УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2001 года по МПК B01D21/26 

Изобретение относится к очистке жидкостей от механических примесей, в частности к устройствам для очистки буровых растворов.

Известен блок для очистки бурового раствора, содержащий установленные на одной общей раме и последовательно взаимосвязанные в технологической цепочке очистительные устройства, образующие ступень предварительной очистки с фильтрующим устройством, которое посредством желоба связано с блоком гидроциклона, образующего ступень тонкой очистки, при этом ступень предварительной очистки имеет отстойник, внутренний объем которого разделен на высоту отстойной части продольной сплошной и двумя поперечными сетчатыми перегородками, а первая и последняя секции его имеют приемный и сливной карманы, последний из которых желобом соединен с фильтрующим устройством, выполненным в виде вращающегося барабана, а система связывающих желобов выполнена в виде общего желоба, объединяющего между собой все очистительные устройства и снабженного отводами к каждому из них, причем система снабжена перепускными окнами с шиберами с обеспечением возможности включения обеих или каждой по отдельности ступеней [1].

Установка блока на единой раме с телескопическими стойками позволила упростить наладку и обслуживание блока при эксплуатации, вместе с тем, последовательная технологическая цепочка очистительных устройств предопределила сохранение высокой металлоемкости блока, а ручное управление каждым из них - большую трудоемкость в эксплуатации, значительным осталось и энергопотребление ступенями очистки.

Известен отстойник для осаждения и обезвоживания шламов, содержащий клиновидный в сечении корпус, на противоположных стенках которого установлены узлы ввода исходной суспензии и вывода осветленной жидкости, шнек для вывода осадка, расположенный в нижней части корпуса. Повышение эффективности работы отстойника при осаждении мелкодисперсных, склонных к агрегированию шламов обеспечено тем, что он снабжен парой наклонных перегородок, образующих в отстойнике три клиновидные зоны и выполненных с отверстиями в верхней части в виде открытых сверху окон, причем отверстия выполнены у торцов, противоположных вводу шлама в зоны, а угол наклона боковых сторон корпуса к вертикали не превышает 30^o [2].

Увеличение траектории движения только верхнего слоя жидкости и придание потоку однонаправленного ламинарного характера течения способствуют более полному и последовательному осаждению твердой фазы в отстойнике, вместе с тем его производительность напрямую связана с металлоемкостью устройства. Кроме того, процесс очистки не управляем по объему очищаемой жидкости и вязкости шлама, так как в отстойнике отсутствуют необходимые для этого технические средства.

Известно устройство для очистки жидкости от механических примесей, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, патрубок ввода очищаемой жидкости, выполненный в верхней части корпуса, патрубок сброса механических примесей в емкость для их сбора, выполненный под конусным днищем корпуса, полую ось, установленную по продольной оси корпуса, узел активации очищаемой жидкости, выполненный в виде крыльчатки, жестко соединенной с наружной поверхностью полой оси, узел принудительного вывода очищенной жидкости, жестко связанный с полостью этой оси, единый привод вращения обоих указанных последних узлов, вал которого жестко связан с концом полой оси, патрубок вывода очищенной жидкости, установленный на крышке корпуса и соединенный одним своим концом с обращенным к крышке концом полой оси [3] . Устройство наиболее близко к изобретению по совокупности существенных признаков и принято в качестве прототипа.

В устройстве обеспечена достаточно высокая последовательная очистка жидкости, вместе с тем эффективность очистки, как и в устройстве по [2], зависит от вязкости осаждаемого осадка. Кроме того, в устройстве процесс вывода примесей из корпуса имеет неуправляемый характер, так как скорость их вывода не регулируется, ввиду отсутствия в устройстве необходимых для этого технических средств.

Задача изобретения состоит в создании устройства для очистки жидкости от механических примесей, в котором процессы очистки жидкости и ее отвода были бы максимально совмещены во времени, степень очистки жидкости при этом не зависила бы от размеров частиц и вязкости механических примесей, а процесс вывода примесей из устройства осуществлялся бы с регулируемой скоростью вывода.

Задача решается тем, что в устройстве для очистки жидкости от механических примесей, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, патрубок ввода очищаемой жидкости, выполненный в верхней части корпуса, патрубок сброса механических примесей в емкость для их сбора, выполненный под конусным днищем корпуса, полую ось, установленную по продольной оси корпуса, узел активации очищаемой жидкости, выполненный в виде крыльчатки, жестко соединенной с наружной поверхностью полой оси, узел принудительного вывода очищенной жидкости, жестко связанный с полостью этой оси, единый привод вращения обоих указанных последних узлов, вал которого жестко связан с концом полой оси, патрубок вывода очищенной жидкости, установленный на крышке корпуса и соединенный одним своим концом с обращенным к крышке концом полой оси, согласно изобретению лопасти крыльчатки выполнены из упругого материала и имеют длину, соизмеримую с длиной полой оси, а патрубок сброса механических примесей снабжен подвижным шнеком и поворотной заслонкой с узлом регулирования силы ее открывания.

Целесообразно в качестве упругого материала лопастей использовать резину.

Целесообразно лопасти выполнить с переменной по высоте жесткостью, уменьшаемой от основания к вершине лопасти.

Целесообразно узел принудительного вывода очищенной жидкости выполнить в виде жестко связанной с полостью перфорированной оси обоймы и жестко связанного с концом пропущенного через отверстие в стенке патрубка вала привода вращения кольца, при этом обойму жестко соединить с кольцом при помощи радиально установленных лопастей, предназначенных для отбора очищенной жидкости из полости оси.

Целесообразно также снабдить устройство рамой, а шнек - поворотной заслонкой с узлом регулирования силы ее открывания и приводом вращения шнека, жестко связанным с рамой.

Целесообразно крышку корпуса снабдить стойкой с подшипниковым узлом, а привод вращения системы "полая перфорированная ось - узел активации - узел принудительного вывода жидкости" жестко связать со стойкой.

Целесообразно узел регулирования силы открывания заслонки шнека выполнить в виде жестко связанного с заслонкой стержня с резьбовым поясом и противовеса, установленного с возможностью перемещения по резьбе стержня.

При использовании изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в:
- резком, по меньшей мере в 8-10 раз, повышении производительности устройства при одновременном улучшении качества очистки жидкости независимо от состава и консистенции механических примесей, что обусловлено отбрасыванием последних к стенкам цилиндрического корпуса при закручивании поступающего в него потока исходной жидкости с помощью узла активации и одновременном отборе образовавшегося в полости оси столба чистой жидкости с помощью узла ее принудительного вывода через крышку устройства;
- снижении веса устройства и энергопотребления при его эксплуатации, что обусловлено использованием маломощного электропривода для закручивания очищаемого потока жидкости и периодическим включением привода шнека для удаления шлама, а также компактностью рамы для монтажа устройства;
- возможности регулирования и управления процессом очистки в соответствии с вязкостью поступающей в устройство жидкости, что обусловлено возможностью регулирования числа оборотов полой перфорированной оси с помощью электропривода.

Другие преимущества заявляемого изобретения будут видны из описания и чертежей, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство для очистки жидкости от механических примесей содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с герметично установленной на нем крышкой 2 и конусным днищем 3, которое посредством патрубка 4 сброса механических примесей соединено с подвижным шнеком 5, установленным в емкости для сбора примесей (не показана) и снабженным поворотной заслонкой 6, на которой жестко закреплен узел регулирования силы ее открывания, включающий резьбовой стержень 7 с установленным на его резьбе противовесом 8. Привод 9 шнека 5 и корпус 1 установлены на раме 10 устройства, а патрубок 11 вывода очищенной жидкости установлен на крышке 2 так, что его свободный конец пропущен через крышку, а геометрическая ось этого конца патрубка совмещена с геометрической продольной осью 12 корпуса 1, по которой в цилиндре корпуса установлена полая перфорированная ось 13, с наружной поверхностью которой жестко связан узел 14 активации очищаемой жидкости, а в полости которой жестко закреплен узел 15 принудительного вывода очищенной жидкости за пределы устройства. Узел 14 может быть выполнен в виде равномерно распределенных по периметру оси 13 лопастей 15 (фиг. 2), длина которых практически совпадает с длиной оси, а жесткость которых уменьшается от основания лопасти к ее вершине. Узел 15 может быть выполнен в виде жестко связанной с полостью 16 оси 13 обоймы 17 (фиг. 3) и внутреннего кольца 18, жестко связанных друг с другом при помощи лопастей 19, предназначенных для отбора очищенной жидкости из полости перфорированной оси. Узлы 14 и 15 имеют единый привод 20 вращения, жестко закрепленный на стойке 21 крышки 2, вал 22 этого привода через сальниковое устройство 23 пропущен в полость патрубка 11, установлен в жестко закрепленном внутри патрубка подшипниковом узле 24 и своим свободным концом жестко связан с кольцом 18 узла 15.

Устройство работает следующим образом. Поток очищаемой жидкости по патрубку 25 подается в корпус 1, где при включении привода 20 под воздействием узла 14 активации подвергается интенсивному закручиванию вокруг продольной оси 12. Все механические примеси при этом за счет центробежных сил, независимо от размеров и удельного веса, постоянно отбрасываются к стенке полости корпуса 1, одновременно в полости 16 оси 13 образуется столб очищенной жидкости, которая под воздействием узла 15 интенсивно выводится по патрубку 11 за пределы устройства, а перфорация 26 оси 13 способствует перемещению осадка на днище 3. Накопленный в процессе работы устройства осадочный слой под собственным весом перемещается воль стенок полости корпуса 1 к конусному днищу 3 и через патрубок 4 к шнеку 5, силу открывания заслонки 6 относительно оси 27 которого регулируют следующим образом:
- при повышенной вязкости осадка противовес 8 сближают со свободным концом стержня 7;
- при пониженной вязкости осадка противовес сближают с наружной поверхностью заслонки 6.

Таким образом, при включении привода 9 шнеком 5 осуществляется сброс осадка со скоростью, соответствующей параметрам исходной жидкости и условиям работы узла 14 по осаждению осадка на стенку полости корпуса 1.

Опытный образец устройства прошел всесторонние испытания по очистке бурового раствора. Устройство эффективно и с производительностью 50 л/сек выдавало очищенный раствор, который затем использовался в работе при бурении. Промышленное использование в составе оборудования нефтепромыслов запланировано с начала 2001 года.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Свидетельство Российской Федерации на полезную модельN 4918, кл B 01 D 21/00, 16.09.1997, БИ N 9.

2. Патент Российской Федерации N 2147455, кл. B 21 D 21/00, 20.04.2000, БИ N 11.

3. SU N 1310027, кл. B 04 C 5/12, опубл. 15.05.1987.

Изобретение относится к очистке жидкости от механических примесей, в частности к устройствам для очистки буровых растворов. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, которое посредством патрубка сброса механических примесей соединено с подвижным шнеком, снабженным поворотной заслонкой. Привод вращения шнека и корпус установлены на раме. Патрубок вывода очищенной жидкости установлен на крышке, его свободный конец охватывает обращенный к крышке корпуса конец полой перфорированной оси, несущей на наружной поверхности узел активации исходной жидкости. В полости этой оси жестко закреплен узел принудительного вывода очищенной жидкости за пределы корпуса. Лопасти крыльчатки выполнены из упругого материала и имеют длину, соизмеримую с длиной полой оси. Технический результат состоит в повышении степени очистки жидкости при любых размерах частиц и вязкости примесей. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки жидкости от механических примесей, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, патрубок ввода очищаемой жидкости, выполненный в верхней части корпуса, патрубок сброса механических примесей в емкость для их сбора, выполненный под конусным днищем корпуса, полую ось, установленную по продольной оси корпуса, узел активации очищаемой жидкости, выполненный в виде крыльчатки, жестко соединенной с наружной поверхностью полой оси, узел принудительного вывода очищенной жидкости, жестко связанный с полостью этой оси, единый привод вращения обоих указанных последних узлов, вал которого жестко связан с концом полой оси, патрубок вывода очищенной жидкости, установленный на крышке корпуса и соединенный одним своим концом с обращенным к крышке концом полой оси, отличающееся тем, что лопасти крыльчатки выполнены из упругого материала и имеют длину, соизмеримую с длиной полой оси, а патрубок сброса механических примесей снабжен подвижным шнеком и поворотной заслонкой с узлом регулирования силы ее открывания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве упругого материала лопастей использована резина. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что лопасти выполнены с переменной по высоте жесткостью, уменьшаемой от основания к вершине лопасти. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел принудительного вывода очищенной жидкости выполнен в виде жестко связанной с полостью перфорированной оси обоймы и жестко связанного с концом пропущенного через отверстие в стенке патрубка вала привода вращения кольца, при этом обойма жестко соединена с кольцом при помощи радиально установленных лопастей, предназначенных для отбора очищенной жидкости из полости оси. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено рамой, а шнек имеет привод вращения, жестко связанный с рамой. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка корпуса снабжена стойкой с подшипниковым узлом, а привод вращения системы узел принудительного вывода жидкости - полая перфорированная ось - узел активации жидкости жестко связан со стойкой. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что узел регулирования силы открывания заслонки шнека выполнен в виде жестко связанного с заслонкой стержня с резьбовым поясом и противовеса, установленного с возможностью перемещения по резьбе стержня.