Устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью

Полезная модель относится к устройствам для размыва донных отложений, образующихся на дне вертикальных резервуаров с нефтью или нефтепродуктами, и для перемешивания нефти (нефтепродуктов) с целью предотвращения образования отложений.
В процессе эксплуатации нефтяных резервуаров на их днище образуются донные отложения. Для размыва этих отложений и их удаления применяют устройства, создающие затопленную струю нефти с помощью специального гребного винта.
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.
Устройство обладает широкой зоной охвата резервуара и длительным непрерывным воздействием на донные отложения и всю массу нефти.
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.
Известно устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью или нефтепродуктами (патент полезную модель RU 152747 U1, опубл. 20.06.2015, МПК: B01F 15/00, B01F 7/00).
Устройство содержит корпус с расположенным в нем валом, конец которого снабжен гребным винтом и проходит симметрично через фланец для присоединения корпуса вала к патрубку люка-лаза на стенке резервуара с возможностью расположения вала параллельно дну резервуара, при этом фланец соединен с корпусом вала шарниром, допускающим угловой поворот корпуса вала вокруг оси, перпендикулярно проходящей через продольную ось вала, электропривод вала, содержащий электродвигатель и механическую передачу вращения вала при помощи гибкого элемента, элементы опоры и уплотнения вала относительно корпуса вала, а также узел герметизации корпуса вала от полости резервуара.
Электродвигатель выполнен с возможностью установки на поворотной раме, причем эта рама выполнена с возможностью установки и шарнирного присоединения на основании, расположенном на фундаменте, который развязан от фундамента резервуара, а также с возможностью подвижного шлицевого соединения с корпусом вала и снабжена электроприводом для ее углового поворота. Так как электродвигатель снят с корпуса вала, то снижается весовая нагрузка, приходящаяся на патрубок люка-лаза резервуара, следовательно, уменьшается вероятность повреждения патрубка люка-лаза резервуара. Поэтому при использовании заявляемого устройства повышается надежность в обеспечении размыва донных отложений в резервуаре с нефтью или нефтепродуктами.
Однако применение дополнительного фундамента, который развязан от фундамента резервуара, значительно усложняет конструкцию устройства для размыва донных отложений, снижает его надежность и удорожает эксплуатацию. Кроме того, для вынесенного электродвигателя требуется специальная подвижная рама, которая может перемещаться по специально отделенному фундаменту при помощи сложного и громоздкого механизма.
Известно также устройство для размыва донных отложений в стальных вертикальных резервуарах РВС 2000, РВС 5000, РВС 10000, РВС и РВСП 20000 и РВСПК 50000 (см. Руководство по эксплуатации. 1021.25.014.00.00.000 РЭ. «Диоген-500»; «Диоген-700»; «Диоген-700М» (интернет-ссылка: http://tomzel.transneft.ru/u/section_file/66721/re_na_diogen-500_700_700m_star._izmenenie_13.pdf - дата обращения 31.07.2017)
Устройства для размыва донных отложений типа «Диоген» состоят из взрывозащищенного асинхронного электродвигателя с встроенными датчиками температуры обмоток и корпуса, плоскозубчатой ременной передачи, автоматического привода поворота, корпуса с подшипниковыми опорами, вала, гребного винта, обтекателя, шарнирного узла, фланца присоединительного, плиты установочной с устройством натяжения зубчатого ремня, торцевого и сферического уплотнений.
Автоматический привод поворота выполнен на базе четырехступенчатого редуктора с промежуточными телами качения и состоит из следующих основных частей: входного вала-генератора, сепараторов, зубчатого венца с профильными впадинами сложной формы, сепаратора-выходного вала, обоймы, фиксатора, фланцев, подшипников, промежуточных тел качения (шариков) и кривошипно-рычажного механизм.
Существенным недостатком конструктивной схемы устройства типа «Диоген» (в частности устройства Диоген-500», «Диоген-700») является то, что механизм поворота, приводимый в действие от общего привода, как и в первом аналоге, использует схему параллелограмма с приводом на центральное звено. Такой механизм имеет «мертвую точку», которую механизм проходит за счет инерции движения, но поворот происходит очень медленно и в «мертвой точке» возникают очень большие силы, нагружающие весь механизм, что приводит к его значительной перегрузке, а в дальнейшем может вызвать разрушение подшипников. Вследствие этого механизм часто выходит из строя. Кроме того, недостатком механизма «Диоген» является жесткая связь между приводом вращения винта и приводом поворота всего механизма. Поэтому невозможно остановить поворот механизма в крайнем положении для лучшего перемешивания нефти, без остановки вращения винта.
По существенным признакам (электродвигатель; плоскозубчатая ременная передача; корпус с подшипниковыми опорами; вал; гребной винт, фланец присоединительный), совпадающими с предлагаемым техническим решением, устройство для размыва донных отложений «Диоген-500» («Диоген-700») принято в качестве прототипа.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в модернизации устройства для размыва донных отложений «Диоген-500» («Диоген-700») для устранения конструктивных недостатков.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности устройства для размыва донных отложений в резервуарах с нефтью.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью включает корпус с подшипниковыми опорами и уплотнениями, фланец для присоединения устройства к стенке резервуара, вал, один конец которого соединен посредством плоскозубчатой ременной передачи с электродвигателем, а на другом конце вала закреплен гребной винт, причем для углового поворота корпуса применен привод, состоящий из мотор-редуктора, выходной вал которого соединен с кривошипом, связанный с шатуном, который закреплен на оси, установленной в корпусе, выполненном с возможностью поворота на осях фланца, при этом мотор-редуктор установлен на пластине, жестко соединенной с фланцем.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации полезной модели за счет того, что:
- длины кривошипа и шатуна выбраны с возможностью обеспечения возвратно-поворотного движения корпуса с установленным в нем валом гребного винта с углом поворота плюс-минус 30 угловых градусов от среднего положения;
- в качестве мотор-редуктора применен червячный мотор - редуктор двухступенчатый MRT 30×50;
- мотор-редуктор выполнен с возможностью подключения к цепи электрического питания через контакты реле времени или контакты реле ручного включения;
- вал установлен на радиально-упорных роликовых подшипниках.
Осуществление полезной модели раскрывается с помощью фигур 1 и 2. На фигуре 1 показан главный вид устройства для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью, на фигуре 2 - вид устройства в плане с обозначением максимальных углов поворота вала гребного винта от среднего положения.
На фигурах обозначено:
1 - корпус с подшипниковыми опорами и уплотнениями;
2 - фланец;
3 - вал;
4 - электродвигатель;
5 - плоскозубчатая ременная передача;
6 - гребной винт;
7 - мотор-редуктор;
8 - кривошип;
9 - шатун;
10 - пластина;
11 - ось шатуна;
12 - ось фланца;
α - максимальный угол поворота вала гребного винта от среднего положения.
Для устранения недостатков прототипа предлагается:
- разделить привод вращения гребного винта и привод поворота корпуса с подшипниковыми опорами и уплотнениями;
- сделать привод поворота корпуса в виде кривошипно-шатунного механизма, у которого нет «мертвой точки».
Устройство для размыва донных отложений в резервуаре с нефтью, включает корпус 1 с подшипниковыми опорами и уплотнениями, присоединительный фланец 2 для монтажа устройства к стенке резервуара (резервуар на фиг. 1, 2 не показан), вал 3, один конец которого соединен посредством плоскозубчатой ременной передачи 5 с электродвигателем 4, а на другом конце вала закреплен гребной винт 6.
В отличие от прототипа, для углового поворота корпуса 1 применен привод, состоящий из мотор-редуктора 7, выходной вал которого соединен с кривошипом 8, связанный с шатуном 9. Шатун с помощью оси 11 шатуна, имеет подвижное соединение с корпусом 1. Корпус с подшипниковыми опорами и уплотнениями может свободно поворачиваться на неподвижных осях 12 фланца.
Длины кривошипа 8 и шатуна 9 выбраны с возможностью обеспечения возвратно-поворотного движения корпуса 1 с установленным на нем валом гребного винта 6 с максимальным углом поворота от среднего положения плюс-минус 30 угловых градусов;
Разделение привода гребного винта и привода поворота корпуса позволит осуществлять независимо два процесса: создание направленной затопленной струи за счет привода гребного винта и поворот корпуса на требуемый угол с возможностью остановки в любом угловом положении на любое требуемое время с помощью мотор-редуктора 7, выполненного с возможностью подключения к цепи электрического питания через контакты реле времени или контакты реле ручного включения (на фиг. 1, 2 реле не показаны).
В предлагаемом устройстве (фиг. 1, 2) вращение вала 3 с закрепленным на нем гребным винтом 6 осуществляется от электродвигателя 4 напрямую через плоскозубчатую ременную передачу 5. Исключение редуктора с телами качения, которые из-за большой нагрузки часто выходят из строя, повышает надежность устройства для размыва донных отложений по сравнению с прототипом.
Мощность электродвигателя 4 составляет 18 кВт. Осевые усилия, действующие на гребной винт и на вал при такой мощности, достигают величины 4200Н. Поэтому вал 3 для вращения гребного винта 6 установлен на радиально-упорных роликовых подшипниках.
Возвратно-поворотное движение корпуса 1 осуществляется от мотор-редуктора 5 через кривошипно-шатунный механизм. Мотор-редуктор 5 установлен на пластине 10, которая прикреплена к фланцу 2.
В качестве мотор-редуктора применен червячный мотор - редуктор двухступенчатый типа MRT×RT. Как вариант, может быть применен мотор - редуктор двухступенчатый MRT 30×50 со следующими характеристиками: передаточное число - 10000; частота вращения выходного вала - 0,09 об/мин; частота вращения электродвигателя - 900 об/мин; крутящий момент - 65 Нм; мощность электродвигателя - 0,09 кВт, КПД - 0,1.
Мощность мотор - редуктора достаточно небольшая, так как механизм поворачивается с очень небольшой скоростью, равной 0,00942 рад/с или 0,09 об/мин. Таким образом, один цикл поворота корпуса 1 совершается за 11 минут. Наличие в электрической цепи электродвигателя мотор - редуктора 7 реле-времени и реле ручного управления позволяет прекращать поворот корпуса в любом положении, включая крайние угловые положения (α плюс-минус 30°) на любое необходимое время.
Устройство работает следующим образом.
Устройство с помощью фланца 2 устанавливают на люк-лазе резервуара с нефтью, на днище которого образуются донные отложения.
Для размыва этих отложений включают электродвигатель 4, который, вращая с помощью плоскозубчатой ременной передачи 5 вал 3 гребного винта 6, создает затопленную струю, размывающую накопившиеся осадки и осуществляющую их гомогенизацию в объеме нефти, которая в дальнейшем откачивается из резервуара в нефтепровод.
После включения мотор-редуктора 7 кривошип 8, воздействуя на шатун 9 осуществляет угловой поворот в горизонтальной плоскости корпуса 1 с подшипниковыми опорами и уплотнениями, направляя с помощью вала 3, вращающего гребной винт 6, 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 6 в крайних угловых положениях. 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.
Для остановки поворота корпуса 1 без остановки вращения гребного винта 6 периодически отключают электродвигатель мотор - редуктора 7 с помощью реле-времени или реле ручного управления при нахождении корпуса 1 в крайних угловых положениях (α плюс-минус 30°) при продолжающейся работе электродвигателя 4 и вращении гребного винта 6.
Полезная модель, сохраняя основные характеристики прототипа, является более надежной, ремонтопригодной, дешевой и лучше приспособленной к регулировке положения затопленной струи.