Устройство для классификации и обезвоживания суспензий

 

Сущность изобретения: устройство содержит корпус с загрузочным патрубком и разгрузочными приспособлениями, фильтрующий элемент, разделяющий корпус на камеру исходной суспензии и камеру фильтрата, и поршень, снабженный патрубками, установленными под острым углом к центру поршня, имеющими внутри буртик, винт и установленную между ними втулку из эластичнего материала, внутренняя часть которой выполнена с У-образным клиновидным кольцевым приливом, острие которого направлено в сторону поршня. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для классификации и обезвоживания суспензий, в частности для очистки буровых растворов, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, горной, строительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для классификации и обезвоживания суспензий, включающее корпус с загрузочным патрубком и разгрузочным приспособлением, фильтровальную перегородку, разделяющую камеру на две части, в каждой из которой установлены поршни, закрепленные посредством гибких элементов в торцах корпуса [1] .

Недостатком устройства является низкая эффективность очистки из-за неизменяемости геометрических параметров гидравлических каналов плоского поршня и фильтрующего элемента, что исключает регулировку соотношений гидравлических сопротивлений в поршне и фильтровальной перегородке при изменении реологии бурового раствора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство для классификации и обезвоживания суспензий, включающее корпус с загрузочным патрубком и разгрузочными приспособлениями, фильтрующий элемент, разделяющий корпус на камеру исходной суспензии и камеру фильтрата, поршень, установленный в камере фильтрата, связанный с вибровозбудителем и выполненный с отверстиями [2] .

Недостатками устройства являются низкая производительность из-за временной связи цикла регенерации с начальной стадией движения поршня, имеющего в этот момент минимальную скорость перемещения и отсутствия возможности регулирования соотношений гидравлических сопротивлений в поршне и в фильтрующем элементе в зависимости от реологии бурового раствора, а также сложность изготовления и ухудшение условий работы устройства из-за необходимости преодолевать дополнительное сопротивление, вызванное работой в заполненном пространстве.

Цель изобретения - повышение производительности устройства за счет улучшения процесса регенерации фильтрующего элемента.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для классификации и обезвоживания суспензий, включающее корпус с загрузочным патрубком и разгрузочными приспособлениями, фильтрующий элемент, разделяющий корпус на камеру исходной суспензии и камеру фильтрата, поршень установленный в камере фильтрата, связанный с вибровозбудителем и выполненный с отверстиями, оно снабжено жестко закрепленными на поршне патрубками с расположенными внутри них кольцевым буртиком, втулкой и винтом, при этом ось патрубка образует с плоскостью поршня острый угол, направленный острием к центру поршня, внутренние полости патрубков и отверстий поршня сообщены, а вдоль внутренней поверхности каждого патрубка между его выходным торцом и кольцевым буртиком выполнена резьба, причем втулка установлена между винтом и кольцевым буртиком и выполнена из эластичного материала, а ее внутренняя центральная часть выполнена с У-образным клиновидным кольцевым приливом с острием клина, направленным в сторону поршня.

Фильтрующий элемент выполнен в виде двух расположенных с зазором друг над другом пластин с отверстиями, между которыми расположены три перфорированные сетки, причем размер отверстий крайних сеток больше, чем размер отверстий средней сетки, а отверстия пластин расположены соосно в шахматном порядке.

Основной расчетной зависимостью для определения необходимых размеров отверстий при этом является следующая форма прикладной гидродинамики: Q = m x w где Q - объем жидкости, протекающей в единицу времени через данное сечение; w - площадь отверстия; H - напор жидкости; g - ускорение силы тяжести; m - коэффициент расхода (для отверстий в тонкой стенке m = 0,6, для отверстий с внешними насадками в виде коротких цилиндрических труб m = 0,8).

На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 - разрез поршня вертикальной плоскостью, проходящей через ось патрубка; на фиг. 3 - разрез фильтрующего элемента; на фиг. 4 - схема перфорации фильтрующего элемента.

Устройство содержит корпус 1 с загрузочным патрубком 2 и разгрузочными приспособлениями для очищенного фильтрата 3 и для шлама 4. Внутри корпуса расположен фильтрирующий элемент 5, разделяющий корпус на камеру исходной суспензии 6 и камеру фильтрата 7. Фильтрующий элемент 5 выполнен в виде двух расположенных с зазором друг над другом пластин 8 и 9 с отверстиями 10, между которыми расположены три перфорированные сетки 11 и 12 (сетки 11 и 12 зажаты пластинами 8 и 9). Размер отверстий крайних 11 сеток больше, чем размер отверстий средней 12 сетки. Отверстия 10 пластин 8 и 9 расположены соосно в шахматном порядке (по схеме плотной гексагональной упаковки, когда прямые соединяющие центры трех соседних отверстий образуют равносторонний треугольник). Камера фильтрата 7 сверху перекрыта поршнем 13, связанным с вибровозбудителем 14 и выполненным с отверстиями 15. Днище 16 корпуса 1 с разгрузочным приспособлением для шлама 4 выполнено в виде конуса и соединено с камерой исходной суспензии 6 посредством гибких связей 17.

На поршне 13 жестко закреплены трубки 18 с расположенными внутри них кольцевым буртиком 19, втулкой 20 и винтом 21. Ось патрубка 18 образует с плоскостью поршня острый угол, направленный острием к центру поршня 13. Внутренние полости патрубков 18 и отверстий поршня 13 сообщены. Вдоль внутренней поверхности каждого патрубка 18 между его выходным торцом 22 и кольцевым буртиком 19 выполнена резьба. Втулка 20 установлена между винтом 21 и кольцевым буртиком 19 и выполнена из эластичного материала. Внутренняя центральная часть втулки 20 выполнена с У-образным клиновидным кольцевым приливом с острием клина, направленным в сторону поршня.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая суспензия подается через загрузочный патрубок 2 в камеру 6 исходной суспензии. Жидкая фаза с частицами, размеры которых меньше отверстий 10 фильтрующего элемента 5, проходит сквозь него и поступает в камеру 7 фильтрата. Твердая фаза, размеры которой больше эффективного сечения отверстий 10 фильтрующего элемента 5, задерживается им и выводится через разгрузочное приспособление 4.

Одновременно с этим происходит возвратно-поступательное перемещение поршня 13 при помощи вибровозбудителя 14. Возвратно-поступательное движение поршня вызывает нормальные колебания жидкости относительно фильтрующего элемента 5. Кратное превышение суммарного гидравлического сечения пластин фильтрующего элемента 5 над гидравлическим сечением перфорированного поршня 13 позволяет при относительно низких скоростях движения поршня 13 вниз создавать в зоне фильтрата достаточно высокие давления, под действием которых часть фильтрата через отверстия в поршне 13 уходит в емкость для очищенного фильтрата, а другая часть возвращается в зону исходной суспензии через фильтрующий элемент с целью его очистки от твердых частиц. При ходе поршня 13 вверх попадание в зону фильтрата очищенного бурового раствора или воздуха не происходит за счет перекрытия внутренней полости патрубка 18 втулкой 20, увеличивается степень разряжения в камере фильтрата и повышается степень ее заполнения. Втулка 20 из эластичного материала меняет свой внутренний диаметр в зависимости от степени ее сжатия. У-образный клиновидный кольцевой прилив с острием клина, направленным к поршню, позволяет более резко уменьшить внутренний диаметр проходного отверстия при ходе поршня 13 вниз, что более резко повышает давление в камере фильтрата и чем вызывается возрастание скорости истечения очищенного фильтрата.

Острый угол, образованный осью патрубка 18 и плоскостью поршня 13, позволяет при ходе поршня вниз очищенному фильтрату образовывать наклонные струи, которые снижают гидравлическое сопротивление движению очищенного фильтрата на поверхности поршня 13.

Фильтрующий элемент, выполненный в виде сетки с маленькими отверстиями, расположенной между сетками с более крупными отверстиями, которые зажаты между плоскими пластинами, позволяет предохранить от разрушения мелкоячеистую сетку при знакопеременных нагрузках.

Расположение отверстий в пластинах в шахматном порядке позволяет создать максимум суммарного поперечного сечения всех отверстий при сохранении максимально возможной жесткости и прочности пластин. (56) 1. Авторское свидетельство N 1064974, кл. В 01 D 17/08, 1982.

2. Авторское свидетельство N 1346194, кл. В 01 D 29/38, 1985.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ , содеpжащее коpпус с загpузочным патpубком и pазгpузочными пpиспособлениями, фильтpующий элемент, pазделяющий коpпус на камеpу исходной суспензии и камеpу фильтpата, установленный в последней поpшень с отвеpстиями и вибpопpивод, жестко соединенный с поpшнем, отличающееся тем, что поpшень снабжен патpубками, пpикpепленными к кpомкам отвеpстий под остpым углом к плоскости поpшня и напpавленными к центpу последнего, пpи этом патpубки имеют pасположенные внутpи них буpтик, пpижимной винт и установленную между последними втулку из эластичного матеpиала, внутpенняя часть котоpой выполнена с У-обpазным клиновидным кольцевым пpиливом, остpие котоpого напpавлено в стоpону поpшня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4