устройство для перемешивания нефти и нефтепродуктов и размыва их осадка в резервуаре

Формула изобретения

Устройство для перемешивания нефти и нефтепродуктов и размыва их осадков в резервуаре, содержащее корпус, в котором расположен вал с винтовыми лопастями на конце, элементы герметичного присоединения вала в отверстии резервуара, механизм вращательного движения вала, а для углового движения вала в горизонтальной плоскости одно- или многоступенчатый редуктор и кривошипный механизм, причем входное звено редуктора соединено с валом, а выходное - с кривошипным механизмом, шарнирно присоединенным к резервуару, отличающееся тем, что кривошипный механизм содержит установленный соосно на валу кривошип, шатун в виде надетого на кривошип наклонно к оси вращения кривошипа и опирающегося на подшипник обода и выступающего из него пальца, при этом палец шарнирно связан с одним концом шарнирно смонтированной на резервуаре тяги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для перемешивания нефти и нефтепродуктов, а также размыва их осадка в резервуаре для хранения нефти. Изобретение может быть использовано не только в нефтяной промышленности, но и в химической и других отраслях, где применяют резервуары для хранения жидкости с возможным выпадением из нее осадка.

В процессе эксплуатации резервуаров для хранения нефти в их донной части образуются осадки, которые состоят из механических частиц, парафинов, битумов, смол, асфальтенов. Если не предпринимать меры для предотвращения образования донных осадков и своевременно их не удалять, то при многолетней эксплуатации резервуара осадки могут достигнуть до 15% от его объема, что снижает полезную вместимость резервуара и приводит к коррозионному разрушению днища. Одной из таких мер может служить проведение перемешивания нефти внутри резервуара, причем перемешивание подразумевает формирование направленного потока нефти, меняющего свое направление и вовлекающего в интенсивное движение как можно больший объем нефти. Таким образом, происходит предотвращение выпадения осадков, размыва накопившихся осадков и их гомогенизация в объеме нефти. Перемешанные и растворенные в нефти осадки не ухудшают ее товарных свойств и транспортируются потребителям, принося выгоду за счет исключения технологических потерь тяжелых фракций нефти.

Известные устройства для перемешивания нефти могут содержать два типа лопастных винтов (Журнал “Трубопроводный транспорт нефти”. Приложение. №12, 2001 г. Издательство ООО “Транспресс”, с.2, столбец 3):

1) те, что создают короткую расширяющуюся струю с большой опорной площадью и малой скоростью, которая приводит в турбулентное движение весь объем нефти,

2) те, что создают длинную узконаправленную струю. Такая струя в меньшей степени перемешивает объем нефти, но размывает донные осадки, накопленные за годы и превратившиеся в плотную трудноразделимую массу. Для получения же интенсивного перемешивания длинную узконаправленную струю следует медленно перемешать в горизонтальной плоскости.

Известно устройство (Паспорт “Мешалка”.НХ 63.00.000 ПС. Государственный ракетный центр “КБ им. Академика В.П. Макеева”, г. Миас, 1997 г.), содержащее корпус, вал с винтовыми лопастями на конце, элементы герметичного присоединения вала в отверстии резервуара, механизм вращательного движения вала. Угловое движение вала в горизонтальной плоскости обеспечивается вручную посредством кронштейна, соединенного через шарнирный узел со стенкой резервуара.

Недостатком этого устройства является ручной привод, делающий его неудобным в эксплуатации и зависящим от человеческого фактора, кроме того, ручной привод не обеспечивает точное и плавное угловое перемещение вала.

Известно устройство (Рекламный проспект фирмы Jensen mixer. Inc. (США). Миксеры VA/Vari Angle типа 605, 620, 650, 680 VA, с.15, 16, 1996г.), выбранное за прототип и содержащее корпус, вал с винтовыми лопастями на конце, элементы герметичного присоединения вала в отверстии резервуара, механизм вращательного движения вала. Механизм углового движения вала выполнен в виде одно- или многоступенчатого червячного редуктора и кривошипного механизма. Червячный редуктор установлен рядом с валом и присоединен к нему с помощью тросовой передачи. Выходной конец червячного редуктора соединен с кривошипным механизмом, а тот - шарнирно - с резервуаром.

Недостатком этого устройства являются относительно быстрый износ, невысокий кпд, большие размеры при передаче высоких нагрузок механизма углового движения вала в горизонтальной плоскости. Тросовая передача этого механизма плохо работает при низких температурах окружающей среды, не обеспечивает плавное угловое движение вала.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности, износостойкости, точности, кпд и плавности передачи механизма углового движения вала в горизонтальной плоскости, а следовательно, всего устройства в целом.

Данная задача может быть решена за счет оптимизации состава применяемых в устройстве механизмов и их взаимного расположения.

Как и прототип, заявляемое устройство для перемешивания нефти и нефтепродуктов и размыва их осадка в резервуаре содержит корпус, в котором расположен вал с винтовыми лопастями на конце, элементы герметичного присоединения вала в отверстии резервуара, механизм вращательного движения вала, а для углового движения вала в горизонтальной плоскости - одно- или многоступенчатый редуктор и кривошипный механизм, причем входное звено редуктора соединено с валом, а выходное звено - с кривошипным механизмом, шарнирно присоединенным к резервуару.

В отличие от прототипа редуктор выполнен волновым и установлен соосно на валу.

Кривошипный механизм может содержать также установленный соосно на валу кривошип, шатун в виде надетого на кривошип наклонно к оси вращения кривошипа и опирающегося на подшипник обода и выступающего из него пальца, при этом палец шарнирно связан с одним концом шарнирно смонтированной на резервуаре тяги.

Волновой редуктор может содержать в центре генератор в виде эксцентрика, опоясанного сепаратором, тела качения которого взаимодействуют с зубьями, выполненными как вогнутые участки по окружности внутренней поверхности расположенного сверху них жесткого колеса.

Устройство изображено на фиг.1, 2 со следующими обозначениями: 1 - корпус; 2 - вал; 3 - винтовые лопасти на конце вала 2; 4 - элементы герметичного присоединения вала в отверстии резервуара 5; 5 - резервуар; 6 - механизм вращательного движения вала; 7 - волновой редуктор; 8 - кривошипный механизм; 9 - кривошип; 10 - шатун; 11 - подшипник шатуна; 12 - палец; 13 - тяга; 14 - генератор; 15 - сепаратор; 16 - тела качения; 17 - зубья; 18 - жесткое колесо.

В корпусе 1 расположены вал 2 с винтовыми лопастями 3 на конце и элементами 4 герметичного присоединения вала 2 в отверстии резервуара 5. Для обеспечения вращательного движения вала 2 устройство содержит механизм вращательного движения 6, а для его углового движения в горизонтальной плоскости - одно- или многоступенчатый волновой редуктор 7, установленный на валу 2, и кривошипный механизм 8. Входное звено волнового редуктора 7 соединено с валом 2. Выходное звено волнового редуктора 7 соединено с кривошипным механизмом 8, который, в свою очередь, шарнирно присоединен к резервуару 5.

Кривошипный механизм 8 может содержать кривошип 9, который установлен на валу 2 соосно с ним. Кривошип 9 подвижно соединен с шатуном 10 через подшипник 11. Шатун 10 выполнен в виде обода, который надет на кривошип 9 наклонно к оси вращения кривошипа 9. Обод шатуна 10 опирается на подшипник 11. Из кривошипа 9 выступает палец 12, который шарнирно связан с тягой 13. Тяга 13, в свою очередь, шарнирно смонтирована на резервуаре 5.

Волновой редуктор 7 может быть выполнен следующим образом.

В центре волнового редуктора 7 находится генератор 14 в виде эксцентрика (фиг.2). Генератор 14 опоясан сепаратором 15. В сепараторе 15 расположены тела качения 16, которые взаимодействуют с зубьями 17 находящегося сверху них колеса 18. Зубья 17 выполнены как вогнутые участки по окружности внутренней поверхности колеса 18.

Устройство работает следующим образом.

Включают механизм вращательного движения 6 вала 2. Механизм вращательного движения 6 приводит в действие одно- или многоступенчатый волновой редуктор 7, установленный соосно на валу 2 и чье входное звено соединено с валом 2. Волновой редуктор 7, связанный с кривошипным механизмом 8, воздействует на него. Последний передвигает соединенный с ним вал 2 под углом в горизонтальной плоскости.

Так как волновой редуктор 7 по сравнению с редуктором прототипа способен передавать более высокие нагрузки при сравнительно небольших размерах передачи, имеет более высокий кпд и износостойкость, то в результате повышается надежность, износостойкость и кпд устройства в целом.

Если устройство снабжено кривошипным механизмом 8, выполненным с шатуном 10 в виде обода, то он работает в устройстве следующим образом. Волновой редуктор 7 приводит во вращение кривошип 9, который поступательно передвигает шатун 10 с пальцем 12. Палец 12 взаимодействует с тягой 13. Тяга 13 двигает вал 2 под углом в горизонтальной плоскости.

Если устройство снабжено волновым редуктором 7, содержащим в центре генератор 14 в виде эксцентрика, то волновой редуктор 7 работает в устройстве следующим образом. Генератор-эксцентрик 14 при своем вращении воздействует на тело качения 16 и за счет эксцентриситета перемещает тело качения 16 по пазу в сепараторе 15. При этом тело качения 16 упирается в вогнутый участок /зуб/ 17 жесткого колеса 18 и приводит его во вращение. За один поворот генератора-эксцентрика 14 жесткое колесо 18 поворачивается на один зуб 17. От жесткого колеса 18 кривошипному механизму 8 передают движение непосредственно /при одноступенчатом волновом редукторе/ или через систему волновых редукторов/ при многоступенчатом волновом редукторе/.

Данная конструкция волнового редуктора 7 позволяет еще больше увеличить в устройстве точность передачи, ее кпд (до 0,98), достичь плавности хода вала 2 и максимального передаточного отношения /до 256 тыс./. Последнее обеспечивает предельно медленное передвижение вала 2 в горизонтальной плоскости, не нарушающее движение потока большого объема нефти при перемешивании и плавное изменение его направления.

Заявляемое устройство было испытано на стальном вертикальном резервуаре полезной вместимости 20000 м³, выводимом в ремонт. Перед началом работы устройства объем осадков составлял 1032 м³, а в конце работы по истечении 96 часов объем осадков уменьшился примерно до 98 м³, то есть размытый объем осадка составил 90%, причем окончательному размыву осадка помешали лишь трубопроводы прежней системы размыва осадков.

Применение устройства является, во-первых, экологически выгодным, так как размытый донный осадок перемешивается с нефтью и откачивается в нефтепровод, а не попадает в окружающую среду, во-вторых, экономически выгодным, так как не происходит потерь тяжелых фракций нефти при удалении осадков, нет затрат на утилизацию удаленных осадков, уменьшается стоимость капитального ремонта резервуара, а стоимость самого заявляемого устройства ниже стоимости прототипа примерно на 200 тыс. руб. /модель Jensen 620 VA/25/39 фирмы Jensen mixer, inc. /США/ - 704,5 тыс. руб., заявляемое устройство - 554,2 тыс. руб./.