管路、球閥組成。 原理圖如圖 1：【圖1】
如原理圖 1 所示， 抽吸工作時，關閉高炮噴灑及沖洗管路的球閥，搬動四通閥手柄，使得 1、3 聯通，2、4 聯通，發動機通過取力器帶動空壓機工作，罐體的空氣經過水氣分離器、四通閥、空氣分離器進入空壓機，再經過儲氣筒、四通閥排到大氣， 使得罐體形成真空，沼液沼渣在大氣壓力作用下，進入罐體，從而完成抽吸作業。
一般排出作業時，只需要開啟后出料口球閥，及可將罐體內沼液排出。 如果需要強排時，關閉高炮噴灑及沖洗管路的球閥，發動機通過取力器帶動空壓機工作，搬動四通閥手柄， 使得 1、4 聯通，2、3 聯通，大氣通過四通閥、空氣分離器、進入空壓機，再經過儲氣筒、四通閥、水氣分離器進入罐體，對罐體施加一定的氣壓，將沼液從后出料口壓出，從而完成排渣作業。
同時也能方便的實現正沖洗、反沖洗、高炮噴灑等功能。抽排管路系統集抽、排、噴灑、正沖洗、反沖洗于一體，功能齊全，結構簡單，操作方便。
2．3．2 抽排氣管路內徑計算 按 照 公 式 d＝20×［10×S／ （π×Vi×n）］1 ／ 2 進行管路計算。式中： d———抽排管內徑，mm；S———真空泵有效抽速，L ／ s；Vi———排氣口流速， 一般為 20m／s－30m／s；n———排氣口數。d ＝20 ×［10 ×12．22 ／ （π ×30 ×1）］1 ／ 2＝22．8（mm）結合實際，選用真空泵抽排氣管內徑為 50mm。
2．4 高炮噴灑裝置設計
2．4．1 氣動污水泵的設計 一般噴灑裝置，都選擇用液壓系統來驅動，使得氣動系統、液壓系統兩套系統相互獨立，管路設計變得及其復雜，真空泵、液壓泵及驅動裝置等相關設備多，成本大大增高，安裝檢修不便。
本著這條思路，我們將污水泵改造成氣體驅動，我們巧妙的設計了氣動污水泵，利用上裝唯一的動力源空壓機提供氣體作為動力，使整個管路系統連為一體， 結構簡單，成本降低，操作方便。
氣動污水泵是由空壓機氣體帶動的， 在滿足揚程需要的同時，其額定耗氣量必須小于空壓機的排氣量。 按照此原則，我們設計的氣動污水泵主要參數如表 3：【表3】
2．4．2 噴灑裝置的工作原理 噴灑系統由氣動污水泵、高壓噴槍、污水倉、內循環管路及相關管路、球閥組成。 氣動污水泵進氣口與儲氣筒連接，在儲氣筒的高壓氣體作用下，把污水倉內的污水打出，供高壓噴槍噴灑。
2．5 輔助工具設計
沼氣池如果長時間不清理，表面會結成一層硬殼， 如不破除，很難抽取沼液、沼渣。 有的用戶沼氣池接電不方便，使用電動工具來破除沼氣池上的硬殼不能普及。我們創造性的利用整車的氣路系統作為動力源，設計出一些輔助工具來解決這類難題。 氣動工具包括氣動撈渣器、 氣動除殼器、氣動攪拌器。 分別用來撈渣、除殼、攪拌。 解決了沼氣池沼液沼渣不能徹底清理的難題。
2．5．1 氣動撈渣器的設計 氣動撈渣器由氣動開關、撈爪、氣缸、連桿等組成，以儲氣筒里的高壓氣體作為動力，推動氣缸伸縮，帶動撈爪工作，把沼氣池里面的雜物撈起。
2．5．2氣動除殼器的設計 氣動除殼器由儲氣筒里的高壓氣體作為動力，驅動氣動馬達帶動除殼器旋轉，氣動馬達上設計一個換向閥，實現除殼器正轉和反轉的自由控制，從而達到更好的破除沼氣池表面及底部的硬殼的效果。
2．5．3 氣動攪拌器的設計 氣動攪拌換器同樣由儲氣筒里的高壓氣體作為動力，驅動氣動馬達帶動拌換器旋轉。 攪拌器下部設計三塊刀片，轉動后，將沼氣池內部的沼渣攪動，切碎。 為了簡化設計，氣動攪拌器和氣動除殼器共用一套連桿、馬達及換向閥。
2．5．4 氣動馬達的選擇氣動馬達是氣動撈渣器、氣動攪拌器的驅動元件。 是一種以壓縮氣體為能源，把壓力能轉化成機械能的動力裝置，其排氣量也須小于或等于空壓機的排氣量。 主要技術參數如表 4：【表4】
氣動工具是我們根據沼氣池現場環境及操縱使用狀況開發的新型工具，具有操縱方便，使用安全，效率高等特點。
3 抽吸時間計算
按照抽吸計算公式 t＝2．3×V／S×［lg（p2 ／ p1）］計算抽吸時間。式 中 ：t———抽 吸 時 間 ，h；V———罐 體有效容 積 ，m3；S———真空泵有效抽速，L／s；p2———標準大氣壓 101．325kPa；p1———統真空壓強，65kPa。t ＝2．3 ×2．1 ／ 12．22 ×lg （101．325 ／65）＝0．05407（h）＝4．5（min）理論上一次沼液、沼渣抽滿罐體所需時間為 4．5 分鐘。
4 結語
新型沼氣服務車經過試驗驗證，能達到設計要求。 與同類產品相比有以下優勢：⑴上裝功能齊全， 集抽排功能、沖洗功能、高炮噴灑功能于一體，使用非常方便；⑵抽吸時間短，管路設計結構簡單，構思新穎獨特；盡可能的采用標準件、通用件，做到互換性強，維修保養方便；⑶外形應美觀大方， 工藝性好，車內視野開闊，人員工作靈便安全。
參考文獻
1 余漱石．沼氣池的管理與保養［J］．太陽能，1985（1）
2 白玉亭，楊春來．灑水車的應用技術［J］．城市車輛，2001（1）
3 李運德，李忠良，馮庸．環衛設備灑水車、吸糞車罐體腐蝕與涂層防護［J］ ．全面腐蝕控制， 2009（8）
4 祝奧達．下水道聯合疏通車的幾種結構［J］．城市車輛，1996（2）
5 陸 永 遠．解 決沼 氣 池 浮 渣 結殼的“休池法”［J］．農民科技培訓，2006（1）
