Патент на изобретение №2182031

(54) ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для дегазации различных суспензий под вакуумом. Установка содержит цилиндрический корпус, установленный в корпусе соосно последнему приемный трубопровод, подключенные к корпусу патрубки отвода газа и дегазированной жидкой среды и размещенные в корпусе узел дегазации и поплавковый клапан, при этом корпус установлен вертикально и снабжен крышкой, установка снабжена подпружиненным относительно крышки корпуса клапаном, установленным на выходе из приемного трубопровода, и коаксильно размещенным на приемном трубопроводе с возможностью осевого перемещения поплавковым клапаном. Узел дегазации выполнен в виде вертикально установленных в радиальном направлении вокруг приемного трубопровода в зоне его выходного сечения изогнутых пластин, сопряженных на выходе с установленными коаксиально приемному трубопроводу цилиндрическими или коническими обечайками с образованием между последними и стенками корпуса и приемного трубопровода кольцевых каналов, а на приемном трубопроводе выше оплавкового клапана размещена компенсационная камера, верхняя стенка которой выполнена из жесткого материала, а нижняя – из эластичного материала, и последняя соединена с поплавковым клапаном. В результате достигается повышение надежности работы установки. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к установкам для дегазации различных суспензий и эмульсий под вакуумом, и может быть использовано в горнорудной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вакуумная дегазационная установка, содержащая цилиндрический корпус, установленный в корпусе соосно последнему приемный трубопровод, подключенные к корпусу патрубки отвода газа и дегазированной жидкой среды и размещенные в корпусе узел дегазации и поплавковый клапан (RU 2040942 С1, Скворцов Д.С., 09.08.1999).

Недостатком данной вакуумной дегазационной установки является то, что она имеет:
– сложную клапанно-золотниковую систему, неудовлетворительная работа которой доказана многолетней практикой эксплуатации их при строительстве скважин в СССР;
– большие габариты, массу, трудоемкость изготовления и, как следствие, высокую стоимость;
– дегазационные пластины в рабочей камере, которые не обеспечивают своего функционального назначения, не создают большой площади дегазации, т. к. сварной конструкцией узла и его установкой на практике нельзя добиться стекания раствора тонким слоем по всей их поверхности, т.к. ввиду неизбежных перекосов раствор по пластинам будет стекать отдельными ручейками различной интенсивности, что повлечет за собой неудовлетворительное качество дегазации раствора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности дегазации, повышение надежности работы дегазационной вакуумной установки, снижение ее массы, трудоемкости при изготовлении и эксплуатационных расходов.

Указанная задача решается за счет того, что в вакуумной дегазационной установке, содержащей цилиндрический корпус, установленный в корпусе соосно последнему приемный трубопровод, подключенные к корпусу патрубки отвода газа и дегазированной жидкой среды и размещенные в корпусе узел дегазации и поплавковый клапан, корпус установлен вертикально и снабжен крышкой, установка снабжена подпружиненным относительно крышки корпуса клапаном, установленным на выходе из приемного трубопровода, и коаксильно размещенным на приемном трубопроводе с возможностью осевого перемещения поплавковым клапаном, узел дегазации выполнен в виде вертикально установленных в радиальном направлении вокруг приемного трубопровода в зоне его выходного сечения изогнутых пластин, сопряженных на выходе с установленными коаксиально приемному трубопроводу цилиндрическими или коническими обечайками с образованием между последними и стенками корпуса и приемного трубопровода кольцевых каналов, при этом по мере удаления от оси корпуса к его периферии высота обечаек увеличивается, а на приемном трубопроводе выше поплавкового клапана размещена компенсационная камера, верхняя стенка которой выполнена из жесткого материала, а нижняя – из эластичного материала и последняя соединена с поплавковым клапаном, причем диаметр (d₁) нижней стенки компенсационной камеры равен диаметру (d₂) отверстия в нижней стенке поплавкового клапана.

Как показали проведенные исследования существенное значение на работу установки оказывает организация процесса подачи жидкой среды в дегазационный узел. Подача жидкой среды из-под клапана на выходе приемного трубопровода позволяет равномерно разделить подаваемую среду между установленными в радиальном направлении изогнутыми пластинами. Выполнение последних изогнутыми позволяет организовать тонкопленочное течение жидкой среды по пластинам с интенсификацией за счет этого процесса дегазации. Кроме того, такой режим течения жидкой среды позволяет организовать тонкопленочный режим стекания жидкой дегазируемой среды по стенкам корпуса и установленным коаксиально приемному трубопроводу обечайкам, что дополнительно интенсифицирует процесс дегазации жидкой среды.

Выполнение поплавкового клапана сообщенным с компенсационной камерой, выполнение верхней стенки камеры из жесткого материала, нижней стенки из эластичного материала и выполнение диаметра нижней стенки, равным диаметру отверстия в нижней стенке поплавкового клапана, позволяет повысить надежность работы установки и исключить влияние разницы давления вне клапана и внутри клапана на работу последнего.

Конструкция установки состоит из конструктивно простых элементов, которые легко изготавливаются и монтируются внутри цилиндрического корпуса.

Таким образом выполнение установки описанным выше образом позволяет добиться выполнения поставленной в изобретении задачи – повышение эффективности дегазации, повышение надежности работы дегазационной вакуумной установки, снижение ее массы, трудоемкости при изготовлении и эксплуатационных расходов.

На фиг. 1 представлен разрез описываемой установки; на фиг.2 – вариант выполнения установки с другим расположением патрубка отвода газа.

Вакуумная дегазационная установка содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, установленный в корпусе 1 соосно последнему приемный трубопровод 3, подключенные к корпусу 1 патрубки отвода газа 16 и дегазированной жидкой среды 17 и размещенные в корпусе 1 узел дегазации и поплавковый клапан 10. Корпус 1 установлен вертикально. Установка снабжена тарельчатым клапаном 4, подпружиненным (пружина 5) относительно крышки 2 корпуса 1 и установленным на выходе из приемного трубопровода 3. Поплавковый клапан 10 коаксильно размещен на приемном трубопроводе 3 с возможностью осевого перемещения. Узел дегазации выполнен в виде вертикально установленных в радиальном направлении вокруг приемного трубопровода 3 в зоне его выходного сечения изогнутых пластин 7, сопряженных на выходе с установленными коаксиально приемному трубопроводу 3 цилиндрическими или коническими обечайками 8, 9 с образованием между последними и стенками корпуса 1 и приемного трубопровода 3 кольцевых каналов, при этом по мере удаления от оси корпуса 1 к его периферии высота обечаек 8, 9 увеличивается. На приемном трубопроводе 3 выше поплавкового клапана 10 размещена компенсационная камера 13, верхняя стенка которой выполнена из жесткого материала, а нижняя – из эластичного материала и последняя соединена с поплавковым клапаном 10, причем диаметр (d₁) нижней стенки компенсационной камеры 13 равен диаметру (d₂) отверстия в нижней стенке поплавкового клапана 10.

Клапан 4 снабжен регулировочным винтом 6. Периферийные сопряженные с обечайками 8, 9 концы пластин 7 имеют ступенчатообразную конфигурацию по количеству обечаек 8, 9, включая и внутреннюю поверхность корпуса 1 (в данном случае всего три ступени). При этом пластины 7 установлены таким образом, что между периферийным концом и каждой обечайкой 8, 9 имеется зазор для течения жидкой среды. Количество обечаек, форма их выполнения (цилиндрические или конические) и расстояние между ними может быть различным и определяется в каждом конкретном случае в зависимости от производительности установки, реологических свойств жидкой среды, количества газа и др.

Ниже поплавкового клапана 10 установлена цилиндрическая обечайка 11 с перепускными отверстиями 12.

Для откачки газа и дегазированной жидкой среды могут быть использованы инжекционные вакуумные насосы (условно показаны на фиг.1 как позиции 14 и 15). Насос 14 подключен к патрубку отвода газа 16, а насос 15 – к патрубку отвода жидкой дегазированной жидкой среды 17. Оба насоса могут работать от общего привода, а входной торец патрубка 16 (фиг.1) установлен на уровне максимально допустимого поднятия уровня дегазированной жидкой среды в корпусе 1 установки.

Для предотвращения cтекания жидкой среды за пределы пластин 7 последние сверху и снизу прикрыты фланцами, соответственно 18 и 19, в которых между пластинами 7 имеются отверстия для прохода газа. Количество пластин 7 и угол изгиба выбираются таким образом, чтобы исключить прямое попадание жидкой среды на стенки обечаек 8, 9 (желательно, не далее их середины). В нижней части обечаек 8, 9 (чуть выше торца патрубка 16) установлены по окружности несколько патрубков 20, которые придают жесткость узлу дегазации и служат каналами перетока газа к патрубку 16.

В случае, если используется инжекционный вакуумный насос 14 (по фиг.1) с отдельным приводом или же используется отдельный вакуумный насос 14 (по фиг. 2), например, поршневой вакуумный насос, невозможно добиться одинаковой величины вакуума над и под поплавковым клапаном 10. Расчеты показывают, что при разнице давления в 0,1 кг/см² никакой силы Архимеда не хватит, чтобы обеспечить открытие или закрытие поплавкового клапана 10. Наличие компенсационной камеры 13 при равенстве d₁ и d₂ обеспечивает нормальную работу поплавкового клапана 10 при любой разнице величины вакуума над и под клапаном 10. Это означает, что силы, которые возникают за счет разницы в вакууме над и под поплавковым клапаном 10, действующие в противоположном направлении, взаимно компенсируются. Следовательно, работа клапана 10 будет определяться только воздействием силы Архимеда.

Если верхнюю поверхность поплавкового клапана 10 принять за S₁, то нижняя поверхность складывается из площади конусной обечайки клапана 10 – S₂, заключенной между наружным диаметром поплавкового клапана и диаметром отверстия d₂, и площади эластичной нижней стенки S₃ компенсационной камеры 13, имеющей диаметр d₁, т.е. в данном случае справедливо равенство: S₁=S₂+S₃.

Вакуумная дегазационная установка работает следующим образом.

Внутри корпуса 1 насосами 14 и 15 создается разрежение. При достижении требуемой величины вакуума, которая определяется усилием прижатия клапана 4 пружиной 5, клапан 4 поднимается и жидкая недегазированная среда по приемному трубопроводу 3 поступает в установку и из-под клапана 4 веерообразно на изогнутые пластины 7. Экспериментально установлено, что скорость истечения жидкой среды из под клапана 4 составляет от 6 до 12 м/с при величине вакуума 0,5-0,9 кг/см². Жидкая среда растекается на изогнутых пластинах 7 тонким слоем, при этом происходит дегазация жидкой среды. Газ между обечайками 8, 9 по патрубкам 20 поступает к патрубку 16 и вакуумным насосом 14 откачивается из установки.

Жидкая среда с мелкими пузырьками газа с изогнутых пластин 7 растекается тремя вертикальными потоками (может быть и больше) на дегазационные обечайки 8, 9 и внутреннюю поверхность корпуса 1, т.е. на три цилиндра. Резкое увеличение площади дегазации ведет к резкому уменьшению толщины потока жидкой среды по стенкам обечаек 8, 9 и корпуса 1. Под действием вакуума, градиента давления, возникающего под действием центробежной силы в тонком слое жидкости и турбулизации, происходит практически полное извлечение газа из жидкости даже при самых неблагоприятных условиях. Точность установки корпуса 1 по вертикали не влияет на качество и эффективность его работы.

Дегазированная жидкая среда по винтовой траектории стекает вниз корпуса 1. Под действием силы Архимеда поплавковый клапан 10 поднимается вверх и дегазированная жидкая среда насосом 15 откачивается из установки в емкость.

Следует еще раз подчеркнуть особенность работы установки, связанную с возможностью регулирования величины вакуума в установке на входе недегазированной жидкой среды в корпус 1 в широком диапазоне. Величина вакуума над и под поплавковым клапаном 10 не оказывает влияния на работу установки.

Объем жидкой среды, отсекаемой поплавковым клапаном 10 при его нахождении в крайнем нижнем положении, стекает из корпуса 1 через отверстия 12 в обечайке 11. Поэтому в зимнее время дегазатор всегда будет сухим, что исключает замерзание в нем жидкости и постоянно, независимо от времени года, обеспечивается готовность установки к работе.

Установка патрубка 16 в нижней части корпуса 1 исключает переполнение корпуса 1 дегазированной жидкостью. Если уровень дегазированной жидкости достигнет торца патрубка 16 (по фиг.1), то инжекционный насос 14 автоматически переключится на откачку жидкой среды. При этом исключается применение клапанно-золотниковой системы, как это выполнено в известных дегазаторах, которые имеют сложную конструкцию и ненадежны в работе.

Жидкая среда, двигаясь со значительной скоростью по криволинейным поверхностям пластин 7, подвергается воздействию центробежной силы. Поэтому вертикальная или под углом установки и даже применение дегазационных поверхностей в виде усеченных конусов не влияет на эффективность дегазации и пропускную способность дегазатора. Конструктивное исполнение узла дегазации полностью исключает его забивание сухой коркой жидкой дегазируемой среды, а трудоемкость изготовления, габаритные размеры и масса его снижены до минимума за счет применения тонколистовой нержавеющей стали или же пластмасс. Поэтому срок службы дегазатора практически не ограничен.

В результате, совместная работа тарельчатого клапана 4, поплавкового клапана 10, компенсационной камеры 13 и вакуумных насосов 14, 15 обеспечивает автоматическое поддержание заданной величины вакуума на входе дегазируемой жидкой среды в установку, при этом достигается слив остаточного объема жидкой среды после остановки дегазирующей установки.

Непрерывный характер работы дегазатора позволяет использовать описанную установку при химической обработке буровых растворов, способствуя равномерному распределению химреагентов в его объеме.

Данная дегазационная вакуумная установка может быть использована в горной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Формула изобретения

Вакуумная дегазационная установка, содержащая цилиндрический корпус, установленный в корпусе соосно последнему приемный трубопровод, подключенные к корпусу патрубки отвода газа и дегазированной жидкой среды и размещенные в корпусе узел дегазации и поплавковый клапан, при этом корпус установлен вертикально и снабжен крышкой, установка снабжена подпружиненным относительно крышки корпуса клапаном, установленным на выходе из приемного трубопровода, и коаксильно размещенным на приемном трубопроводе с возможностью осевого перемещения поплавковым клапаном, отличающаяся тем, что узел дегазации выполнен в виде вертикально установленных в радиальном направлении вокруг приемного трубопровода в зоне его выходного сечения изогнутых пластин, сопряженных на выходе с установленными коаксиально приемному трубопроводу цилиндрическими или коническими обечайками с образованием между последними и стенками корпуса и приемного трубопровода кольцевых каналов, а на приемном трубопроводе выше поплавкового клапана размещена компенсационная камера, верхняя стенка которой выполнена из жесткого материала, а нижняя – из эластичного материала, и последняя соединена с поплавковым клапаном, причем диаметр (d₁) нижней стенки компенсационной камеры равен диаметру (d₂) отверстия в нижней стенке поплавкового клапана.

РИСУНКИ