УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для хранения сыпучих мелкодисперсных материалов, преимущественно цемента, и может быть использована как в наземном строительстве, так и в нефтегазодобывающей отрасли при проведении ремонтно-изоляционных работ и работ по креплению стволов скважин с использованием цемента и/или композиционных смесей на его основе.
Как известно [П.И.Юхневский, Г.Т.Широкий. Строительные материалы и изделия. Минск, УП «Технопринт», 2004, с.201 и 202], сыпучий материал типа цемента, то есть материал, мелкодисперсный (пылевидный), склонный к слеживанию и комкованию (агрегатированию) при хранении вследствие его гигроскопичности, как правило поставляется потребителям в герметичной таре с фасовкой единичной упаковки в количестве до полутора тонн [http://www.midships.ru/Handbook/characteristics/cement.html или http://www.cbi3.ru/articles/46.html], причем сроки и условия хранения сыпучего материала предполагают, скорейшее (незамедлительное) его использование, так как создание и содержание специализированных стационарных узлов хранения с последующей перегрузкой сыпучего материала на места производства работ значительно удорожает их итоговую стоимость, а зачастую наличие подобных узлов и/или складов просто нецелесообразно вследствие дефицита обустроенной территории и ограниченности трудовых ресурсов. Подобная ситуация особенно характерна на нефтегазовых месторождениях при их обустройстве, где строительство транспортной инфраструктуры (строительство внутрипромысловых дорог), как правило значительно отстает от плана-графика строительства и ввода скважин в эксплуатацию. Отметим, к тому же, что работы по креплению ствола скважины, то есть работы по цементированию обсадных колонн требуют оперативной и незамедлительной готовности цемента к использованию, а ожидание его доставки на скважину крайне нежелательно, как и заблаговременное складирование и перевалка (перекантовка) цемента по кустовой площадке, где по проекту может быть заложено размещение до двух и более десятков скважин.
Современный уровень техники для хранения и транспортировки сыпучих материалов может быть охарактеризован наличием в информационном поле, в том числе в базах нормативно-технической и патентной документации, следующих материалов [SU 113088 А1 01.01.1957, SU 140727 А1 01.01.1961, SU 151245 В63D1/00 1958, SU 327116 А1 01.01.1972, SU 427898 А1 15.05.1974, SU 436006 А1 15.07.1974, SU 572402 В65D45/00 1975, SU 996283 А1 15.02.1983, SU 1370009 А1 30.01.1988, SU 1500560 А1 15.08.1989, SU 1678707 А1 23.09.1991, SU 1757965 А1 30.08.1992, RU 2046082 С1 20.10.1996].
К недостаткам существующих конструкций можно отнести их узкоспециализированные функциональные возможности.
Известны также устройства для транспортировки и хранения сыпучих материалов, преимущественно цемента, называемые в нефтегазодобывающей отрасли смесительными установками [Нефтепромысловое оборудование. Справочник. М., Недра, 1990, с.202 и 203, 268…270], видимо по одной из их основных функций - функции дозируемой регулируемой подачи сухого цемента для приготовления тампонажного раствора. Эти установки вкупе с другой специализированной техникой являются одним из важнейших технологических звеньев по креплению стволов скважин. Однако для этих устройств не менее важны возможность доставки цемента своим ходом на место производства работ и функция хранения цемента в состоянии готовности к применению. Известные устройства содержат, как правило, мобильное основание с герметизированным бункером и узлами загрузки/разгрузки, причем разгрузка регулируется в определенном диапазоне производительности, а для интенсификации процесса и исключения неполного опорожнения бункера, он выполнен с наклонными стенками и днищем (донной частью) и может быть снабжен источником вибраций бункера или его отдельных частей.
К недостаткам известных устройств можно отнести как недостаточную для работ по креплению скважин транспортную грузовместимость, недостаточную для современных экологических требований оснащенность средствами защиты окружающей среды от цементной пыли, так и конструктивные решения узлов и элементов, допускающие необходимость и возможность дальнейшей оптимизации общей компоновки и улучшения условий управления устройством; то есть, требуется повышение потребительских свойств объекта.
Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является устройство УС5-30 [Нефтепромысловое оборудование: Справочник. М., Недра, 1990, с.271 и 272], содержащее мобильное основание с размещенными на нем герметизированными бункерами, ротационным компрессором, сепаратором и блоком управления, причем конструкцией устройства предусмотрены или гравитационная загрузка через верхние люки (то есть насыпанием), или вакуумная загрузка (то есть всасыванием цемента при создании разрежения в бункере), предусмотрен контроль количества продукции в бункере и регулируемая разгрузка цемента с псевдоожижением его путем подачи в бункер избыточного воздуха через аэроднище.
К недостаткам устройства-прототипа так же можно отнести уровень его потребительских свойств (недостаточную защищенность окружающей среды от цементной пыли, при этом управление процессами загрузки и разгрузки вынесено в заднюю часть конструкции и в полевых условиях эксплуатации не является комфортным для оператора).
Требуемый технический результат от заявляемого устройства, то есть цель и задача его создания - обеспечение более высоких потребительских свойств и более высокая защищенность окружающей среды и обслуживающего персонала от цементной пыли в сравнении с устройством-прототипом.
Задача устройства для хранения и транспортировки сыпучих материалов решена тем, что в известном объекте-прототипе, содержащем основание-раму с герметичным бункером, размещенным на шасси автомобиля повышенной проходимости, бункер снабжен люком-горловиной для гравитационного заполнения сыпучим материалом, содержит патрубки, сообщенные с полостью бункера для вакуумзагрузки, и, соответственно, для пневморазгрузки, компрессор с силовым приводом, распределитель сжатого воздуха в донной части полости бункера для аэрации и псевдоожижения сыпучего материала, а также вибратор стенок бункера, ориентированный по длине основания-рамы бункер выполнен со скошенными передней и задней стенками, стенки скошены к середине бункера в их нижней придонной части, патрубок пневморазгрузки в полости бункера выполнен в виде сифона со штатным зазором (Δ) входного торца патрубка относительно донной части бункера, бункер снабжен также патрубком вентиляции с фильтром-разделителем пылевоздушной смеси в верхней части бункера над псевдоожиженным сыпучим материалом, воздушный выход фильтра-разделителя сообщен линиями с компрессором или для создания в полости бункера разрежения при вакуумзагрузке сыпучего материала, или для создания избыточного давления в полости бункера при его пневморазгрузке, при этом бункер снабжен регуляторами-ограничителями избыточного давления и разрежения в его полости.
Заявляемое техническое решение соответствует «критериям» полезной модели, так как в общедоступных источниках информации не обнаружено сходных с ним (по совокупности существенных признаков и с такими же функциональными возможностями) технических решений, при этом промышленная применимость и реализация заявляемого технического решения несомненна и очевидна.
На фигуре 1 графических материалов приведен общий вид устройства для хранения и транспортировки сыпучих материалов, на фигуре 2 изображена схема реализации различных вариантов загрузки устройства сыпучим материалом, на фигуре 3 схема реализации различных вариантов разгрузки устройства.
Устройство для хранения и транспортировки сыпучих материалов содержит (см. фигуры 1-3), размещенные на шасси автомобиля повышенной проходимости (изображен, но отдельной позицией не обозначен), основание-раму 1 с герметизированным бункером 2, компрессором 3 с силовым приводом 4 от коробки 5 отбора мощности двигателя шасси, регулятор 6 избыточного давления и регулятор 7 разрежения в полости 8 бункера 2; герметизированный бункер 2 выполнен со скошенной передней 9 и задней 10 стенками, стенки 9 и 10 скошены к середине бункера 2 в их нижней придонной части; бункер 2 снабжен закрепленным на его стенке вибратором 11 интенсификации разгрузки материала, распределитель 12 воздуха в донной части для аэрации и псевдоожижения хранимого материала. Бункер 2 снабжен люком 13 для гравитационного заполнения сыпучим материалом, патрубком 14 пневморазгрузки, патрубком 15 вакуумзагрузки, патрубок 14 пневморазгрузки выполнен в полости 8 бункера в виде сифона 16 со штатным зазором (Δ) входного торца сифона 16 относительно донной части 17 бункера, патрубок 18 вентиляции, снабжен фильтром-разделителем 19.
Для повышения потребительских свойств, устройство снабжено быстросъемными заглушками и запорно-регулирующей арматурой на патрубках 14 и 15 пневморазгрузки и вакуумзагрузки, контрольно-измерительными приборами для контроля массы, либо других характеристик сыпучего материала, загружаемого либо выдаваемого из бункера 2, элементами местного освещения, лестницами, площадками и ограждениями, обеспечивающими безопасное нахождение обслуживающего персонала при работе на высоте, либо препятствующими доступу к движущимся элементам исполнительных механизмов, также устройство может быть снабжено коробами для размещения рукавов, необходимых для соединения патрубков загрузки и разгрузки с соответствующими потребительскими линиями, а также ящиками для хранения и транспортировки различного инструмента, ветоши и прочих вспомогательных вещей; для повышения автономности устройства шасси может быть заменено другой передвижной базой (например в виде тракторного прицепа), а силовой привод 4 компрессора 3 может быть выполнен автономным. Отметим, к тому же, что для интенсификации разгрузки бункер 2 может быть снабжен несколькими вибраторами 11.
Работает устройство по общеизвестному алгоритму, так, например, для целей загрузки сыпучим материалом применяют либо способ наполнения бункера 2 гравитационным способом через люк 13, либо загрузку бункера осуществляют через патрубок 15 вакуумзагрузки, когда к входному торцу патрубка 15 подсоединяют трубопровод (либо рукав) подачи сыпучего материала от стационарного бункера склада хранения и подают псевдоожиженный сыпучий материал в бункер 2 под давлением от стороннего компрессора либо от компрессора 3, либо, используя патрубок 15 как патрубок вакуумной загрузки, загружают бункер 2, создавая в его полости 8 разрежение посредством компрессора 3 (см. фиг.2, где черными стрелками показано движение сыпучего материала, белыми - движение воздуха); в таком случае разрежение в полости бункера 2 контролируется регулятором 7, который переключает компрессор 3 на всасывание воздуха из атмосферы в случае достижения некоторой критической величины разрежения в полости 8 бункера. При всех способах загрузки отходящий в атмосферу воздух очищается от пыли посредством фильтра-разделителя 19 и попадает в атмосферу уже очищенным через патрубок 18 вентиляции либо (в случае создания разрежения в бункере компрессором 3) через отвод нагнетательной линии компрессора. При загрузке любым из способов, неиспользуемые патрубки и линии должны быть перекрыты, кроме патрубка 18 вентиляции; разгрузка бункера 2 на месте проведения работ происходит следующим образом: к патрубку 14 пневморазгрузки подсоединяют рукав или приемную линию потребителя (например трубопровод, ведущий к цементировочному агрегату), встряхивают содержимое бункера посредством вибратора 11 и нагнетают давление в полость 8 с помощью компрессора 3 через патрубок 18 вентиляции, а также подводят воздух под давлением к распределителю 12 воздуха для аэрации и псевдоожижения материала, причем вместо компрессора 3 для целей нагнетания давления может быть использован подсоединенный сторонний источник сжатого воздуха, смесь материала с воздухом посредством сифона 16 увлекается по патрубку 14 пневморазгрузки к потребителю, давление в полости 8 бункера 2 контролируется регулятором 6, который - при превышении давления больше заданного допустимого - открывает клапан, стравливая давление из полости бункера (см. фиг.3, где черными стрелками показано движение сыпучего материала, белыми - движение воздуха).
Таким образом, устройство для хранения и транспортировки сыпучих материалов, как полезная модель, обеспечивает гарантированное достижение требуемого технического результата и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ.