Разделительная камера устройства для гидравлического транспортирования материалов

Изобретение относится к области гидротранспорта. Согласно изобретению в разделительной камере каждый перфорированный ограничитель продольных перемещений диафрагменного разделителя на участке, обращенном внутрь емкости, покрыт выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала. Упругость этого материала больше, чем упругость материала перфорированного ограничителя, и равна или меньше упругости материала диафрагменного разделителя. Наружный слой эластичного материала неподвижно закреплен на перфорированном ограничителе с совмещением их отверстий. Изобретение позволяет повысить срок службы разделительной камеры. 4 ил.

 

Изобретение относится к области гидротранспорта, а именно к конструкции разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов.

Известна разделительная камера устройства для гидравлического транспортирования материалов, включающая цилиндрическую емкость, три опорных элемента, установленные внутри емкости вдоль нее, полый эластичный диафрагменный разделитель емкости на ее напорную и приводную полости, выполненный в виде треугольной призмы, ребра которой связаны с опорными элементами, и закрепленный своими концами в торцах емкости с охватом им опорных элементов и расположением своей продольной оси соосно продольной оси емкости, трубопроводы подвода и отвода транспортируемой среды, сообщенные через запорные управляемые органы с напорной полостью емкости по разные стороны разделителя, и трубопроводы подвода и отвода приводной среды, сообщенные через управляемые клапаны с приводной полостью емкости (патент РФ №1652245, кл. В 65 С 53/30, 1991 г.).

Недостатком известной разделительной камеры является низкая прочность и малая циклическая долговечность эластичного диафрагменного разделителя в конце такта вытеснения транспортируемой среды из емкости из-за частых порывов на концевых участках.

Известна разделительная камера устройства для гидравлического транспортирования материалов, содержащая цилиндрическую емкость, три опорных элемента, установленные внутри емкости вдоль нее, цилиндрический, полый эластичный диафрагменный разделитель емкости на ее напорную и приводную полости, концевые участки которого на длине, равной 0,47-0,62 внутреннего диаметра емкости, выполнены армированными. Диафрагменный разделитель закреплен своими концами в торцах емкости с охватом им опорных элементов и расположением своей продольной оси соосно продольной оси емкости, при этом опорные элементы в зонах армированных концевых участков диафрагменного разделителя соединены между собой трехлопастными ограничителями поперечных перемещений диафрагменного разделителя, каждый из которых выполнен со сходящимися к оси емкости лопастями. Каждый из торцов емкости выполнен с полым перфорированным конусным ограничителем продольных перемещений диафрагменного разделителя, обращенным своим открытым основанием к торцу емкости соосно ее продольной оси. Разделительная камера содержит также трубопроводы подвода и отвода транспортируемой среды, сообщенные с емкостью по разные стороны диафрагменного разделителя через запорные управляемые органы с напорной полостью емкости, и трубопроводы подвода и отвода приводной среды, сообщенные через управляемые клапаны с приводной полостью емкости (патент РФ №2067071, кл. В 65 G 53/30, 1992 г., прототип).

Недостатком известной разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов является низкий срок службы в связи с потерей герметичности эластичного диафрагменного разделителя за счет увеличенного механического износа (подрезания, продавливания, истирания, порыва) его на отверстиях перфорированных конусных ограничителях продольных перемещений разделителя и в зонах сопряжения опорных элементов с перфорированными конусными ограничителями при многократных процессах деформации разделителя (несколько миллионов циклов) в конце вытеснения транспортируемой среды из емкости, т.е. когда эластичный разделитель полностью ложится на перфорированные конусные ограничители. Особенно сильно этот процесс проявляется при необходимости перекачивания транспортируемых сред с высоким напорным давлением на выходе устройства для гидравлического транспортирования материалов (50 атм. и более).

Вследствие армирования концевых участков диафрагменного разделителя, обладающих повышенной жесткостью в сравнении с его остальной частью, на стыке армированной и неармированной частей разделителя возникают срезывающие усилия, расслоения, приводящие к разрыву (разгерметизации) диафрагменного разделителя, что также снижает долговечность его работы.

Цель изобретения - повышение срока службы разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов за счет повышения надежности работы эластичного диафрагменного разделителя.

Эта цель достигается тем, что в разделительной камере устройства для гидравлического транспортирования материалов, включающей цилиндрическую емкость, три опорных элемента, установленные внутри емкости вдоль нее, по крайней мере, один цилиндрический, полый эластичный диафрагменный разделитель емкости на ее напорную и приводную полости, закрепленный своими концами в торцах емкости с охватом им опорных элементов и расположением своей продольной оси соосно продольной оси емкости, каждый из торцов емкости снабжен перфорированным ограничителем продольных перемещений диафрагменного разделителя, обращенным своим открытым основанием к торцу емкости соосно ее продольной оси, а также жестко закрепленные на опорных элементах ограничители поперечных перемещений диафрагменного разделителя, трубопроводы подвода и отвода транспортируемой среды, сообщенные с емкостью по разные стороны разделителя через запорные управляемые органы с напорной полостью емкости, и трубопроводы подвода и отвода приводной среды, сообщенные через управляемые клапаны с приводной полостью емкости, в отличие от прототипа каждый перфорированный ограничитель продольных перемещений диафрагменного разделителя на участке, обращенном внутрь емкости, покрыт выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала перфорированного ограничителя, и равна или меньше, чем упругость материала диафрагменного разделителя, при этом наружный слой неподвижно закреплен на перфорированном ограничителе с совмещением их отверстий.

Разделительная камера отличается тем, что ограничители поперечных перемещений диафрагменного разделителя выполнены в виде сходящихся к оси емкости, жестко закрепленных между собой перфорированных ребер жесткости, расположенных по всей длине опорных элементов и между ограничителями продольных перемещений диафрагменного разделителя, при этом каждый ограничитель продольных перемещений разделителя выполнен конусным.

Разделительная камера отличается также и тем, что опорные элементы и ребра жесткости покрыты выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала опорных элементов и ребер жесткости, и равна или меньше, чем упругость материала диафрагменного разделителя, при этом наружный слой неподвижно закреплен на опорных элементах и ребрах жесткости с условием совпадения его отверстий с отверстиями перфорированных ребер жесткости.

Разделительная камера отличается и тем, что она снабжена закрепленным своими концами в торцах емкости, по крайней мере, одним дополнительным эластичным диафрагменным разделителем, установленным коаксиально с первым эластичным диафрагменным разделителем.

Разделительная камера отличается также тем, что дополнительный эластичный диафрагменный разделитель выполнен из двух частей и расположен на концевых участках емкости на длине, равной 1,5-2 высоты конусного перфорированного ограничителя продольных перемещений диафрагменного разделителя.

Отличается разделительная камера и тем, что она может быть расположена горизонтально или с углом наклона к горизонту в пределах до 90°.

Как показали испытания разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов, проведенные в ОАО "Белкамнефть" (г. Ижевск) и на полигоне ГУП НПО "Гидротрубопровод" (г.Раменское, Московской обл.), установка в разделительной камере ограничителей продольных и поперечных перемещений диафрагменного разделителя является существенным, обязательным техническим решением для достижения поставленной цели изобретения, вне зависимости от крупности частиц транспортируемой среды.

Так, наличие в торцах емкости полых перфорированных ограничителей продольных перемещений, выполненных, например, конусными или сферическими, позволяет выдерживать на эластичном диафрагменном разделителе перепады давления до 200 атм в конце такта вытеснения транспортируемой среды из разделительной камеры. Такая ситуация возникает не только в случае выхода из строя запорных управляемых органов приводной среды, но и в штатном режиме работы при появлении сжатого газа в транспортируемой среде, который значительно уменьшает время вытеснения транспортируемой среды из разделительной камеры по сравнению с расчетным из-за уменьшения полезного объема емкости для транспортируемой среды.

Отличительные признаки разделительной камеры от прототипа, а именно каждый перфорированный ограничитель продольных перемещений диафрагменного разделителя на участке, обращенном внутрь емкости, покрыт выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала перфорированного ограничителя, и равна или меньше, чем упругость материала диафрагменного разделителя, при этом наружный слой неподвижно закреплен на перфорированном ограничителе с условием совпадения отверстий с отверстиями перфорированного ограничителя, обеспечивают снижение уровня механических воздействий (подрезания, продавливания, истирания, порыва) на эластичный диафрагменный разделитель, тем самым повышают надежность работы разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов.

Наличие ограничителей поперечных перемещений диафрагменного разделителя, расположенных под ограничителями продольных перемещений с условием их сопряжения, позволяет значительно уменьшить растягивающую деформацию (до 60%) на диафрагменном разделителе в зоне сопряжения опорных элементов и ограничителей продольных перемещений разделителя, что особенно важно при многократных процессах деформации разделителя (несколько миллионов циклов) и в условиях высоких перепадов давления в конце вытеснения транспортируемой среды из емкости.

Наличие жестко закрепленных на опорных элементах ограничителей поперечных перемещений диафрагменного разделителя, выполненных, например, в виде сходящихся к оси емкости, жестко закрепленных между собой перфорированных ребер жесткости, расположенных по всей длине опорных элементов и между конусными перфорированными ограничителями продольных перемещений диафрагменного разделителя с условием их сопряжения, позволит обеспечить максимальную жесткость ограничителей поперечных перемещений и опорных элементов, при которой достигается симметричная и равномерная деформация диафрагменного разделителя, поскольку его перемещения, происходящие под действием давления, развиваемого приводной средой, ограничены опорными элементами и ребрами жесткости, что также направлено на повышение работоспособности диафрагменного разделителя при многократных процессах деформации разделителя.

Покрытие опорных элементов и перфорированных ребер жесткости, выполненных с отверстиями, наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала опорных элементов и ребер жесткости, и равна или меньше, чем упругость материала диафрагменного разделителя и неподвижно закрепленного наружного слоя на опорных элементах и перфорированных ребрах жесткости с условием совпадения его отверстий с отверстиями ребер жесткости, также обеспечивает снижение уровня механических воздействий на эластичный диафрагменный разделитель.

Размещение в разделительной камере, по крайней мере, одного дополнительного эластичного диафрагменного разделителя, установленного коаксиально с первым разделителем и закрепленным своими концами в торцах емкости, предохраняет первый разделитель от непосредственного взаимодействия с наружной поверхностью конусного перфорированного ограничителя, опорных элементов и перфорированных ребер жесткости, тем самым также повышает надежность работы диафрагменного разделителя. При этом при появлении, например, несплошных надрезов или трещин в дополнительном разделителе и их рост при многоцикловых деформациях будет ограничен только дополнительным разделителем.

Выполнение дополнительного эластичного диафрагменного разделителя из двух частей и расположенного на концевых участках емкости на длине, равной 1,5-2 высоты перфорированного ограничителя продольных перемещений диафрагменного разделителя, предохраняет диафрагменный разделитель от взаимодействия с перфорированными поверхностями конусных ограничителей как зонами наиболее увеличенного механического износа разделителя, что повышает надежность его работы.

Разделительная камера может быть расположена с углом наклона к горизонту в пределах от 0° до 90°, причем подвод и отвод транспортируемой среды происходит через нижний конец камеры через запорные управляемые органы. Вариант с углом наклона к горизонту в 90° предпочтителен в случае появления большого процента содержания сжатого газа в транспортируемой среде.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез разделительной камеры устройства для гидравлического транспортирования материалов; на фиг.2 - продольный разрез разделительной камеры с дополнительным эластичным диафрагменным разделителем, установленным коаксиально с первым эластичным диафрагменным разделителем; на фиг.3 - поперечный разрез разделительной камеры; на фиг.4 - продольный разрез разделительной камеры с дополнительным эластичным диафрагменным разделителем, выполненным из двух частей.

Разделительная камера устройства для гидравлического транспортирования материалов включает цилиндрическую емкость 1 (фиг.1) с полым эластичным диафрагменным разделителем 2, разделяющим внутренний объем емкости 1 на напорную 3 и приводную 4 полости. Диафрагменный разделитель 2 выполнен цилиндрическим по форме и размерам емкости 1 и закреплен своими концами в торцах емкости. Разделитель 2 опирается на три жестких опорных элемента 5, расположенных вдоль образующих цилиндрической емкости 1. В торцах емкости размещены конусные перфорированные ограничители 6 продольных перемещений разделителя, обращенные своими открытыми основаниями к торцу емкости соосно ее продольной оси. На опорных элементах жестко закреплены ограничители 7 поперечных перемещений диафрагменного разделителя, расположенные под ограничителями продольных перемещений 6 разделителя.

Каждый конусный перфорированный ограничитель 6 на участке, обращенном внутрь емкости, покрыт выполненным с отверстиями наружным слоем 8 эластичного материала, например из эластомера, при этом конусный перфорированный ограничитель выполнен металлическим. Наружный слой 8 неподвижно закреплен на перфорированном ограничителе 6 с условием совпадения их отверстий.

Ограничители поперечных перемещений диафрагменного разделителя выполнены в виде сходящихся к оси емкости, жестко закрепленных между собой перфорированных ребер жесткости 9 (фиг.2), расположенных по всей длине опорных элементов 5 между ограничителями 6 с условием их сопряжения (фиг.2 и 3).

Опорные элементы 5 и перфорированные ребра жесткости 9 покрыты выполненным с отверстиями наружным слоем 10 (фиг.3) эластичного материала.

Разделительная камера снабжена закрепленным своими концами в торцах емкости дополнительным эластичным диафрагменным разделителем 11, установленным коаксиально с первым эластичным диафрагменным разделителем 2 (фиг.2). Дополнительный эластичный диафрагменный разделитель выполнен из двух частей и расположен на концевых участках емкости на длине, равной 1,5-2 высоты конусного перфорированного ограничителя 6 продольных перемещений разделителя (фиг.4).

С емкостью 1 связаны трубопровод 12 подвода и трубопровод 13 отвода приводной среды, а также трубопровод 14 подвода и трубопровод 15 отвода транспортируемой среды. Все трубопроводы снабжены арматурой, клапанами 16, 17 и запорными органами 18 и 19. Трубопроводы 12 и 13 подсоединены к емкости 1 с помощью патрубков 20, установленных в стенках емкости 1.

Работает разделительная камера следующим образом. В исходном состоянии напорная полость 3 полностью заполнена транспортируемой средой, при этом клапан 17 и запорный орган 18 трубопровода 14 подвода приводной среды и трубопровода 13 отвода транспортируемой среды открыты, а клапан 16 и запорный орган 19 трубопровода 12 подвода приводной среды закрыты. Разделитель 2 прижимается к стенкам емкости 1 под действием давления транспортируемой среды.

Нагнетание транспортируемой среды в напорный трубопровод 15 начинается с подачи приводной среды по трубопроводу 12 в приводную полость 4. При этом клапан 16 и запорный орган 19 открыты, а клапан 17 и запорный орган 18 закрыты. В конце такта нагнетания разделитель 2 занимает положение, указанное штриховой линией на фиг.1-5 (поз. 21), при этом приводная полость 4 заполнена приводной средой. Далее клапан и запорные органы занимают исходное положение: клапан 17 и запорный орган 18 открыты, а клапан 16 и запорный орган 19 закрыты. В этом состоянии транспортируемая среда заполняет напорную полость 3, а приводная среда удаляется из приводной полости 4. После того как напорная полость 3 полностью заполнится транспортируемой средой, процесс повторяется в вышеуказанной последовательности.

Наличие перфорированных наружных слоев 8 и 10 из эластичного материала на перфорированных ограничителях 6 и опорных элементах 5 с ограничителями поперечных перемещений разделителя, выполненных в виде перфорированных ребер жесткости 9 во время работы разделительной камеры, позволяет снизить уровень механических воздействий на эластичный разделитель 2 на кромках отверстий в случаях присутствия абразивных частиц в транспортируемой среде и при многократных деформациях разделителя, когда разделитель ложится под перепадом давления на перфорированные ограничители 6 и ребра жесткости 9 в конце вытеснения транспортируемой среды из емкости (при выходе из строя запорных управляемых органов приводной среды и в штатном режиме работы при появлении сжатого газа в транспортируемой среде).

Устройства для гидравлического транспортирования материалов на основе предлагаемой разделительной камеры и на принципе замещения перекачиваемой среды приводной (вода, воздух или масло) предназначены для гидротранспортирования многофазных сред (нефть-вода-газ-мех.примеси), абразивной пульпы (отходов обогащения руд, концентратов, шламовых вод), химически активных материалов (серной кислоты и ее растворов, ароматических эссенций), водоугольного топлива.

Характеристики и к.п.д. таких устройств близки к характеристикам приводных насосов (центробежных, маслонасосов и т.д.) и могут использоваться в энергетике, горнодобывающей, химической и пищевой промышленности, при добыче и переработке нефти, в строительстве, сельском и коммунальном хозяйстве. Они относятся к экологически чистому оборудованию, так как отсутствуют утечки и сальниковые уплотнения по перекачиваемой среде, и за счет этого имеют ряд преимуществ:

- не имеют утечек перекачиваемого материала и не загрязняют окружающую среду;

- не изменяют гранулометрического состава исходной пульпы;

- могут использоваться во вредных и опасных производствах.

1. Разделительная камера устройства для гидравлического транспортирования материалов, включающая цилиндрическую емкость, три опорных элемента, установленных внутри емкости вдоль нее, по крайней мере, один цилиндрический, полый эластичный диафрагменный разделитель емкости для разделения емкости на ее напорную и приводную полости, закрепленный своими концами в торцах емкости с охватом им опорных элементов и расположением своей продольной оси соосно продольной оси емкости, каждый из торцов емкости снабжен перфорированным ограничителем продольных перемещений диафрагменного разделителя, обращенным своим открытым основанием к торцу емкости соосно ее продольной оси, а также жестко закрепленные на опорных элементах ограничители поперечных перемещений диафрагменного разделителя, трубопроводы подвода и отвода транспортируемой среды, сообщенные с емкостью по разные стороны разделителя через запорные управляемые органы с напорной полостью емкости, и трубопроводы подвода и отвода приводной среды, сообщенные через управляемые клапаны с приводной полостью емкости, отличающаяся тем, что каждый перфорированный ограничитель продольных перемещений диафрагменного разделителя на участке, обращенном внутрь емкости, покрыт выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала перфорированного ограничителя, и равна или меньше упругости материала диафрагменного разделителя, при этом наружный слой эластичного материала неподвижно закреплен на перфорированном ограничителе с совмещением их отверстий.

2. Разделительная камера по п.1, отличающаяся тем, что ограничители поперечных перемещений диафрагменного разделителя выполнены в виде сходящихся к оси емкости, жестко закрепленных между собой перфорированных ребер жесткости, расположенных по всей длине опорных элементов и между ограничителями продольных перемещений диафрагменного разделителя, при этом каждый ограничитель продольных перемещений разделителя выполнен конусным.

3. Разделительная камера по п.2, отличающаяся тем, что опорные элементы и ребра жесткости ограничителей поперечных перемещений диафрагменного разделителя покрыты выполненным с отверстиями наружным слоем эластичного материала, упругость которого больше, чем упругость материала опорных элементов и ребер жесткости ограничителей поперечных перемещений диафрагменного разделителя, и равна или меньше, чем упругость материала диафрагменного разделителя, при этом упомянутый наружный слой неподвижно закреплен на опорных элементах и ребрах жесткости с совпадением его отверстий с отверстиями перфорированных ребер жесткости.

4. Разделительная камера по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленным своими концами в торцах емкости, по крайней мере, одним дополнительным эластичным диафрагменным разделителем, установленным коаксиально с первым эластичным диафрагменным разделителем.

5. Разделительная камера по п.4, отличающаяся тем, что дополнительный эластичный диафрагменный разделитель выполнен из двух частей и расположен на концевых участках емкости на длине, равной 1,5-2 высоты конусного перфорированного ограничителя продольных перемещений диафрагменного разделителя.

6. Разделительная камера по п.1 или 5, отличающаяся тем, что она расположена горизонтально или с углом наклона к горизонту до 90°.