RU2174036C1

RU2174036C1 - Apparatus for removing liquid from mechanical inclusions

Info

Publication number: RU2174036C1
Application number: RU2000125478/12A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Михеев
Original assignee: Михеев Николай Александрович
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2001-09-27

Abstract

FIELD: mud cleaning equipment. SUBSTANCE: apparatus has vertical cylindrical housing with cover and conical bottom, which is connected through mechanical inclusion discharge device to movable auger equipped with rotary gate. Auger rotation drive and housing are mounted on frame. Clean liquid discharge branch pipe is mounted on cover and its free end embraces hollow perforated shaft end oriented to housing cover. Unit for activating basic liquid is fixed on outer surface of hollow perforated shaft and unit for urging clean liquid to be discharged beyond housing is placed inside perforated shaft. Impeller blades manufactured of resilient material have length commensurable with length of hollow perforated shaft. Apparatus allows liquid cleaning extent to be improved at any sizes of particles and toughness of mechanical inclusions. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к очистке жидкостей от механических примесей, в частности к устройствам для очистки буровых растворов. The invention relates to the purification of fluids from solids, in particular to devices for cleaning drilling fluids.

Известен блок для очистки бурового раствора, содержащий установленные на одной общей раме и последовательно взаимосвязанные в технологической цепочке очистительные устройства, образующие ступень предварительной очистки с фильтрующим устройством, которое посредством желоба связано с блоком гидроциклона, образующего ступень тонкой очистки, при этом ступень предварительной очистки имеет отстойник, внутренний объем которого разделен на высоту отстойной части продольной сплошной и двумя поперечными сетчатыми перегородками, а первая и последняя секции его имеют приемный и сливной карманы, последний из которых желобом соединен с фильтрующим устройством, выполненным в виде вращающегося барабана, а система связывающих желобов выполнена в виде общего желоба, объединяющего между собой все очистительные устройства и снабженного отводами к каждому из них, причем система снабжена перепускными окнами с шиберами с обеспечением возможности включения обеих или каждой по отдельности ступеней [1]. A well-known block for cleaning drilling fluid containing cleaning devices installed on one common frame and connected in series with the processing chain, forming a pre-treatment stage with a filter device, which is connected via a trench to a hydrocyclone block forming a fine-cleaning stage, while the pre-treatment stage has a sump , the internal volume of which is divided by the height of the settling part of the longitudinal continuous and two transverse mesh partitions, and the first and the last section has a receiving and drain pockets, the last of which is connected to a filtering device made in the form of a rotating drum, and the system of connecting channels is made in the form of a common channel connecting all cleaning devices and equipped with taps to each of them, moreover, the system equipped with bypass windows with gates to ensure the inclusion of both or each of the steps [1].

Установка блока на единой раме с телескопическими стойками позволила упростить наладку и обслуживание блока при эксплуатации, вместе с тем, последовательная технологическая цепочка очистительных устройств предопределила сохранение высокой металлоемкости блока, а ручное управление каждым из них - большую трудоемкость в эксплуатации, значительным осталось и энергопотребление ступенями очистки. The installation of the unit on a single frame with telescopic racks made it possible to simplify the commissioning and maintenance of the unit during operation, however, the sequential technological chain of cleaning devices determined the high metal consumption of the unit, and manual control of each of them made it more labor intensive to operate, and the power consumption of the cleaning steps remained significant. .

Известен отстойник для осаждения и обезвоживания шламов, содержащий клиновидный в сечении корпус, на противоположных стенках которого установлены узлы ввода исходной суспензии и вывода осветленной жидкости, шнек для вывода осадка, расположенный в нижней части корпуса. Повышение эффективности работы отстойника при осаждении мелкодисперсных, склонных к агрегированию шламов обеспечено тем, что он снабжен парой наклонных перегородок, образующих в отстойнике три клиновидные зоны и выполненных с отверстиями в верхней части в виде открытых сверху окон, причем отверстия выполнены у торцов, противоположных вводу шлама в зоны, а угол наклона боковых сторон корпуса к вертикали не превышает 30^o [2].Known sedimentation tank for sedimentation and dewatering of sludge, containing a wedge-shaped cross-section of the body, on the opposite walls of which there are nodes for inputting the initial suspension and withdrawing clarified liquid, a screw for removing sediment located in the lower part of the housing. Improving the efficiency of the sump during the deposition of fine, inclined to aggregation of sludge is ensured by the fact that it is equipped with a pair of inclined baffles, forming three wedge-shaped zones in the sump and made with holes in the upper part in the form of windows open at the top, and the holes are made at the ends opposite to the input of the sludge in the zone, and the angle of inclination of the sides of the housing to the vertical does not exceed 30 ^o [2].

Увеличение траектории движения только верхнего слоя жидкости и придание потоку однонаправленного ламинарного характера течения способствуют более полному и последовательному осаждению твердой фазы в отстойнике, вместе с тем его производительность напрямую связана с металлоемкостью устройства. Кроме того, процесс очистки не управляем по объему очищаемой жидкости и вязкости шлама, так как в отстойнике отсутствуют необходимые для этого технические средства. An increase in the motion path of only the upper liquid layer and imparting a unidirectional laminar flow to the flow contribute to a more complete and consistent deposition of the solid phase in the settler, however, its performance is directly related to the metal consumption of the device. In addition, the cleaning process is not controlled by the volume of the liquid being cleaned and the viscosity of the sludge, since the necessary technical means are not available in the sump.

Известно устройство для очистки жидкости от механических примесей, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, патрубок ввода очищаемой жидкости, выполненный в верхней части корпуса, патрубок сброса механических примесей в емкость для их сбора, выполненный под конусным днищем корпуса, полую ось, установленную по продольной оси корпуса, узел активации очищаемой жидкости, выполненный в виде крыльчатки, жестко соединенной с наружной поверхностью полой оси, узел принудительного вывода очищенной жидкости, жестко связанный с полостью этой оси, единый привод вращения обоих указанных последних узлов, вал которого жестко связан с концом полой оси, патрубок вывода очищенной жидкости, установленный на крышке корпуса и соединенный одним своим концом с обращенным к крышке концом полой оси [3] . Устройство наиболее близко к изобретению по совокупности существенных признаков и принято в качестве прототипа. A device is known for cleaning liquid from mechanical impurities, comprising a vertical cylindrical body with a cover and a conical bottom, a nozzle for introducing the liquid to be cleaned, made in the upper part of the body, a pipe for dumping mechanical impurities into a container for collecting them, made under the conical bottom of the body, a hollow axis installed along the longitudinal axis of the casing, the activation unit of the liquid being cleaned, made in the form of an impeller rigidly connected to the outer surface of the hollow axis, the forced withdrawal site of the purified liquid, TCR associated with the cavity of the axis of rotation of the single drive both of said last node, the shaft is rigidly connected with the end of the hollow spindle, the purified liquid outlet pipe mounted on the housing cover and connected at one end to the lid facing the end of the hollow axle [3]. The device is closest to the invention in terms of essential features and is adopted as a prototype.

В устройстве обеспечена достаточно высокая последовательная очистка жидкости, вместе с тем эффективность очистки, как и в устройстве по [2], зависит от вязкости осаждаемого осадка. Кроме того, в устройстве процесс вывода примесей из корпуса имеет неуправляемый характер, так как скорость их вывода не регулируется, ввиду отсутствия в устройстве необходимых для этого технических средств. The device provides a sufficiently high sequential cleaning of the liquid, however, the cleaning efficiency, as in the device according to [2], depends on the viscosity of the precipitated precipitate. In addition, in the device, the process of removing impurities from the housing is uncontrollable, since the speed of their removal is not regulated, due to the lack of the necessary technical equipment in the device.

Задача изобретения состоит в создании устройства для очистки жидкости от механических примесей, в котором процессы очистки жидкости и ее отвода были бы максимально совмещены во времени, степень очистки жидкости при этом не зависила бы от размеров частиц и вязкости механических примесей, а процесс вывода примесей из устройства осуществлялся бы с регулируемой скоростью вывода. The objective of the invention is to provide a device for cleaning liquids from mechanical impurities, in which the processes of liquid purification and its removal would be maximally combined in time, the degree of liquid purification would not depend on particle sizes and viscosity of mechanical impurities, and the process of removing impurities from the device would be carried out with an adjustable output speed.

Задача решается тем, что в устройстве для очистки жидкости от механических примесей, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и конусным днищем, патрубок ввода очищаемой жидкости, выполненный в верхней части корпуса, патрубок сброса механических примесей в емкость для их сбора, выполненный под конусным днищем корпуса, полую ось, установленную по продольной оси корпуса, узел активации очищаемой жидкости, выполненный в виде крыльчатки, жестко соединенной с наружной поверхностью полой оси, узел принудительного вывода очищенной жидкости, жестко связанный с полостью этой оси, единый привод вращения обоих указанных последних узлов, вал которого жестко связан с концом полой оси, патрубок вывода очищенной жидкости, установленный на крышке корпуса и соединенный одним своим концом с обращенным к крышке концом полой оси, согласно изобретению лопасти крыльчатки выполнены из упругого материала и имеют длину, соизмеримую с длиной полой оси, а патрубок сброса механических примесей снабжен подвижным шнеком и поворотной заслонкой с узлом регулирования силы ее открывания. The problem is solved in that in a device for cleaning liquids from mechanical impurities, containing a vertical cylindrical body with a lid and a conical bottom, a nozzle for introducing the liquid to be cleaned, made in the upper part of the body, a pipe for dumping mechanical impurities into a container for collecting them, made under the conical bottom of the body , a hollow axis mounted along the longitudinal axis of the housing, an activation unit for the liquid being cleaned, made in the form of an impeller rigidly connected to the outer surface of the hollow axis, a forced withdrawal unit fluid, rigidly connected with the cavity of this axis, a single rotation drive of both of these last nodes, the shaft of which is rigidly connected to the end of the hollow axis, a purified fluid outlet pipe mounted on the housing cover and connected at one end to the end of the hollow axis facing the cover, according to According to the invention, the impeller blades are made of elastic material and have a length commensurate with the length of the hollow axis, and the discharge pipe of mechanical impurities is equipped with a movable screw and a rotary shutter with its power control unit open and I.

Целесообразно в качестве упругого материала лопастей использовать резину. It is advisable to use rubber as the elastic material of the blades.

Целесообразно лопасти выполнить с переменной по высоте жесткостью, уменьшаемой от основания к вершине лопасти. It is advisable to carry out the blade with a height-varying stiffness, reduced from the base to the top of the blade.

Целесообразно узел принудительного вывода очищенной жидкости выполнить в виде жестко связанной с полостью перфорированной оси обоймы и жестко связанного с концом пропущенного через отверстие в стенке патрубка вала привода вращения кольца, при этом обойму жестко соединить с кольцом при помощи радиально установленных лопастей, предназначенных для отбора очищенной жидкости из полости оси. It is advisable to make the forced withdrawal unit of the purified liquid in the form of a cage rigidly connected to the cavity of the perforated axis and rigidly connected to the end of the ring rotation drive shaft pipe passed through the hole in the wall, while the cage is rigidly connected to the ring using radially mounted blades designed to select the purified liquid from the axis cavity.

Целесообразно также снабдить устройство рамой, а шнек - поворотной заслонкой с узлом регулирования силы ее открывания и приводом вращения шнека, жестко связанным с рамой. It is also advisable to equip the device with a frame, and the auger with a rotary damper with a control unit for the force of its opening and a screw rotation drive rigidly connected to the frame.

Целесообразно крышку корпуса снабдить стойкой с подшипниковым узлом, а привод вращения системы "полая перфорированная ось - узел активации - узел принудительного вывода жидкости" жестко связать со стойкой. It is advisable to provide the housing cover with a stand with a bearing assembly, and the rotary drive of the system "perforated hollow axis - activation assembly - forced fluid outlet" is rigidly connected to the strut.

Целесообразно узел регулирования силы открывания заслонки шнека выполнить в виде жестко связанного с заслонкой стержня с резьбовым поясом и противовеса, установленного с возможностью перемещения по резьбе стержня. It is advisable to control the opening force of the auger shutter flap in the form of a rod rigidly connected to the flap with a threaded belt and a counterweight mounted to move along the thread of the rod.

При использовании изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в:
- резком, по меньшей мере в 8-10 раз, повышении производительности устройства при одновременном улучшении качества очистки жидкости независимо от состава и консистенции механических примесей, что обусловлено отбрасыванием последних к стенкам цилиндрического корпуса при закручивании поступающего в него потока исходной жидкости с помощью узла активации и одновременном отборе образовавшегося в полости оси столба чистой жидкости с помощью узла ее принудительного вывода через крышку устройства;
- снижении веса устройства и энергопотребления при его эксплуатации, что обусловлено использованием маломощного электропривода для закручивания очищаемого потока жидкости и периодическим включением привода шнека для удаления шлама, а также компактностью рамы для монтажа устройства;
- возможности регулирования и управления процессом очистки в соответствии с вязкостью поступающей в устройство жидкости, что обусловлено возможностью регулирования числа оборотов полой перфорированной оси с помощью электропривода.When using the invention, a technical result can be obtained, expressed in:
- a sharp, at least 8-10 times, increase in the productivity of the device while improving the quality of liquid purification, regardless of the composition and consistency of mechanical impurities, which is caused by the dropping of the latter to the walls of the cylindrical body when the incoming fluid stream is twisted into it using the activation unit and simultaneous selection of the pure liquid formed in the cavity of the axis of the column of the column using the node for its forced withdrawal through the cover of the device;
- reducing the weight of the device and energy consumption during its operation, which is due to the use of a low-power electric drive to swirl the cleaned fluid flow and periodic activation of the auger drive to remove sludge, as well as the compact frame for mounting the device;
- the possibility of regulating and controlling the cleaning process in accordance with the viscosity of the liquid entering the device, which is due to the possibility of regulating the number of revolutions of the hollow perforated axis using an electric drive.

Другие преимущества заявляемого изобретения будут видны из описания и чертежей, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Other advantages of the claimed invention will be apparent from the description and drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the device; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - section BB in FIG. 1.

Устройство для очистки жидкости от механических примесей содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с герметично установленной на нем крышкой 2 и конусным днищем 3, которое посредством патрубка 4 сброса механических примесей соединено с подвижным шнеком 5, установленным в емкости для сбора примесей (не показана) и снабженным поворотной заслонкой 6, на которой жестко закреплен узел регулирования силы ее открывания, включающий резьбовой стержень 7 с установленным на его резьбе противовесом 8. Привод 9 шнека 5 и корпус 1 установлены на раме 10 устройства, а патрубок 11 вывода очищенной жидкости установлен на крышке 2 так, что его свободный конец пропущен через крышку, а геометрическая ось этого конца патрубка совмещена с геометрической продольной осью 12 корпуса 1, по которой в цилиндре корпуса установлена полая перфорированная ось 13, с наружной поверхностью которой жестко связан узел 14 активации очищаемой жидкости, а в полости которой жестко закреплен узел 15 принудительного вывода очищенной жидкости за пределы устройства. Узел 14 может быть выполнен в виде равномерно распределенных по периметру оси 13 лопастей 15 (фиг. 2), длина которых практически совпадает с длиной оси, а жесткость которых уменьшается от основания лопасти к ее вершине. Узел 15 может быть выполнен в виде жестко связанной с полостью 16 оси 13 обоймы 17 (фиг. 3) и внутреннего кольца 18, жестко связанных друг с другом при помощи лопастей 19, предназначенных для отбора очищенной жидкости из полости перфорированной оси. Узлы 14 и 15 имеют единый привод 20 вращения, жестко закрепленный на стойке 21 крышки 2, вал 22 этого привода через сальниковое устройство 23 пропущен в полость патрубка 11, установлен в жестко закрепленном внутри патрубка подшипниковом узле 24 и своим свободным концом жестко связан с кольцом 18 узла 15. A device for cleaning liquids from mechanical impurities contains a vertical cylindrical body 1 with a cap 2 sealed on it and a conical bottom 3, which is connected via a nozzle 4 for dumping mechanical impurities to a movable screw 5 installed in a container for collecting impurities (not shown) and equipped with a rotary a shutter 6, on which a knot for controlling the force of its opening is rigidly fixed, including a threaded rod 7 with a counterweight installed on its thread 8. The drive 9 of the screw 5 and the housing 1 are mounted on the frame 10 devices, and the outlet pipe 11 for the output of the purified liquid is mounted on the cover 2 so that its free end is passed through the cover, and the geometric axis of this end of the pipe is aligned with the geometric longitudinal axis 12 of the housing 1, along which a hollow perforated axis 13 is installed in the cylinder of the housing, the surface of which is rigidly connected node 14 activation of the cleaned liquid, and in the cavity of which is rigidly fixed node 15 for the forced withdrawal of the purified liquid outside the device. The node 14 can be made in the form of blades 15 evenly distributed along the axis 13 of the axis 13 (Fig. 2), the length of which practically coincides with the length of the axis, and the rigidity of which decreases from the base of the blade to its top. The node 15 can be made in the form of a rigidly connected to the cavity 16 axis 13 of the cage 17 (Fig. 3) and the inner ring 18, rigidly connected to each other by means of blades 19, designed to select the purified fluid from the cavity of the perforated axis. The nodes 14 and 15 have a single rotation drive 20, rigidly mounted on the rack 21 of the cover 2, the shaft 22 of this drive through the stuffing box 23 is passed into the cavity of the pipe 11, installed in the bearing unit 24, which is rigidly fixed inside the pipe, and is rigidly connected with its free end to the ring 18 node 15.

Устройство работает следующим образом. Поток очищаемой жидкости по патрубку 25 подается в корпус 1, где при включении привода 20 под воздействием узла 14 активации подвергается интенсивному закручиванию вокруг продольной оси 12. Все механические примеси при этом за счет центробежных сил, независимо от размеров и удельного веса, постоянно отбрасываются к стенке полости корпуса 1, одновременно в полости 16 оси 13 образуется столб очищенной жидкости, которая под воздействием узла 15 интенсивно выводится по патрубку 11 за пределы устройства, а перфорация 26 оси 13 способствует перемещению осадка на днище 3. Накопленный в процессе работы устройства осадочный слой под собственным весом перемещается воль стенок полости корпуса 1 к конусному днищу 3 и через патрубок 4 к шнеку 5, силу открывания заслонки 6 относительно оси 27 которого регулируют следующим образом:
- при повышенной вязкости осадка противовес 8 сближают со свободным концом стержня 7;
- при пониженной вязкости осадка противовес сближают с наружной поверхностью заслонки 6.The device operates as follows. The flow of the liquid to be cleaned through the nozzle 25 is supplied to the housing 1, where when the actuator 20 is turned on, it is subjected to intensive twisting around the longitudinal axis 12 under the influence of the activation unit 14. In this case, all mechanical impurities are constantly discarded to the wall due to centrifugal forces, regardless of size and specific gravity. cavity of the housing 1, simultaneously in the cavity 16 of the axis 13 a column of purified liquid is formed, which, under the influence of the node 15, is intensively discharged along the pipe 11 outside the device, and the perforation 26 of the axis 13 facilitates the movement of cage on the bottom 3. The sedimentary layer accumulated during operation of the device under its own weight moves the will of the walls of the cavity of the housing 1 to the conical bottom 3 and through the pipe 4 to the screw 5, the opening force of the shutter 6 relative to the axis 27 of which is regulated as follows:
- with increased viscosity of the sediment, the counterweight 8 is brought closer to the free end of the rod 7;
- with a reduced viscosity of the sediment, the counterweight is brought closer to the outer surface of the shutter 6.

Таким образом, при включении привода 9 шнеком 5 осуществляется сброс осадка со скоростью, соответствующей параметрам исходной жидкости и условиям работы узла 14 по осаждению осадка на стенку полости корпуса 1. Thus, when the drive 9 is turned on by the screw 5, the sediment is discharged at a speed corresponding to the parameters of the initial liquid and the operating conditions of the assembly 14 for depositing sediment on the wall of the cavity of the housing 1.

Опытный образец устройства прошел всесторонние испытания по очистке бурового раствора. Устройство эффективно и с производительностью 50 л/сек выдавало очищенный раствор, который затем использовался в работе при бурении. Промышленное использование в составе оборудования нефтепромыслов запланировано с начала 2001 года. The prototype of the device has passed comprehensive tests for cleaning the drilling fluid. The device efficiently and with a capacity of 50 l / s produced a purified solution, which was then used in drilling work. Industrial use as part of oilfield equipment is planned from the beginning of 2001.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Свидетельство Российской Федерации на полезную модельN 4918, кл B 01 D 21/00, 16.09.1997, БИ N 9.Sources of information taken into account when preparing the application
1. Certificate of the Russian Federation for utility model N 4918, class B 01 D 21/00, 09.16.1997, BI N 9.

2. Патент Российской Федерации N 2147455, кл. B 21 D 21/00, 20.04.2000, БИ N 11. 2. Patent of the Russian Federation N 2147455, cl. B 21 D 21/00, 04/20/2000, BI N 11.

3. SU N 1310027, кл. B 04 C 5/12, опубл. 15.05.1987. 3. SU N 1310027, class B 04 C 5/12, publ. 05/15/1987.

Claims

1. A device for cleaning liquids from mechanical impurities, comprising a vertical cylindrical body with a cover and a conical bottom, a nozzle for introducing the liquid to be cleaned, made in the upper part of the body, a pipe for dumping mechanical impurities into a container for collecting them, made under the conical bottom of the body, a hollow axis, mounted along the longitudinal axis of the housing, the activation unit of the liquid being cleaned, made in the form of an impeller, rigidly connected to the outer surface of the hollow axis, the forced withdrawal unit of the purified liquid, rigidly connected connected with a cavity of this axis, a single drive of rotation of both of these last nodes, the shaft of which is rigidly connected to the end of the hollow axis, a nozzle of the outlet for purified liquid mounted on the housing cover and connected at one end to the end of the hollow axis, characterized in that the blades the impellers are made of elastic material and have a length commensurate with the length of the hollow axis, and the discharge pipe of mechanical impurities is equipped with a movable screw and a rotary damper with a unit for regulating its opening force.

2. The device according to claim 1, characterized in that rubber is used as the elastic material of the blades.

3. The device according to claim 2, characterized in that the blades are made with variable height rigidity, reduced from the base to the top of the blade.

4. The device according to claim 1, characterized in that the forced withdrawal unit of the purified liquid is made in the form of a clip rigidly connected to the cavity of the perforated axis of the ring and rigidly connected to the end of the ring rotation shaft drive pipe through the hole in the wall, the ring being rigidly connected to the ring with the help of radially mounted blades designed to select purified fluid from the axis cavity.

5. The device according to claim 1, characterized in that it is provided with a frame, and the screw has a rotation drive rigidly connected to the frame.

6. The device according to claim 1, characterized in that the housing cover is provided with a stand with a bearing assembly, and the rotational drive of the system is a forced fluid outlet assembly — a hollow perforated axis — the fluid activation assembly is rigidly connected to the stand.

7. The device according to claim 5, characterized in that the control unit for the opening force of the screw shutter is made in the form of a rod rigidly connected to the valve with a threaded belt and a counterweight mounted to move along the thread of the rod.