УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В РЕЗЕРВУАРЕ С НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ Российский патент 2004 года по МПК B01F15/00 B01F7/00 

Изобретение относится к устройствам для размыва донных отложений/тяжелых парафинистых осадков механических примесей и т.п./, образовавшихся на дне вертикальных резервуаров с нефтью и/или/ нефтепродуктами, а также для перемешивания нефти и/или/ нефтепродуктов с целью предотвращения образования отложений, и может быть использовано в нефтяной промышленности.

Отложения необходимо удалять или предотвращать их образование для того, чтобы не уменьшалась полезная вместимость резервуара.

Устройствами, способными перемешивать объем нефти в резервуаре, являются мешалки или миксеры, устанавливаемые через люки-лазы на стенке резервуара в его первом поясе. Для эффективного размыва уже образовавшихся отложений необходимо создание лопастными винтами мешалок /миксеров/ направленной затопленной струи нефти. Для охвата всего дна резервуара струю следует перемещать, например, совершая ее угловой поворот. При нахождении струи в крайних угловых положениях масса жидкости в резервуаре приходит во вращение, что дополнительно способствует размыву отложений.

Известен миксер /1/, содержащий смесительный элемент, вал, один конец которого соединен со смесительным элементом, а другой - с приводом, элементы опоры и уплотнения вала: подшипники и вращающиеся затворы /уплотнения/, уплотняющий элемент между миксером и стенкой резервуара.

Известен смеситель жидкостей /2/, присоединяемый к стенке резервуара/прототип/. Устройство содержит опорный корпус с возможностью соединения устройства со стенкой резервуара, удлиненный вал, один конец которого проходит в резервуар, а другой соединен с приводом, смесительный элемент /лопастной винт/, соединенный о проходящим в резервуар концом вала, средства опоры /подшипники/ и уплотнения вала, средства экранирования между опорным корпусом и полостью резервуара для избежания утечки жидкости из резервуара.

Недостатком устройств /1/ и /2/ является то, что их зона воздействия на донные отложения и на массу жидкости в резервуаре мала, к тому же они не создают кругового движения всей массы жидкости в резервуаре, способствующего более эффективному размыву донных отложений.

Задачей изобретения является расширение арсенала мешалок /миксеров/, используемых для резервуаров с нефтью и нефтепродуктами, путем создания устройства с расширенной зоной охвата резервуара, с возможностью создания кругового движения всей массы жидкости, удобного при монтаже, настройке, обслуживании.

Эта задача решается введением в состав устройства редуктора и кривошипно-рычажного механизма, предназначенных для углового поворота вала с гребным винтом в горизонтальной плоскости и обеспечивающих бесконечное циклическое движение вала в пределах заданного угла поворота, при этом выполнение редуктора позволяет прекращать угловой поворот вала при необходимости в процессе работы или обслуживания устройства.

Как и прототип заявляемое устройство содержит опорный корпус с элементом присоединения устройства к стенке резервуара, вал, один конец которого соединен посредством передачи с двигателем, а другой с закрепленным на нем гребным винтом проходит в резервуар, элементы опоры и уплотнения вала относительно опорного корпуса, герметизирующую часть между опорным корпусом и полостью резервуара.

В отличие от прототипа для автоматического циклического углового поворота вала в горизонтальной плоскости устройство дополнительно включает надетый на вал внутри опорного корпуса редуктор, входное звено которого соединено с валом, наружное звено зафиксировано от вращения вокруг оси вала, а на выходном звене установлена подшипниковая опора под углом к оси вала, равным максимальному углу поворота вала в горизонтальной плоскости, из наружной обоймы которой выступает палец, проходящий через паз в опорном корпусе, а также стержень, шарнирно соединенный с пальцем и с элементом присоединения устройства к стенке резервуара.

Наружное звено редуктора может быть выполнено с возможностью фиксации в разных положениях вокруг оси вала.

Устройство изображено на фиг. 1 и 2 со следующими обозначениями:
1 - опорный корпус, 2 - элемент присоединения устройства к стенке резервуара, 3 - вал, 4 - передача, 5 - двигатель, 6 - гребной винт, 7 - элементы опоры и уплотнения вала 3 относительно опорного корпуса 1, 8 - герметизирующая часть между опорным корпусом 1 и полостью резервуара, 9 - редуктор, 10 - входное звено редуктора 9, 11 - наружное звено редуктора 9, 12 - выходное звено редуктора 9, 13 - подшипниковая опора, 14 - палец, 15 - паз в опорном корпусе, 16 - стержень, 17 - подшипник, 18 - тела качения, 19 - обойма наружного звена 11, 20 - фиксатор.

Опорный корпус 1 /фиг.1, 2/ снабжен элементом 2 присоединения устройства к стенке резервуара. Зал 3 расположен в опорном корпусе 1. Один конец вала 3 соединен с передачей 4 и двигателем 5. На другом конце вала 3 закреплен гребной винт 6. Этот конец вала 3 с закрепленным на нем гребным винтом 6 проходит в резервуар. Вал 3 имеет элементы опоры и уплотнения 7 относительно опорного корпуса 1. Между опорным корпусом 1 и полостью резервуара находится герметизирующая часть 8.

Для углового поворота вала 3 в горизонтальной плоскости устройство содержит редуктор 9. Редуктор 9 может быть, например, волновым, с промежуточными телами качения, планетарным и т.п. Редуктор 9 надет на вал 3 внутри опорного корпуса 1. Редуктор 9 производит отбор движения с вала 3, для чего его входное звено 10 соединено с валом 3. Наружное звено 11 редуктора 9 зафиксировано от вращения вокруг оси вала 3, то есть закреплено в определенном положении каким-нибудь фиксатором /штифтом, шпонкой и т.п./. На выходном звене 12 редуктора 9 установлена подшипниковая опора 13 под углом к оси вала 3. Этот угол равен максимальному углу поворота вала 3 в горизонтальной плоскости. Из наружной обоймы подшипниковой опоры 13 выступает палец 14, который проходит через паз 15 в опорном корпусе 1. C пальцем 14 и с элементом присоединения устройства к стенке резервуара, например с присоединительным фланцем, шарнирно соединен стержень 16.

Наружное звено 11 редуктора 9 может быть выполнено с возможностью фиксации в разных положениях вокруг вала 3.

Устройство работает следующим образом. При включении двигателя 5 вал 3 с гребным винтом 6 посредством передачи 4 приходит во вращение.

В нижнем поясе резервуара с нефтью за счет вращения гребного винта 6 создают направленную затопленную струю нефти, обладающую размывающим отложения эффектом/скорость движения частичек нефти более 0,5 м/с/ и простирающуюся на расстояние примерно равное диаметру резервуара РВС 20000 /резервуар вертикальный стальной, объемом 20000 м³, диаметром 40 м/.

Редуктор 9 углового поворота вала 3 в горизонтальной плоскости, приводимый в движение от вала 3, уменьшает угловую скорость движения на своем выходном звене 12 до необходимой для углового поворота вала 3. Движение от выходного звена 12 редуктора 9 углового поворота вала 3 передается подшипниковой опоре 13, установленной под углом к оси вала 3. Наружная обойма подшипниковой опоры 13 и выступающий из нее палец 14 совершают возвратно-поступательное движение по направляющим в виде паза 15 в опорном корпусе 1 /возвратно-поступательное движение по замкнутой восьмерке/. Палец 14 передает возвратно-поступательное движение шарнирно связанному с ним стержню 16, который шарнирно соединен с элементом 2 присоединения устройства к стенке резервуара. Взаимодействие редуктора 9, надетого на вал 3, подшипниковой опоры 13, пальца 14, перемещающегося в пределах паза 15, и стержня 16, шарнирно соединенного с элементом 2 присоединения устройства к стенке резервуара, создает рычаг, поворачивающий вал 3 с гребным винтом 6 на угол, равный углу наклона подшипниковой опоры 13 к оси вала 3. Наружное звено 11 при работе устройства с угловым поворотом вала 3 в горизонтальной плоскости зафиксировано от вращения вокруг вала 3. Однако в некоторых случаях необходимо остановить угловое перемещение направленной затопленной струи и сосредоточить ее в течение продолжительного времени на размыв отложений в каком-то определенном месте дна резервуара. Это можно осуществить, расфиксировав наружное звено 11. Тогда наружное звено 11 редуктора 9 становится выходным, причем не связанным с кривошипно-рычажным механизмом углового поворота вала 3, то есть с подшипниковой опорой 13, пальцем 14, стержнем 16 и т.д. Угловой поворот вала 3 прекращается. Но вал 3 с гребным винтом 6 продолжает вращаться и создает направленную затопленную струю нефти, воздействующую на определенный участок дна резервуара.

Устройство выполнено с возможностью фиксации и расфиксации наружного звена 11 еще и для удобства монтажа, настройки и обслуживания устройства. Расфиксировав наружное звено 11, можно быстро и удобно, вручную, при выключенном двигателе установить вал 3 с гребным винтом 6 в нужном положении в резервуаре, проверить максимальный угол поворота вала 3 с гребным винтом 6 и правильность движения составных элементов кривошипно-рычажного механизма поворота вала 3 и т.п.

Кроме того, в резервуарах большой емкости бывает недостаточно одного устройства. Например, установлено, что резервуар емкостью 50000 м³ следует оснастить двумя устройствами. В этом случае создание наиболее эффективного для размыва отложений кругового вращения всей массы нефти достигается установкой этих устройств на противоположных стенках резервуара и их работой в противофазе, то есть их угловое движение в горизонтальной плоскости должно происходить в противоположные стороны. Для обеспечения удобной и быстрой фазировки нескольких устройств расфиксируют наружное звено 11 устройств, устанавливают вал 3 с гребным винтом 6 в нужном угловом положении в резервуаре, после этого фиксируют наружное звено 11 от вращения вокруг оси вала 3 в таком положении в опорном корпусе 1, которое соответствует нужному угловому положению вала 3, и включают двигатель 5. Положение расфиксированного наружного звена 11 при разных углах поворота вала 3 разное вокруг оси вала 3, поэтому для целей монтажа, настройки, обслуживания взаимной фазировки наружное звено 11 редуктора 9 можно выполнить с возможностью его фиксации в разных положениях вокруг оси вала 3. В таком случае вращающееся вместе с валом 3 расфиксированное наружное звено 11 после монтажа или настройки может быть зафиксировано в любом положении относительно центра вращения вала 3 в опорном корпусе 1.

Пример конкретного исполнения
Конкретное исполнение устройства включает редуктор 9 углового поворота вала 3 в горизонтальной плоскости, выполненный следующим образом /фиг.2/.

На эксцентриковой шейке входного звена 10 редуктора 9, надетого на вал 3, установлен подшипник 17. По наружному кольцу подшипника 17 расположены тела качения 18, разделенные сепаратором 19. Тела качения 18 окружены наружным звеном 11 редуктора 9, выполненным в виде венца, по внутренней поверхности которого имеются профильные впадины /на фиг.2 не показаны/, расположенные так, что они контактируют с телами качения 18. Число внутренних профильных впадин наружного звена 11 на 1 больше числа тел качения 18. Наружное звено 11 редуктора 9 помещено в обойму 19 с отверстием для установки фиксатора 11, который закреплен от вращения вокруг оси вала 3 в пазу 15 опорного корпуса 1, в результате чего наружное звено 11 фиксируется от вращения вокруг оси вала 3. Выходным звеном 12 редуктора 9 является сепаратор тел качения 18, на котором установлена подшипниковая опора 13.

Устройство в данном конкретном исполнении работает следующим образом. Вращение с вала 3 передается на входное звено 10 редуктора 9 и подшипник 17, установленный на эксцентриковой шейке входного звена 10. Подшипник 17 совершает планетарное движение относительно оси вращения вала 3, а его наружное кольцо, контактируя с телами качения 18, поступательно перемещает их в пазах сепаратора, являющегося в данном конкретном исполнении устройства выходным звеном 12 редуктора 9. Одновременно с поступательным перемещением тела качения 18 обкатываются по внутренним профильным впадинам наружного звена 11, зафиксированного от вращения вокруг оси вала 3 с помощью фиксатора 20, установленного в отверстии обоймы 19 и удерживаемого от вращения в пазу 15. За счет разницы количества тел качения 18 и внутренних профильных впадин наружного звена 11 в процессе обката происходит поворот выходного звена 12, а именно сепаратора.

За один оборот вала 3 каждое тело качения 18 обкатывает половину поверхности, соответствующей профильной впадине наружного звена 11. Конкретное исполнение устройства содержит редуктор 9 с четырьмя ступенями, в каждую из которых входит 23 тела качения, число которых равно передаточному числу одной ступени. Общее передаточное число редуктора составляет 279841, при этом время поворота устройства в пределах 60 угл.град. составляет 3,5-5 ч в зависимости от исполнения устройства. Продолжительное время углового поворота вала 3 обуславливает долгое воздействие направленной затопленной струи и качественный размыв донных отложений.

Принцип работы последующих ступеней аналогичен принципу работы одной ступени, при этом сепаратор тел качения 18 предыдущей ступени снабжен эксцентриковой шейкой, на которой установлен подшипник 17 последующей ступени.

Для исключения углового поворота вала 3 в горизонтальной плоскости вынимают фиксатор 20 из отверстия обоймы 19. При этом наружное звено 11 становится выходным в редукторе 9. Наружное звено 11 не связано с кривошипно-рычажным механизмом углового поворота вала 3. Угловой поворот вала 3 прекращается.

Для удобства монтажа, настройки, фазировки устройства обойма 19 венца, являющегося в данном исполнении устройства наружным звеном 11, снабжена двенадцатью отверстиями для установки фиксатора 11, расположенными по окружности наружного звена 11 через 30 угл. град.

Тогда после установки вала 3 с гребным винтом 6 в нужном угловом положении, вручную, при выключенном двигателе вставляют фиксатор 20 через паз 15 в то отверстие на обойме 19 наружного звена 11 /венца/, которое оказалось при данном угловом положении вала 3 напротив паза 15. Тем самым фиксируют наружное звено 11 /венец/ в нужном положении относительно центра вращения вала 3 в опорном корпусе 1.

Таким образом, заявляемое устройство обладает широкой зоной охвата резервуара, длительным непрерывным воздействием на донные отложения и всю массу нефти и/или/ нефтепродуктов за счет автоматического, циклического углового поворота вала с гребным винтом в горизонтальной плоскости. Автоматическое выполнение смены направления движения вала с гребным винтом в пределах заданного максимального угла поворота не требует установки конечных выключателей и отключения устройства при подходе вала в крайнее угловое положение, делая устройство надежнее и удобнее в обслуживании и работе. Простота исключения автоматического углового поворота вала делает устройство удобным при монтаже, настройке и обслуживании, а также при фазировке двух и более устройств, находящихся в резервуаре, которая требуется для создания устройствами кругового движения всей массы нефти, эффективно действующего при размыве донных отложений.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Патент 1444905, Великобритания, В 01 F 15/00, В 01 F 13/04.

2. Патент 5040899, США, В 01 F 7/00.

Изобретение относится к устройствам для размыва донных отложений, образовавшихся на дне вертикальных резервуаров с нефтью и нефтепродуктами, а также для перемешивания нефти и нефтепродуктов с целью предотвращения образования отложений, и может быть использовано в нефтяной промышленности. Устройство содержит опорный корпус с элементом присоединения устройства к стенке резервуара, вал, один конец которого соединен посредством передачи с двигателем, а другой с закрепленным на нем гребным винтом проходит в резервуар, элементы опоры и уплотнения вала относительно опорного корпуса, герметизирующую часть между опорным корпусом и полостью резервуара. Устройство может совершать автоматический, циклический угловой поворот вала в горизонтальной плоскости. Для этого оно содержит надетый на вал внутри опорного корпуса редуктор, входное звено которого соединено с валом, наружное звено зафиксировано от вращения вокруг оси вала, а на выходном звене установлена подшипниковая опора под углом к оси вала, равным максимальному углу поворота вала в горизонтальной плоскости, из наружной обоймы которой выступает палец, проходящий через паз в опорном корпусе, стержень, шарнирно соединенный с пальцем и с элементом присоединения устройства к стенке резервуара. Устройство может содержать наружное звено редуктора углового поворота вала, выполненное с возможностью фиксации в разных положениях вокруг оси вала. Устройство обладает широкой зоной охвата резервуара и длительным непрерывным воздействием на донные отложения и всю массу нефти. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью и нефтепродуктами, содержащее опорный корпус с элементом присоединения устройства к стенке резервуара, вал, один конец которого соединен посредством передачи с двигателем, а другой с закрепленным на нем гребным винтом проходит в резервуар, элементы опоры и уплотнения вала относительно опорного корпуса, герметизирующую часть между опорным корпусом и полостью резервуара, отличающееся тем, что для автоматического, циклического углового поворота вала в горизонтальной плоскости оно дополнительно включает надетый на вал внутри опорного корпуса редуктор, входное звено которого соединено с валом, наружное звено зафиксировано от вращения вокруг оси вала, а на выходном звене установлена подшипниковая опора под углом к оси вала, равным максимальному углу поворота вала в горизонтальной плоскости, из наружной обоймы которой выступает палец, проходящий через паз в опорном корпусе, стержень, шарнирно соединенный с пальцем и с элементом присоединения устройства к стенке резервуара.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружное звено редуктора выполнено с возможностью фиксации в разных положениях вокруг оси вала.