ВИБРАЦИОННОЕ СИТО Российский патент 1997 года по МПК B07B1/46 

Изобретение относится к технике, разделения суспензий с помощью вибрации, а именно к установкам, входящим в комплект оборудования применяемого при очистке жидкостей от твердой фазы, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при бурении скважин для очистки буровых (зашламленных) растворов.

Известны однослойные вибрационные сита, включающие сетку и установленную под ней опорную решетку (авт. св. N 757212, B 07 B 1/46, ИСМ N 10, 1989), а также устройства, повышающие эффективность разделения суспензии, самоочистки сита и уменьшающие вероятность разрушения конструкции:
устройств упругого колебания отдельных частей или секций просеивающей поверхности в виде упругих эластичных соединительных элементов (авт. св. N 1253671, Б.И. N 32, 1986), упругих эластичных полос ( заявка ФРГ N 3811641, ИСМ N 5, 1989) или упругих эластичных плит (заявка Японии N 63-61074, Б.И. N 24, 1986);
устройств упругого колебания отдельных частей или секций просеивающей поверхности в виде упругих эластичных клиньев (авт. св. N 1022755, Б.И. N 22, 1983) или упругих эластичных соединительных элементов (авт. св. N 1240469, Б.И. N 24, 1986);
устройств формообразования просеивающей поверхности сита (авт. св. N 1260045, Б. И. N 36, 1986); заявка Японии N 62-11911, В 07 В 1/46, ИСМ N 2, 1988; заявка ЕПВ N 0238455, В 07 В 1/46, ИСМ N 2, 1988);
устройств формирования оптимальных размеров ячеек сетки (авт. св N 1645037, Б. И. N 16, 1991, авт. св. N 1729616, Б.И. N 16, 1992, пат. РФ N 2015750, Б.И. N 13, 1994).

Недостатками известных вибрационных сит являются их низкая эффективность и надежность работы, обусловленные частым засорением сита твердыми включениями суспензии, что требует дополнительных операций по его очистке, а также с сильным износом и быстрым разрушением сетки, требующим частой замены вибрационного сита в составе оборудования.

Известны также вибрационные сита, выполненные из полимерного упругого, стойкого к истиранию материала, в том числе армированного металлической проволокой (заявка Великобритании N 2185698, В 07 В 1/46, ИСМ N 4, 1989; заявка Японии N 63-61074, В 07 В 1/46, ИСМ N 10, 1989; Заявка ЕПВ N 0130106, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1985; Заявка Японии N 59-22590, В 07 В 1/46, ИСМ N 1, 1985).

Вибрационные сита из полимерных материалов для повышения их прочности при сохранении упругих свойств могут иметь ребра различных размеров и расположения, размещенные как с верхней (пат. США N 4819809, B 07 B 1/46, ИСМ N 2, 1990), так и с нижней (заявка ФРГ N OS 3716472, В 07 В 1/46, ИСМ N 7, 1989) стороны сита.

Недостатком вибрационных сит из полимерных материалов являются их низкая прочность и небольшой ресурс работы.

Известны также многослойные вибрационные сита, обладающие более высокой прочностью и небольшой ресурс работы.

Известны также многослойные вибрационные сита, обладающие более высокой прочностью и ресурсом работы, а также способностью к самоочистке и предотвращению забивания сетки за счет соударения слоев сита и одну опорную решетку, последняя из которых может быть выполнена ячеистой конструкцией в виде сетки из толстой проволоки с крупной ячейкой (авт. св. N 1077659, Б.И. N 9, 1989) или из перфорированного листа с крупными, по отношению к ячейкам сеток, отверстиями той или иной формы, при этом перемычки, образующие крупные ячейки или крупные отверстия решетки, являются опорными элементами сеток, в то же время кромки перемычек решетки, выполненной из металлического перфорированного листа могут быть для увеличения жесткости отогнуты на 90^o перпендикулярно плоскости листа вниз (заявка ЕПВ N 0169698, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1986).

Недостатком многослойных вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная износом и разрушением сеток в местах расположения перемычек опорной решетки, образующих опорные элементы сеток.

Известны также вибрационные сита, содержащие две сетки и решетку, установленную одна на другую в опорной раме, при этом размеры ячеек нижней сетки превышают размеры ячеек верхней сетки в 1-1,5 раз, а размеры отверстий решетки больше размеров ячеек нижней сетки, причем опорные элементы рамы отжимают сетку и решетку вверх, с образованием сводчатой поверхности с плотным прижатием сеток друг к другу в местах расположения перемычек, образующих отверстия решетки (заявка Японии N 60-12919, В 07 В 1/46, ИСМ N 10, 1985).

Недостатком данных вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная преждевременным разрушением перемычек решетки и последующего разрушения сеток в местах излома перемычек решетки.

Известны вибрационные сита, содержащие по меньшей мере два слоя сетки с различными размерами ячеек, одна сетка лежит на другой и обе прикреплены к перфорированной опорной решетке для поддержания натяжения слоев сетки, причем площадь отверстий опорной решетки больше площади отверстий сеток. Опорная решетка может быть ячеистой конструкции или в виде металлического листа с отверстиями (заявка Великобритании N 2161715, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1987).

Недостатком рассматриваемых вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная быстрым разрушением сеток и опорных решеток.

Наиболее близким к предлагаемому устройству и принятому за прототип является техническое решение вибрационного сита, содержащее верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных друг к другу и к перемычкам опорной решетки эластомерным износостойким материалом, размещенным в ячейках сеток заподлицо с их наружной поверхностью (каталог фирмы "Sweco oilfild services").

Недостатками указанных вибрационных сит являются низкая надежность работы и эффективность очистки, обусловленные разрушением эластомерного материала, расслоением сеток и опорной решетки в местах их крепления друг к другу эластомерным материалом и последующим быстрым износом сеток, а также частым засорением сеток в связи с уменьшением эффективной площади сеток из-за перекрытия ячеек сеток эластомерным материалом и низкой интенсивностью самоочистки сита из-за ограниченности колебаний и соударений сеток, а также из-за низкой прочности каркаса, образованного опорной решеткой.

Задачей изобретения является повышение прочности скрепления сеток и опорной решетки между собой при сохранении упругого натяжения и упругого колебания сеток, а также уменьшение гидравлического сопротивления и увеличение эффективной площади сеток за счет уменьшения ширины перемычек при сохранении жесткости и прочности опорной решетки, приводящих и повышение надежности и эффективности работы вибрационного сита.

Поставленная задача решается за счет того, что на наружной поверхности каждой из сеток в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала, при этом кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки установлены относительно последних с зазором, а пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов. Верхняя и нижняя сетки сита по длине выступов могут быть скреплены между собой, например, прошивкой упругой нитью, расположенной в эластомерном материале верхних и нижних выступов, причем упругая нить размещена между кромками перемычек опорной решетки. Кромки перемычек опорной решетки могут быть отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол более 90^o и образовывать замок для нижних выступов. Перемычки опорной решетки могут быть расположены в эластомерном материале нижних выступов, образуя армированную конструкцию. Верхняя и нижняя сетки по всей длине выступов могут быть установлены друг относительно друга с зазором, заполненным эластомерным материалом по ширине выступов. Верхние выступы могут образовывать направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита.

На фиг. 1 изображено вибрационное сито (вид спереди), общий вид; на фиг. 2 вид А (вид снизу) вибрационного сита, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3-9 варианты выполнения поперечного сечения Б-Б на фиг. 2 вибрационного сита в местах расположения перемычек опорной решетки.

Вибрационное сито (фиг. 1 и 2) содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 сетки, размещенные одна над другой на опорной решетке 3, отверстия 4 которой образованы перемычками 5, являющимися опорными элементами сеток 1 и 2, прикрепленных друг к другу и к перемычкам 5 эластомерным износостойким материалом, причем на наружной поверхности каждой из сеток 1 и 2 (фиг. 3-5) в соответствии с формой и расположением перемычек 5 опорной решетки 3 выполнены верхние 6 и нижние 7 выступы из эластомерного материала, при этом кромки 8 перемычек 5 опорной решетки 3 выполнены верхние 6 и нижние 7 выступы из эластомерного материала, при этом кромки 8 перемычек 5 опорной решетки 3 направлены вверх к нижней сетке 2 с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки 1 и 2 установлены относительно кромок 8 с зазором "А", а пространство между нижней сеткой 2 и перемычками 5 заполнено эластомерным материалом нижних выступов 7.

Верхние выступы имеют высоту "H" (фиг. 3 и 4). Верхняя 1 и нижняя 2 сетки по длине выступов 6 и 7 могут быть связаны между собой например, прошивкой упругой нитью 10 (фиг. 6, 8), расположенной в материале верхних 6 и между кромками 8 перемычек 5 в материале нижних выступов 7. Кромки 8 перемычек 5 опорной решетки могут быть отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол не менее 90^o (фиг. 3 и 4), на угол 90^o (фиг. 5 и 6, 8 и 9) и на угол более 90^o (фиг. 7) с образованием замка для нижних выступов 7. Перемычки 5 (фиг. 3) опорной решетки 3 могут быть расположены в эластомерном материале нижних выступов, образуя армированную конструкцию. Верхняя 1 и нижняя 2 сетки (фиг. 9) по всей длине выступов 6 и 7 могут быть установлены друг относительно друга с зазором "Б", заполненным эластомерным материалом по ширине выступов 6 и 7. Размеры ячеек нижней сетки 2 превышают размеры ячеек верхней сетки 1, а размеры отверстий 4 опорной решетки 3 больше размеров ячеек нижней сетки 2. Сетки 1 и 2 выполнены из металлической проволоки. Опорная решетка 3 может быть выполнена из металлического листа, а в качестве эластомерного упругого износостойкого материала может быть использован полиуретан.

Формообразование кромок 8 перемычек 5 в зависимости от их высоты может быть обеспечено как совмещением с прошивкой отверстий 4 в металлическом листе (фиг. 3 и 4) при изготовлении опорной решетки 3, так и с помощью специальных технологических операций по отбортовке металлического листа в отверстиях 4 на угол 90^o (фиг. 5 и 6, 8 и 9) и на угол более 90^o с образованием замка (фиг. 7).

Для создания из верхних выступов 6 направляющих ребер (на фигурах не показаны), ориентирующих движение просеиваемого материала, например, вдоль сита, достаточно высоту выступов, направленных вдоль сита выполнить больше, чем высота выступов, расположенных поперек сита.

Работа вибрационного сита в составе оборудования, применяемого для разделения суспензий и очистки жидкостей от твердой фазы осуществляется следующим образом.

Сито устанавливается на вибрационную машину. Просеиваемый материал-суспензия подается на верхнюю сетку 1, имеющую размер ячейки меньше, чем размер ячейки нижней сетки 2. Сетка 1 является просеивающей, а сетка 2 выполняет вспомогательные функции повышения прочности и обеспечения самоочистки сетки 1. За счет вибрации твердая фаза отбивается от сетки 1 (от ее просеивающей поверхности), перемещается вдоль сита и сбрасывается в бункер (на фигурах не показан). Жидкость сквозь сетки 1 и 2 и отверстия 4 опорной решетки отводится для повторного использования. Выступы 6 и 7 уменьшают вероятность разрушения эластомерного материала с наружной стороны, каждой из сеток 1 и 2 и их отрыва друг от друга, возникающей как из-за недостаточной прочности непосредственно эластомерного материала (с наружной стороны сеток 1 и 2), так как из-за плохой адгезии эластомерного материала с проволокой сеток, имеющей высокую чистоту поверхности.

Расположение кромок 8 перемычек 5 опорной решетки 3 вверх и нижней сетке 2 при повышении прочности скрепления сеток 1 и 2 и перемычек 5 между собой также увеличивает жесткость опорной решетки, обеспечивает не только увеличение эффективной площади просеивающей поверхности за счет уменьшения ширины перемычек 5, но также уменьшает толщину опорной решетки 3 и металлоемкость конструкции сита в целом. Выполнение зазора "А" между кромками 8 перемычек 5 и нижней сеткой 2, заполненного эластомерным материалом нижних выступов создает взаимодействие сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 и исключает металлический контакт сетки 2 с перемычками 5. Во время работы вибрационного сита осуществляются упругие колебания сеток 1 и 2, в том числе относительно друг друга, что приводит к соударению их поверхностей и самоочистке путем сбрасывания твердых частиц.

В области выступов 6 и 7 скрепление сеток 1 и 2 (фиг. 3 и 4, 5, 7) производится эластомерным материалом, размещенным в их ячейках, при этом имеет место не только недостаточная адгезия эластомерного материала с металлической проволокой сетки 1 и 2, но и контакты металлических проволок сеток 1 и 2 между собой, что является возможными очагами возникновения расслоения и отрыва сеток друг от друга.

Для повышения прочности при сохранении упругой заделки сетки 1 и 2 по длине выступов 6 и 7 скрепляются (фиг. 6, 8) между собой, например, прошивкой упругой нитью 10, расположенной в эластомерном материале верхних 6 и нижних 7 выступов, что исключает вероятность их разрыва и смещения относительно ячеек сеток 1 и 2.

Размещение упругой нити 10 в эластомерном материале нижних выступов 7 между направленными вверх и нижней сеткой 2 кромками 8 перемычек 5 опорной решетки повышает прочность вибрационного сита от напряжений сдвига как в продольном, так и в поперечном направлениях за счет дополнительного ограничения сдвига упругой нити 10 относительно кромок 8, выполненных, как правило, из материалов более прочных, чем эластомерный материал верхних 6 и нижних 7 выступов.

В качестве упругой нити могут быть использованы натуральные и синтетические волокна, а также металлическая проволока. Прочность скрепления сеток 1 и 2 вдоль выступов 6 и 7 зависит как от материала упругой нити, ее плетения, так и от формы применяемых швов, усилий натяжения. Скрепление упругими нитями исключает вероятность расслоения сеток 1 и 2 в местах выполнения выступов 6 и 7 как из-за плохой адгезии эластомерного материала с проволокой сеток, так и из-за недостаточной прочности собственно эластомерного материала.

Повышение прочности скрепления сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 (фиг. 7) обеспечивается тем, что кромки 8 перемычек 5 отогнуты относительно плоскости решетки 3 в направлении к нижней сетке 2 на угол более 90^o с образованием в поперечном сечении перемычек 5 фасонного профиля замкового типа, полость которого заполнена эластомерным материалом. В этом случае прочность скрепления сеток 1 и 2 опорной решеткой 3 определяется не только адгезией эластомерного материала выступов 7 с поверхностью перемычек 5, но также усилием разрушения замка, образованного кромками 8 перемычек 5 и нижними выступами 7.

Для повышения прочности скрепления сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 ее перемычки 5 могут быть покрыты эластомерным материалом нижних выступов 7 с образованием армированной конструкции (фиг. 8). Отрыв сеток 1 и 2 от опорной решетки 3 в этом случае возможен только при разрушении эластомерного материала нижних выступов 7.

Устранение металлического контакта проволок сеток 1 и 2 между собой при сохранении и улучшении упругой связи между ними облегчается тем, что верхняя 1 и нижняя 2 сетки по всей длине верхних 6 и нижних 7 выступов устанавливаются друг относительно друга с зазором "Б" (фиг. 9), который заполняется эластомерным упругим материалом по ширине выступов. Величина зазора "Б" определяют упругую связь сеток 1 и 2. Расслоение сеток 1 и 2 невозможно без разрушения эластомерного материала в зазоре "Б".

Верхние 6 и нижние 7 выступы, выполненные из износостойкого упругого эластомерного материала и рассматриваемые как единое целое, формируют сеть упругих ребер жесткости, армированных перемычками 5 опорной решетки 3 и расположенных по всей поверхности сеток 1 и 2, которые повышают прочность и долговечность вибрационного сита.

Для конкретного просеивающего материала в зависимости от величины и количества твердых включений выполнение верхних выступов 6 с определенной высотой "H" позволяет образовать со стороны верхней сетки 1 направляющие ребра, которые могут равномерно распределять материал по просеивающей поверхности сита, изменять путь движения материала по просеивающей поверхности, например, из прямолинейного в зигзагообразный, отбивать крупные твердые частицы от поверхности сетки и выполнять тому подобные вспомогательные функции, улучшающие условия эксплуатации вибрационного сита или повышающие качество просеивания.

Для сита, показанного на фиг. 1, 2 выполнение верхних выступов 6, направленных вдоль сита с высотой "H" больше высоты верхних выступов, расположенных поперек сита (на фигурах не показано), позволяет образовать направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита, обеспечивающие удержание просеиваемого материала в средней части просеивающей поверхности при натяжении сита с продольным изгибом.

Анализ технических решений, известных из патентной и технической литературы, позволяет сделать вывод, что заявленные отличительные признаки вибрационного сита обладают новизной, а при их использовании приводят к положительному техническому результату.

Такое выполнение вибрационного сита позволяет повысить надежность и эффективность его использования за счет более прочного скрепления сеток и опорной решетки при сохранении упругого натяжения и упругого колебания сеток, а также уменьшить гидравлическое сопротивление и увеличить эффективную площадь просеивающей поверхности за счет повышения упругой жесткости перемычек опорной решетки. Соединение сеток упругой нитью, размещенной в эластомерном материале верхних выступов и нижних выступов, исключает вероятность расслоения сеток в местах их крепления к опорной решетке.

Использование: для очистки жидкостей от твердой фазы в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: вибрационное сито содержит верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных друг к другу и к перемычкам решетки эластомерным износостойким материалом. На наружной поверхности каждой из сеток, в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки, выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала. Кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке, с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля. Сетки установлены с зазором относительно перемычек. Пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Вибрационное сито, содержащее верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных одна к другой и перемычкам решетки эластомерным износостойким материалом, отличающееся тем, что на наружной поверхности каждой из сеток в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала, при этом кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки установлены относительно последних с зазором, а пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов. 2. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя сетки скреплены между собой упругой нитью, например прошивкой, расположенной в эластомерном материале верхних и нижних выступов, причем упругая нить размещена в последних между кромками перемычек опорной решетки. 3. Сито по п. 1, отличающееся тем, что кромки перемычек опорной решетки отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол более 90° и образуют замок для нижних выступов. 4. Сито по п. 1, отличающееся тем, что перемычки опорной решетки расположены в эластомерном материале нижних выступов. 5. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя сетки по всей длине выступов установлены одна относительно другой с зазором, заполненным материалом по ширине выступов. 6. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхние выступы образуют направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита.