ШНЕКОВЫЙ НАСОС ДЛЯ СЛИВА ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ БОЧЕК

Полезная модель относится к шнековым насосам для слива высоковязких нефтепродуктов, в частности, моторных масел из бочек со стандартными сливно-наливными горловинами и может найти применение для перекачки любых высоковязких жидкостей из емкостей, имеющих сливно-наливные горловины идентичные сливно-наливным горловинам бочек.
2
К высоковязким моторным маслам для автотракторных двигателей относятся масла с кинематической вязкостью при 100°С от 8,5 мм/с (сСт) и выше, температура застывания которых - от минус 15 до минус 45°С. (1. ГОСТ РВ 50920-2005. Топлива, масла, смазки и специальные жидкости. Ограничительный перечень и порядок назначения вооружения и военной техники. 2. Кушниренко К.Ф. Краткий справочник по горючему. - М.: Воениздат, 1989, с. 26-31).
3
2
2
2
Для моторных и ряда других масел характерно то, что у них с понижением температуры резко повышается кинематическая вязкость, а, следовательно, резко снижается текучесть масла, особенно при минусовых температурах. Так, например, если кинематическая вязкость моторного масла М-4/14-Д при плюс 100°С составляет 14 мм/с (сСт), то при температуре 0°С - 850 мм/с (сСт), а при температуре минус 10°С она возрастает более чем в 2,3 раза по сравнению с вязкостью при 0°С и составляет 1970 мм/с (сСт).
Моторные масла, как правило, хранят в стандартных200-литровых бочках и для выдачи потребителям необходима расфасовка их в более мелкую тару, а для этого требуются специальные насосы, обеспечивающие слив масла из бочки, как при положительных, так и при отрицательных температурах.
Из анализа отечественных шнековых насосов следует, что они имеют большие габариты и используются либо для слива вязких жидкостей из емкостей с большим диаметром сливно-наливного патрубка, либо для сбора проливов с поверхности грунта, либо для перекачки вязких жидкостей, в том числе мазута, из открытых емкостей и не пригодны для слива жидкостей из бочек, имеющих стандартную сливно-наливную горловину диаметром 65 мм (Чебаевский В.Ф., Вишневский К.П., Накладов Н.Н., Кондратьев В.В. Насосы и насосные станции. Учебник - М.: Агропромиздат, 1989. - 416 с.).
Бочковые шнековые и винтовые насосы зарубежного производства, предназначенные для перекачки вязких нефтепродуктов, могут работать только при плюсовой температуре продукта. Кроме этого, указанные насосы либо не оснащены встроенным в насос предохранительным клапаном, либо имеют предохранительный клапан в комплекте, который устанавливается на выходной патрубок насоса. Для обеспечения работы насоса с установленным клапаном требуется дополнительная емкость, в которую будет сливаться нефтепродукт при закрытии раздаточного крана (Бочковые и контейнерные насосы фирмы «Lutz». Германия, Рекламная информация ЗАО «СамараЭлектроМаш»).
Перед авторами стояла задача разработать простой по конструкции, надежный и эффективный в эксплуатации шнековый насос, который обеспечивал бы слив моторного масла из бочек со стандартной сливно-наливной горловиной в полевых условиях при температуре окружающего воздуха ниже 0°С.
При анализе патентной информации были выявлены технические объекты, которые частично решают поставленную задачу.
Известен винтовой насос-смеситель, содержащий корпус с основными и дополнительными патрубками подвода материалов и приемной камерой, к которой подключен патрубок отвода. В корпусе установлен шнек, связанный с приводным валом и имеющий винтовую полость и полую ступицу с отверстиями, и уплотнения. Насос снабжен имеющими запорные элементы байпасными линиями, сообщающими приемную камеру с входной зоной шнека. Полость ступицы шнека открыта со стороны приемной камеры, а посредством отверстий, выполненных в виде разгрузочных окон и расположенных одно относительного другого под углом 120°, со смещением вдоль оси, полость ступицы сообщена с межвитковыми полостями шнека. Ступица шнека установлена в подшипниковых узлах, расположенных со стороны вала двигателя и приемной камеры и защищенных уплотнителями (патент RU №2232298 С1, кл. F04D 3/02, 7/00, 10.07.2004 г.).
К недостаткам указанного насоса относятся невозможность его установки во внутрь бочки через горловину из-за наличия байпасных линий, используемых для выравнивания давления, и снижение производительности из-за наличия разгрузочных окон, расположенных на ступице шнека, через которые непрерывно идет переток жидкости из приемной камеры в межвинтовые полости шнека входной зоны.
Известен шнековый насос для зачистки вязкопластичных и илово-песчаных масс, содержащий корпус, в цилиндрической полости которого установлен подвижный шнек, имеющий на входе однозаходную, а на выходе многозаходную часть винтовых лопастей. Однозаходная часть охвачена лопастным питателем, имеющем со шнеком коаксиально размещенные валы и различные частоты вращения, последние соединены с коаксиальным выходным валом редуктора. Выходной вал редуктора соединен с приводом. Питатель охвачен неподвижным решетчатым корпусом. Лопасть однозаходной части шнека по наружному периметру со стороны корпуса снабжена прикрепленным к ее подъемной поверхности бортом под углом от 90 до 140°. Высота борта может быть от 10 до 60% шага однозаходной части (патент RU №2194881 С1, кл. F04D 7/00, 3/02 20.12.2002 г.).
Недостатками указанного насоса являются:
сложность конструкции;
ненадежность в эксплуатации из-за отсутствия устройств сброса давления на выходе многозаходной части винтовых лопастей при перекрытии выходного патрубка;
невозможность перекачки высоковязких продуктов при отрицательной температуре, из-за отсутствия подогревательного устройства.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели и взятым за прототип является шнековый насос Землякова Н.В. с подогреваемым питателем (патент RU №2320895 С1, кл. F04D 7/00, 3/02, 29/58, 13.09.2006 г. - прототип).
Шнековый насос с подогреваемым питателем содержит корпус, снабженный тангенциальным выходным патрубком, и шнек, размещенный в корпусе с возможностью свободного вращения, при этом шнек выполнен из входной однозаходной и выходной двухзаходной частей. Выходная часть шнека размещена в цилиндрической полости корпуса. Входная часть шнека, выступающая из корпуса, охвачена неподвижным решетчатым кожухом. Лопасти входной части шнека выполнены с бортами. Внутренняя полость корпуса по всей длине снабжена сменной трубчатой вставкой, имеющей на боковой поверхности несколько сквозных отверстий. Одно отверстие совмещено с отверстием выходного патрубка и несколько параллельных между собой и осью сквозных пазов с прямоугольным или фасонным профилем в поперечном сечении. Входная часть шнека снабжена легкосъемным лопастным питателем. Поверх решетчатого кожуха питателя насос снабжен съемным трубчатым паронагревателем или электрическим нагревательным элементом.
Недостатками данного шнекового насоса являются ненадежность в эксплуатации из-за отсутствия устройства, обеспечивающего сброс давления при перекрытии выходного патрубка, сложность конструкции, выражающаяся наличием разнозаходных входной и выходной частей шнека, а также невозможна установка данного насоса в бочку со стандартной сливно-наливной горловиной диаметром 65 мм из-за наличия трубчатого нагревательного элемента, размещенного с наружной стороны неподвижного решетчатого кожуха.
Технический результат полезной модели - упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности эксплуатации шнекового насоса.
Этот технический результат достигается тем, что шнековый насос для слива высоковязких нефтепродуктов из бочек с гостированным диаметром сливно-наливной горловины, содержащий цилиндрический корпус с выходным патрубком, выполненным в напорной полости корпуса насоса, установленный в корпусе шнек с полым валом и размещенный на наружной поверхности корпуса нагревательный элемент, охватывающий всасывающую полость насоса, согласно полезной модели дополнительно содержит узел крепления насоса в сливно-наливной горловине бочки, выполненный в виде пробки, имеющей форму перевернутого усеченного конуса с центральным осевым отверстием, в котором размещен с возможностью продольного перемещения и фиксации на заданной глубине цилиндрический корпус насоса, в стенке полого вала в зоне напорной полости насоса выполнены отверстия, сообщающие напорную полость насоса с полостью вала, в нижней части которой дополнительно установлен предохранительный клапан, на наружной поверхности пробки узла крепления насоса в сливно-наливной горловине бочки выполнены продольные сквозные пазы, а на внутренней поверхности - продольный канал, в котором размещен электропровод питания нагревательного элемента, закрытого кожухом, наружный диаметр которого меньше диаметра сливно-наливной горловины бочки, при этом открытый торец корпуса насоса ниже уровня установки предохранительного клапана выполнен с вертикальными окнами и закрыт металлической сеткой в виде цилиндрического стакана, а также тем, что узел фиксации цилиндрического корпуса на заданной глубине выполнен в виде кольцевого зажима, размещенного над пробкой узла крепления насоса в сливно-наливной горловине бочки.
На фиг. 1 представлен шнековый насос для слива высоковязких нефтепродуктов из бочек (в разрезе);
фиг. 2 - то же (вид по А-А на фиг. 1);
фиг. 3 - узел А на фиг. 1;
фиг. 4 - вид по Б-Б на фиг. 3 без металлической сетки (опора подшипника скольжения повернута на 45°);
фиг. 5 - вид по В-В на фиг. 3 без металлической сетки.
2
Шнековый насос для слива высоковязких нефтепродуктов из бочек, содержит цилиндрический корпус 1, в нижней части которого расположена всасывающая, а в верхней части - напорная полости (без позиций). Выходной патрубок 2 выполнен в напорной полости корпуса 1. В корпусе 1 с возможностью свободного вращения установлен двухзаходный шнек 3, винтовые лопасти которого закреплены на полом валу 4. Винтовые лопасти шнека 3 в верхней части заканчиваются на уровне нижней образующей выходного патрубка 2. В нижней части полого вала 4 установлен нормально закрытый предохранительный клапан 5, а в стенке полого вала в зоне напорной полости насоса выполнены отверстия 6 (не менее двух), для сообщения напорной полости насоса с полостью вала 4. В нижней части цилиндрического корпуса 1 выполнены два вертикальных окна 7 для обеспечения поступления нефтепродукта во всасывающую полость корпуса насоса. Окна 7 и нижний открытый торец цилиндрического корпуса 1 закрыты металлической сеткой 8, выполненной в виде цилиндрического съемного стакана, закрепленного на корпусе 1 с помощью винтов (без позиций). С наружной стороны цилиндрического корпуса 1 в нижней его части выше металлической сетки 8 установлен электрический нагревательный элемент 9 мощностью 2 кВт, защищенный кожухом 10, наружный диаметр которого меньше диаметра сливно-наливной горловины бочки. Кожух 10 обеспечивает защиту электрического нагревательного элемента 9 от механических повреждений во время установки корпуса 1 насоса в бочку и выемки его из бочки. Электропитание к нагревательному элементу подается по изолированному электропроводу 11 сечением 2,5 мм, защищенному от механических повреждений защитным кожухом 12. На цилиндрическом корпусе 1 с возможностью продольного перемещения установлен узел крепления насоса в сливно-наливной горловине бочки, выполненный в виде пробки 13, имеющей форму перевернутого усеченного конуса с центральным осевым отверстием (без позиции) и продольными пазами 14 (не менее четырех) на внешней поверхности, необходимыми для обеспечения поступления воздуха в бочку во время слива масла. На внутренней поверхности центрального осевого отверстия пробки 13 выполнен продольный канал 15, необходимый для размещения электропровода 11 и защитного кожуха 12. Продольные пазы 14 в поперечном сечении имеют прямоугольный профиль, а продольный канал 15 в поперечном сечении имеет полукруглую форму. Наружный диаметр нижнего основания пробки 13 на 6-8 мм меньше диаметра сливно-наливной горловины бочки, что позволяет вставить пробку 13 в сливо-наливную горловину бочки не менее чем на ½ ее высоты. Пробка 13, вставленная в горловину бочки, удерживает корпус 1 насоса в вертикальном положении.
3
2
В качестве материала для изготовления пробки 13 используются любые полимерные материалы с модулем упругости не менее 4-10кг/см. Как вариант можно использовать алюминий и его сплавы.
Для ограничения перемещения цилиндрического корпуса 1 внутри бочки по высоте имеется узел фиксации, выполненный в виде зажима 16 с гайкой-барашком (без позиции), который размещен над пробкой 13. Зажим 16 может быть изготовлен из мягкой полосовой стали в виде ленточного хомута.
Полый вал 4 шнека в нижней части корпуса 1 насоса размещен в подшипнике скольжения 17, опора 18 которого закреплена в цилиндрическом корпусе 1 с помощью винтов (не показаны). Верхняя часть полого вала 4 жестко соединена со стержневым валом 19, наружный диаметр которого меньше диаметра полого вала 4. Стержневой вал 19 закреплен в подшипнике качения 20 и защищен от перекачиваемого нефтепродукта сальниковым уплотнением 21 и металлическим диском 22. На конце стержневого вала 19 установлена полумуфта 23 для присоединения привода насоса, в качестве которого используют электродвигатель переменного тока, мощность которого должна быть не менее 0,75 кВт, при этом производительность насоса должна быть не менее 10 л/мин при температуре подогретого масла плюс 5°С и напоре 0,05 МПа.
Предохранительный клапан 5, размещенный в нижней части полого вала 4 (фиг. 1 и 3), состоит из цилиндрической опоры 24, ввернутой в стенку полого вала 4 и имеющей центральное отверстие (без позиции), которое перекрывает запорный элемент в виде шарика (без позиции) с пружиной 25, закрепленной на опоре 26 с отверстиями (без позиций) и ввернутой в стенку вала 4 идентично опоре 24.
В связи с тем, что шнековый насос применяется для слива масла из стандартных 200-литровых бочек (ГОСТ 6247. Бочки стальные, сварные с обручами катания на обечайке), имеющих высоту 870 мм, длина цилиндрического корпуса 1 насоса от нижнего торца до выходного патрубка 2 должна быть не менее высоты бочки.
Таким образом, заявляемый шнековый насос по сравнению с прототипом более простой по конструкции, а дополнительная установка предохранительного клапана 5 в полости шнека 4, узла крепления корпуса насоса в горловине бочки и его фиксация на заданной глубине повышает надежность и эффективность его эксплуатации.
Насос эксплуатируется следующим образом.
Как правило, моторные масла хранятся на складах и базах в стандартных 200-литровых бочках в отапливаемых и неотапливаемых хранилищах, а шнековый насос в комплекте с электродвигателем, счетчиком, шлангом и раздаточным краном - в деревянных ящиках.
Для слива моторного масла из бочки к выходному патрубку 2 насоса присоединяют маслобензо стойкий шланг с раздаточным краном (не показаны). При необходимости учета количества выданного масла к выходному патрубку 2 сначала присоединяют счетчик жидкостей (не показан), к которому затем присоединяют шланг с раздаточным краном.
Цилиндрически корпус 1 насоса опускают в бочку на заданную глубину, при этом пробку 13 вставляют в горловину бочки и с помощью кольцевого зажима 16 фиксируют положение корпуса 1 насоса. Глубина погружения корпуса 1 насоса определяется поставленной задачей полного или частичного слива масла из бочки.
Если температура масла выше 0°С, то после установки корпуса 1 насоса в бочку включают электродвигатель и производят полный или частичный слив масла из бочки. Если температура масла 0°С и ниже, то включают нагревательный элемент 9, а электродвигатель включают через 20-40 минут после включения нагревательного элемента. Время нагрева масла до состояния текучести зависит от глубины погружения корпуса 1 насоса в бочку и температуры масла. Так, например, при глубине погружения корпуса 1 насоса на половину высоты бочки и температуре масла минус 10°С, как показали результаты испытаний, время разогрева верхних слоев масла до температуры плюс 5°С составляет 20-25 мин.
Подогретое и менее вязкое масло самотеком поступает во всасывающую полость насоса и вращающимся шнеком 3 подается в напорную полость насоса, при этом через отверстия 6 в верхней части вала 4 масло заполняет его полость. При открытом раздаточном кране масло сливают в другую более мелкую тару или заправляют моторным маслом двигатели агрегатов.
При кратковременном закрытии раздаточного крана и работающем насосе давление в напорной полости насоса над шнеком 3 возрастает и через отверстия 6 передается в полость вала 4. При давлении 0,08 МПа открывается предохранительный клапан 5 и масло из напорной полости возвращается во всасывающую полость насоса.
В процессе слива масла из бочки воздух в ее полость поступает через продольные пазы 14, расположенные на наружной поверхности пробки 13.
Использование заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации шнекового насоса.