УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЕМКОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК B65D88/74 

Изобретение относится к области транспортировки и хранения материалов и может быть использовано для очистки емкостей, в частности цистерн от вязких нефтепродуктов.

Известно устройство (патент РФ N 2036123, кл. B 65 D 88/74) для очистки емкостей от вязких нефтепродуктов (прототип), содержащее штангу для подачи пара в распределитель потока теплоносителя, выполненный в виде цилиндрической камеры, где пар закручивается, патрубки для тангенциальной подачи теплоносителя от штанги в цилиндрическую камеру, насадки со скошенным срезом для формирования закрученной струи пара в виде узкого кольцевого сечения по периферии насадка. Наличие скошенного среза обеспечивает выход закрученной струи в виде конуса с тонкими стенками и с осью истечения, не параллельной оси вращения насадка и определяемой углом скоса насадки. Насадки соединяются с цилиндрическими камерами при помощи резьбы с направлением нарезки, совпадающей с направлением вращения теплоносителя в камерах.

Недостатком данного устройства является низкая интенсивность разогрева нефтепродукта и его удаления.

Низкая интенсивность разогрева обуславливается тем, что пар контактирует с нефтепродуктом по строго фиксированному направлению в пространстве, ограниченном конусом истечения, что снижает зону взаимодействия пара с нефтепродуктом.

Кроме того, при закрутке пара в цилиндрической камере за счет сил трения в пограничном слое на внутренней поверхности насадка окружная скорость существенно снижается, отсюда снижается и результирующая скорость истечения и, соответственно, кинетическая энергия закрученной струи. Это также приводит к снижению интенсивности разогрева нефтепродукта.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: подъемно-опускная штанга, распределитель потока теплоносителя, закрепленный на нижнем конце штанги, насадки со срезом, установленные на выходе распределителя потока теплоносителя.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является малая площадь контакта истекающей из насадки струи пара с поверхностью нефтепродукта, ограниченная конусом истечения пара, с неподвижно ориентированной в пространстве осью вращения, и малая окружная скорость истечения из насадка, что дополнительно снижает теплообмен между паром и нефтепродуктом. Соответственно, увеличивается время очистки емкости и расхода пара.

Изобретение направлено на решение задачи повышения интенсивности теплообмена между паром и нефтепродуктом.

Технологический результат, который может быть получен, заключается в увеличении площади взаимодействия теплоносителя с поверхностью нефтепродукта и глубине проникновения струи в толщу нефтепродукта.

Ограничительные признаки: цилиндрическая камера распределителя потока теплоносителя, подъемно-опускная штанга, насадки, выходной конец которых выполнен скошенным.

Отличительные признаки: насадки выполнены с возможностью свободного вращения, торцевая поверхность насадка, противоположная скошенному срезу, имеет кольцевую форму с диаметром большим или равным внутреннему диаметру камеры распределения теплоносителя.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что под действием на торцевую и внутреннюю поверхности насадка закрученного потока, насадок под действием сил трения приводится во вращательное движение, в результате ось конуса истечения закрученной струи пара, которая не параллельна оси вращения насадка, вращается относительно оси вращения насадка. В результате ось конуса истечения закрученной струи пара совершает в пространстве вращательное круговое движение. За счет этого резко возрастает площадь контакта истекающей струи пара с нефтепродуктом и, соответственно, существенно интенсифицируется процесс отвода тепла от пара к нефтепродукту.

Выполнение свободно вращающегося насадка с торцевой стенкой, расположенной с противоположной стороны среза, с диаметром, равным или большим диаметра вихревой камеры, обеспечивает за счет взаимодействия с закрученным потоком по всей боковой поверхности максимально возможный крутящий момент и высокую окружную скорость.

Известно также, что в цилиндрических камерах без вращающихся торцевых стенок при закрутке потока идеальной жидкости или газа формируются области свободного вихря с постоянной или близкой к ней циркуляцией и приосевого вынужденного вихря с законом вращения твердого тела или с иным с учетом тех или иных особенностей поведения, законом вращения.

В свободном вихре за счет постоянства циркуляции окружная скорость от периферии к центру нарастает и на выходе из насадка может иметь максимальное значение.

Однако при движении реальной вязкой жидкости область свободного вихря разделяется на две. Одна представляет вихревое ядро со слабо изменяющейся окружной скоростью по радиусу, вторая представляет из себя течение в пограничном слое по цилиндрической и торцевой поверхностям вихревой камеры.

Это обусловлено тем, что на торцевой поверхности за счет трения существенно ослаблены центробежные силы, стремящиеся отбросить частицы жидкости или газа к периферии. В результате весь расход в основном осуществляется через пограничный слой.

Однако в нем из-за действия сил трения средняя окружная скорость ниже, чем в случае реализации свободного вихря.

Наличие свободно вращающейся торцевой стенки в значительной степени восстанавливает поле центробежных сил на самой стенке, в результате также в значительной степени восстанавливается эффект свободного вихря в вихревом ядре. Это приводит к увеличению окружной скорости на выходе из насадка, соответственно, увеличивается угол раствора конуса истекающей закрученной струи пара и ее кинетическая энергия.

В конечном итоге за счет увеличения угла раствора конуса истекающего пара увеличивается площадь его контакта с нефтепродуктом, а увеличение кинетической энергии к более глубокому проникновению струй пара в толщу нефтепродукта. Оба фактора существенно интенсифицируют процесс теплообмена и, соответственно, резко снижаются время разогрева и удаления нефтепродукта.

Непосредственное тангенциальное соединение нижней части подъемно-опускной штанги с камерой распределения теплоносителя обеспечивает снижение потерь на трение и местные сопротивления при движении теплоносителя от источника в камеру распределения теплоносителя. Упрощается конструкция устройства за счет отсутствия патрубков, которые установлены в прототипе.

Для удаления конденсата из вихревой камеры на торцевых крышках выполняется резьба с направлением нарезки, совпадающем с направлением вращения закрученного потока в камере распределения теплоносителя. Совпадение направления нарезки с направлением вращения теплоносителя создает благоприятный режим удаления с минимальным гидродинамическим сопротивлением движению конденсата.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для очистки цистерны; на фиг.2 то же, поперечный разрез.

Штриховой спиральной линией условно показана зона закрутки паровой фазы, толстой штриховой ось конуса истечения закрученного пара из вращающегося насадка, тонкой окружность вращения оси конуса истечения закрученного пара относительно оси насадки.

Устройство содержит подъемно-опускную штангу 1, цилиндрическую вихревую камеру 2, вращающийся насадок 3 со скошенным срезом, торцевые крышки 4. Торцевые крышки соединяются с корпусом при помощи резьбы 5.

Устройство работает следующим образом. Поток теплоносителя пара подается под давлением из магистрали в полость подъемно-опускной штанги 1, далее из полости штанги поток пара тангенциально вводится в цилиндрическую камеру распределения теплоносителя 2, закручивается, приводя одновременно во вращение насадок 3 и далее через центральное отверстие насадка отводится в зону взаимодействия с нефтепродуктом, конденсат отводится через резьбу 5, при помощи которой крышки 4 соединяются с камерой распределения теплоносителя.

За счет вращения насадка со скошенным срезом существенно расширяется площадь взаимодействия истекающей струи пара с нефтепродуктом в процессе слива или очищаемой поверхности в процессе очистки.

За счет увеличения окружной скорости увеличивается кинетическая энергия истекающей закрученной струи пара, в результате обеспечивается большая дальнобойность струи, более глубокое проникновение в очищаемый продукт, что существенно интенсифицирует процесс теплообмена и, соответственно, сокращает время очистки и промывки емкостей.

Таким образом, предлагаемое устройство существенным образом интенсифицирует процесс слива нефтепродукта, промывки и пропарки цистерн, а также очистки любых емкостей.

Использование: очистка цистерн от вязких продуктов. Сущность изобретения: устройство содержит подъемно-опускную полую штангу, в нижней части которой расположена цилиндрическая камера распределения потока теплоносителя со свободно вращающимися в ней под действием теплоносителя насадками. Выходные концы насадок скошены, торцевые поверхности насадок, противоположные скошенному срезу, имеют кольцевую форму с диаметром, большим или равным диаметру камеры распределения теплоносителя. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки емкостей, содержащее подъемно-опускную полую штангу, в нижней части которой расположена цилиндрическая камера распределения потока теплоносителя с насадками на выходе для направления струи пара, выходные концы насадок выполнены скошенными, отличающееся тем, что насадки установлены с возможностью свободного вращения, торцевая поверхность насадка, противоположная скошенному срезу, имеет кольцевую форму диаметром, большим или равным внутреннему диаметру камеры распределения теплоносителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижний конец подъемно-опускной штанги соединен с цилиндрической камерой распределения теплоносителя тангенциально. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что торцевые крышки камеры выполнены с резьбой, направление вращения которой совпадает с направлением вращения пара в цилиндрической камере.