УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ВЫНОСНЫМ ПРИВОДОМ ПОВОРОТА

Полезная модель относится к устройствам для размыва донных отложений (тяжелых парафинистых осадков, механических примесей и т.п.), образующихся на дне вертикальных резервуаров с нефтью или нефтепродуктами, а также для их перемешивания с целью предотвращения образования отложений.
Донные отложения необходимо удалять из резервуара или предотвращать их образование для того, чтобы не уменьшалась полезная вместимость резервуара. Устройствами, способными перемешивать объем нефти (нефтепродуктов) в резервуаре, являются мешалки или миксеры, устанавливаемые, как правило, через патрубки люков-лазов на стенке резервуара в его первом нижнем поясе. Для эффективного размыва уже образовавшихся отложений необходимо создание гребными винтами мешалок (миксеров) направленной затопленной струи нефти (нефтепродуктов). Для охвата всего дна резервуара струю следует перемещать, совершая ее угловой поворот. При нахождении струи в крайних угловых положениях масса жидкости в резервуаре приходит во вращение, что дополнительно способствует размыву отложений.
Из уровня техники известно устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью или нефтепродуктами (патент на изобретение RU 2220766 С1, опубл. 10.01.2004, МПК B01F 15/00, B01F 7/00). 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. Конкретное исполнение устройства содержит редуктор с четырьмя ступенями, в каждую из которых входит 23 тела качения.
Достоинством устройства является широкая зона охвата резервуара и длительность непрерывного воздействия на донные отложения и всю массу нефти. Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие корпуса с элементами присоединения устройства к резервуару, обеспечивающими его угловой поворот относительно стенки резервуара, расположенного на опорах в корпусе цельного вала, конец которого снабжен гребным винтом, соединенного через передачу с электродвигателем. Недостатком устройства является сложность механизма поворота, конструктивно выполненного по схеме параллелограмма, имеющего «мертвую точку», которую механизм проходит за счет инерции движения. В «мертвой точке» возникают большие силы, нагружающие весь механизм, что приводит к его значительной перегрузке, а в дальнейшем к разрушению тел качения.
Из уровня техники известно устройство для размыва донных отложений с выносным приводом поворота, принятое за прототип (патент на полезную модель RU 134821 U1, опубл. 27.11.2013, МПК B01F 15/00), в котором вал по длине разделен на две части, связанные с помощью карданова соединения, при этом часть вала с гребным винтом находится в дополнительной части корпуса, соединенной с основной частью корпуса с возможностью поворота дополнительной части в плоскости, выносной привод поворота вала включает дополнительный электродвигатель, снабженный средствами для периодической смены направления его вращения, ротор которого соединен с червяком, сопряженным с червячным колесом, к центру которого неподвижно присоединен винт, образующий механическую передачу с установленной на нем гайкой, тягу, установленную между гайкой и указанной дополнительной частью корпуса с возможностью углового поворота в плоскости этой дополнительной части при перемещении гайки по винту, сильфон в качестве упомянутой герметизирующей части, выполненный с возможностью герметичного присоединения одним концом к основной части корпуса, а другим концом - к отверстию резервуара. Дополнительный электродвигатель снабжен средствами для периодической смены направления его вращения (датчики вращения, сигнализирующие блоку электронного управления о необходимости смены направления вращения, или концевые выключатели, настроенные на отключение дополнительного двигателя при достижении валом крайнего углового положения, либо электрические реверсивные пускатели, настроенные на изменение вращения дополнительного двигателя при их поочередном переключении).
Общими существенными признаками с заявляемым техническим решением является наличие корпуса с элементами присоединения устройства к резервуару, обеспечивающими его угловой поворот, посредством выносного привода поворота, относительно стенки резервуара, расположенного на опорах в корпусе вала, конец которого снабжен гребным винтом, соединенного через передачу с электродвигателем, также, в состав выносного привода поворота входят средства определения крайних угловых положений вала в резервуаре.
Недостатком устройства является применение дополнительного фундамента, что значительно усложняет конструкцию устройства для размыва донных отложений, снижает его надежность и удорожает эксплуатацию. Также карданово соединение характеризуется низкой надежностью работы, связанной с высокими контактными напряжениями на взаимодействующих поверхностях карданного шарнира, что приводит к быстрому износу деталей карданова соединения и выходу их из строя. Устройства для размыва донных отложений, находясь в резервуарах, усложняют их эксплуатацию, а быстрый износ деталей прототипа требует частых ремонтов, что также удорожает эксплуатацию устройства.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании устройства для размыва донных отложений с повышенной надежностью в обеспечении размыва донных отложений в резервуаре с нефтью или нефтепродуктами.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в повышении надежности работы устройства размыва донных отложений.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для размыва донных отложений с выносным приводом поворота, содержит корпус с элементами присоединения устройства к резервуару, обеспечивающими его угловой поворот относительно стенки резервуара посредством выносного привода поворота, расположенный на опорах в корпусе цельный вал с гребным винтом на конце, соединенный через передачу с электродвигателем, при этом в состав выносного привода поворота, шарнирно прикрепленного к корпусу, входят средства определения крайних угловых положений вала в резервуаре.
В качестве средств определения крайних угловых положений вала в резервуаре используются концевые выключатели.
В предлагаемом техническом решении выносной привод поворота устройства для размыва шарнирно соединен с корпусом устройства, что обеспечивает вращение привода поворота вокруг вертикальной оси без нарушения взаимодействия с присоединительным фланцем патрубка люка лаза на стенке резервуара, что повышает надежность устройства размыва донных отложения. Использование цельного вала устраняет недостатки прототипа, связанные с износом деталей карданова соединения, что также повышает надежность устройства. Концевые выключатели, размещенные в выносном приводе поворота, при достижении валом устройства размыва крайних угловых положений в резервуаре передают сигнал на устройство контроля и сигнализации (на фиг. не показано), которое меняет направление вращения ротора электродвигателя выносного привода поворота. Устройство контроля и сигнализации по сигналам с концевых выключателей отслеживает изменение скорости перемещения вала устройства размыва в резервуаре и, при снижении скорости ниже допустимого значения, останавливает вращение электродвигателя, соединенного через передачу с валом, а также ротора электродвигателя, входящего в состав выносного привода поворота, таким образом, снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Краткое описание чертежей.
Настоящая полезная модель станет более понятной из приведенного ниже описания чертежей со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показан неограничивающий сущность практический вариант осуществления полезной модели.
На фиг. 1 представлено изометрическое изображение предлагаемого устройства для размыва донных отложений.
На фиг. 2 показан вид устройства сверху.
На фиг. 3 представлен продольный разрез выносного привода поворота (разрез А-А на фиг. 2).
На фиг. 4 показан поперечный разрез выносного привода поворота (разрез Б-Б на фиг. 3).
На фиг. 5 - вид сбоку части выносного привода поворота.
Устройство для размыва донных отложений с выносным приводом поворота (фиг. 1, фиг. 2) содержит корпус 1 с валом 2, выполненным цельным (в отличие от прототипа). Один конец вала 2 соединен через передаточный механизм 3 (например, плоскозубчатая ременная передача) с электродвигателем 4, установленным на корпусе 1, а на другом конце вала 2 установлен гребной винт 5. Для опоры и уплотнения вала 2 относительно корпуса 1 имеются соответствующие элементы (на фиг. не показаны): подшипниковые опоры и герметизирующие уплотнения. Корпус 1 соединен шарниром 6 (фиг. 2), допускающим угловой поворот корпуса вала вокруг оси, перпендикулярно проходящей через продольную ось вала, с присоединительным фланцем 7 (фиг. 1, фиг. 2) для монтажа устройства к стенке резервуара (на фиг. не показан).
Выносной привод поворота (фиг. 1, фиг. 2) шарнирно (шарнир на фиг. 1, фиг. 2 - позицией не обозначен) прикреплен к корпусу 1 и состоит из электродвигателя 8, червячного редуктора 9, передачи «винт-гайка» (позиции 10, 11 на фиг. 3), находящейся в гильзе 12, тяги 13. Ротор электродвигателя 8 посредством зубчатой передачи (на фиг. 4 позицией не обозначена) соединен с червяком 14 (фиг. 4). Червяк 14 червячного редуктора 9 сопрягается с червячным колесом 15. К центру червячного колеса 15 неподвижно присоединен винт 10, образующий механическую передачу с установленной на нем гайкой 11. К гайке 11 одним своим концом жестко присоединена тяга 13, а другой конец тяги 13 выполнен в виде проушины 16 (фиг. 3) и шарнирно соединен пальцем 17 (фиг. 2) с проушинами вилки 18 (фиг. 2), установленной на присоединительном фланце 7. На цилиндрической части тяги 13, примыкающей к проушине 16 установлен кронштейн 19 (фиг. 2, фиг. 3). В кронштейне 19 закреплен конец штока 20 (фиг. 2, фиг. 5), продольная ось которого параллельна продольной оси винта 10 передачи «винт-гайка». На защемленном и свободном концах штока 20 размещены, соответственно, флажки 21 и 22 (фиг. 2, фиг. 5). Флажки могут быть выполнены в виде клипс с отверстиями в боковых стенках под резьбовое соединение, либо в виде зажимов, состоящих из двух полукорпусов, установленных на штоке 20 и объединенных резьбовым соединением, причем внутренняя поверхность полукорпусов зажимов может быть выполнена шероховатой для увеличения сцепления со штоком 20. На выходном конце гильзы 12 установлена вертикальная площадка 23 (фиг. 5) с закрепленными концевыми выключателями 24 и 25 (фиг. 2, фиг. 5), толкатели 26 и 27 (фиг. 5) которых обращены к штоку 20 с образованием зазора L между толкателем и штоком 20. Поверхность флажков выступает над поверхностью штока на величину не менее L, достаточную для воздействия на толкатели концевых выключателей. Флажки 21 и 22 разнесены друг от друга на расстояние, пропорциональное максимальному углу поворота(60°) вала 2 в горизонтальной плоскости, и установлены с возможностью попеременного взаимодействия толкателя 26 концевого выключателя 24 с флажком 21 и толкателя 27 концевого выключателя 25 с флажком 22.
На площадке 23 между концевыми выключателями 24 и 25 зеркально относительно продольной оси штока 20 установлена пара роликов 28. Ролики 28 выполнены с желобками для размещения штока 20. Каждый из концевых выключателей своим выходом связан со входом устройства контроля и сигнализации, настроенного на отключение и смену направления вращения ротора электродвигателя 8 при достижении валом 2 крайнего углового положения.
Устройство работает следующим образом.
Корпус 1 устройства устанавливают на опорожненный резервуар напротив патрубка люка-лаза на стенке резервуара таким образом, чтобы вал 2 и, следовательно, гребной винт 5 при работе совершали угловой поворот в горизонтальной плоскости. Вал 2 с гребным винтом 5 пропускают через патрубок (на фиг. не показан) люка-лаза внутрь резервуара (на фиг. не показан). Присоединительный фланец 7 устройства герметично присоединяют к патрубку люк-лаза.
Устройство контроля и сигнализации при запуске устройства для размыва проверяет исправность средств определения крайних угловых положений вала в резервуаре путем включения электродвигателя 8, вращение ротора которого посредством зубчатой передачи передается на червяк 14, червячное колесо 15, винт 10. Гайка 11 закреплена от вращения тягой 13 и перемещается по винту 10 поступательно, при этом передача «винт-гайка» постепенно увеличивается в длине. В данном исполнении устройства угол поворота определяется длиной тяги 13, длиной резьбовой части винта 10, расстоянием между толкателем 26 и флажком 21, расстоянием между толкателем 27 и флажком 22.
При увеличении длины передачи «винт-гайка» проушина 16 тяги 13, перемещающейся вместе с гайкой 11, скользит на пальце 17 шарнирного соединения и отталкивает от установочного фланца 7 через гильзу 12 в угловом направлении корпус 1, шарнирно перемещающийся вокруг оси, перпендикулярно проходящей через продольную ось вала 2, также поворачиваемого в угловом направлении. При увеличении длины передачи «винт-гайка» зажатый между роликами 28 шток 20 прямолинейно перемещается и расстояние между концевым выключателем 24 и флажком 21 постепенно увеличивается, а расстояние между концевым выключателем 25 и флажком 22 уменьшается. При достижении вала 2 предусмотренного крайнего левого углового положения происходит наезд флажка 22 на толкатель 27 концевого выключателя 25, при этом флажок 22 нажимает на толкатель 27, что приводит к срабатыванию концевого выключателя 25. Устройство контроля и сигнализации при срабатывании концевого выключателя 25 отключает электродвигатель 8 и меняет направление вращения ротора электродвигателя 8 в обратную сторону. Червяк 14, червячное колесо 15, винт 10 начинают вращаться в другом направлении. Гайка 11 передачи винт-гайка поступательно перемещается по винту 10, при этом передача «винт-гайка» постепенно уменьшается в длине. При уменьшении длины передачи «винт-гайка» проушина 16 тяги 13, перемещающейся вместе с гайкой 11, скользит на пальце 17 шарнирного соединения и притягивает к установочному фланцу через гильзу 12 корпус 1 в угловом направлении, при этом происходит обратный угловой поворот вала 2. При уменьшении длины передачи «винт-гайка» зажатый между роликами 28 шток 20 прямолинейно перемещается и расстояние между концевым выключателем 24 и флажком 21 постепенно уменьшается, а расстояние между концевым выключателем 25 и флажком 22 увеличивается. При достижении вала 2 предусмотренного крайнего правого углового положения происходит наезд флажка 21 на толкатель 26 концевого выключателя 24, при этом флажок 21 нажимает на толкатель 26, что приводит к срабатыванию концевого выключателя 24. Устройство контроля и сигнализации при срабатывании концевого выключателя 24 отключает электродвигатель 8 и меняет направление вращения ротора электродвигателя 8 в обратную сторону, при этом происходит обратный угловой поворот вала 2. При запуске устройства для размыва при проверке исправности средств определения крайних угловых положений вала в резервуаре время углового перемещения вала из одного крайнего положения в другое крайнее находится в диапазоне 5-10 мин. После успешной проверки на работоспособность устройства для размыва электродвигатель 8 выключают при нахождении устройства в крайнем угловом положении. Время перемещения устройства между крайними угловыми положениями задается в диапазоне от 1 до 24 часов.
Для размыва донных отложений, образовавшихся на дне вертикального резервуара с нефтью или нефтепродуктами, сначала включают электродвигатель 4. От электродвигателя 4 вращение передается через передаточный механизм 3 на вал 2 с гребным винтом 5. Гребной винт 5 вращается, создает затопленную струю, размывающую накопившиеся осадки и осуществляющую их гомогенизацию в объеме нефти, которая в дальнейшем откачивается из резервуара в нефтепровод.
После включения электродвигателя 8 выносного привода поворота осуществляется угловой поворот (работа выносного привода поворота описана выше) в горизонтальной плоскости корпуса 1 с валом 2, направляя с помощью вала 2, вращающего гребной винт 5, струю нефти, которая приводит в движение нефть над днищем резервуара за счет создания кругового вращения всей массы хранимой нефти в резервуаре при работе гребного винта 5. Это обеспечивает процесс перемешивания, при котором донные отложения и механические примеси взвешиваются в общей массе нефти с сохранением качества нефти и затем удаляются путем откачивания нефти из резервуара в нефтепровод.
Полезная модель, сохраняя основные характеристики прототипа, является более надежной и может быть широко использована в технологических процессах, связанных с перемешиванием нефти или нефтепродуктов и размывом их отложений в резервуарах ввиду ее высокой эффективности.