RU2519681C2 - Насосная система - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к насосным системам, предназначенным для подачи суспензий. Насосная система содержит: два сосуда (12) высокого давления, каждый из которых содержит внутреннюю эластичную камеру; насос, поочередно подающий воду через трубопровод (30) в камеры; трубопровод (26) для суспензии, через который поочередно протекает суспензия из каждого сосуда высокого давления, при расширении его камеры; и управляющее устройство (160), обеспечивающее подачу воды в одну камеру незадолго до полного сжатия другой и наоборот. Управляющее устройство (160) выполнено с возможностью подачи в камеру (60) предварительно определенного объема первой жидкости, измеряемого по отношению к переустанавливаемой отсчетной точке, при поступлении первой жидкости в камеру (60) через отверстие (22) для первой жидкости. В устройстве обеспечено измерение объема первой жидкости, вытекающей из камеры (60), с обеспечением подачи предварительно определенного объема второй жидкости в емкость (192) для второй жидкости через отверстие (18) для второй жидкости. Повышается надежность, снижается стоимость, не требуются подкачивающие насосы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к насосным системам и к блокам сосуда высокого давления, применимым, в частности, в насосных системах, предназначенных для подачи суспензии.

[0002] Эффективная подача суспензии является технически сложной задачей. Для достижения заданного насосного давления обычно используют последовательно соединенные центробежные насосы. Например, для работы с давлением приблизительно в 20 бар необходимо семь насосов, каждый с давлением около 3 бар.

[0003] Суспензия может быть высоко абразивной. Таким образом, изнашиваемые детали насосов должны быть покрыты абразивостойкими материалами. Для минимизации износа, в насосах должны быть выполнены большие зазоры, что негативно влияет на их производительность. Еще один негативный фактор заключается в том, что скорость вращения крыльчатки должна быть низкой, во избежание чрезмерного износа крыльчатки центробежного насоса и спирального корпуса.

[0004] Снижение эффективности насоса, обусловленное увеличением его срока службы, приводит к высокому энергопотреблению. Тем не менее, расходы на техническое обслуживание высоки из-за частой замены изнашиваемых деталей.

[0005] Из уровня техники известны различные технологии, относящиеся к вышеуказанным вопросам. В связи с этим приведены ссылки на следующие документы: US 4229143, UK 945624, US 5213478, EP 0249655, WO 97/49897, US 3951572, US 2002/0011579 и WO 2006/076827.

[0006] Без тщательного изучения этих документов следует отметить, что в некоторых случаях применяют такие механические соединения между ведущим и ведомым компонентами, которые могут существенно увеличить уровень технических проблем. Передача энергии при помощи маслосодержащей гидравлической жидкости создает потенциальную проблему нанесения вреда окружающей среде. Некоторые технологии, пригодные для подачи небольшого количества суспензии под высоким давлением, практически не могут быть расширены для осуществления высокой скорости подачи, превышающей например 450 м³/час, под высоким давлением.

[0007] Существует потребность в системе, применимой для эффективной подачи суспензии со значительной скоростью, которая может длительно работать без недопустимых отклонений в скорости потока, в которой решены проблемы износа и абразивного истирания и в которой применение сальников уменьшено или полностью исключено.

[0008] Задачей изобретения является создание насосной системы для подачи суспензии, которая, по меньшей мере частично соответствует, по меньшей мере одному из указанных требований.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В первом аспекте изобретение представляет собой блок сосуда высокого давления, пригодного для использования в насосной системе и содержащего:

a) удлиненный цилиндрический сосуд высокого давления, который имеет продольную ось, верхний конец которого выполнен по существу полусферическим и содержит отверстие для первой жидкости и нижний конец которого выполнен по существу полусферическим и содержит отверстие для второй жидкости,

(b) удлиненную эластичную камеру, которая расположена в сосуде высокого давления, нижний конец которой выполнен по существу полусферическим, верхний конец которой содержит горлышко, взаимодействующее с сосудом высокого давления с наружной стороны с обеспечением герметичности, и которая образует емкость с изменяемыми размерами для второй жидкости, расположенную между наружной поверхностью камеры и внутренней поверхностью сосуда высокого давления, и

(c) удлиненную клапанную трубу, которая проходит в камере вдоль указанной продольной оси и которая содержит: отверстия для прохождения потока, расположенные в соответствующих местах вдоль длины трубы; верхний конец, выполненный с возможностью прохождения через него потока, расположенный в горлышке камеры и взаимодействующий с ним снаружи с обеспечением герметичности; и нижний конец.

[0010] Предпочтительно, блок сосуда высокого давления содержит датчик для обнаружения удлинения камеры за пределы предварительно определенного положения, расположенный в сосуде высокого давления.

[0011] Датчик может быть любого подходящего типа, но, предпочтительно, должен содержать: удлиненный элемент, который расположен в клапанной трубе, нижний конец которого выступает из нее, и прикреплен к нижнему концу камеры; и переключатель, выполненный с возможностью срабатывания при перемещении удлиненного элемента из предварительно определенного положения.

[0012] Клапанная труба может содержать стенки, проходящие в продольном направлении, которые, при необходимости, могут быть по существу плоскими и каждая из которых может содержать отверстия для прохождения потока. Предпочтительно, каждое из указанных отверстий ограничено соответствующей дугообразной поверхностью, проходящей в направлении к внутренней части клапанной трубы. Такая конструкция предназначена для снижения вероятности повреждения камеры краями клапанной трубы, особенно в местах каждого из указанных отверстий.

[0013] Предпочтительно, суммарная площадь указанных отверстий на единицу длины клапанной трубы возрастает в направлении от ее верхнего конца к нижнему концу.

[0014] Клапанная труба и камера могут быть выполнены таким образом, чтобы в сжатом состоянии камера имела удлиненную центральную часть, прижатую к клапанной трубе, и удлиненные складки, радиально выступающие из центральной части и разнесенные на угловое расстояние по окружности вокруг центральной части, причем каждая складка соответственно была бы образована первым и вторым удлиненными участками камеры, при соприкосновении их противоположных поверхностей друг с другом.

[0015] Отверстие для первой жидкости может быть предназначено для поступления в сосуд рабочей жидкости, например воды, - жидкости, привносящей рабочую энергию в блок. Отверстие для второй жидкости может быть предназначено для подаваемой жидкости, например суспензии, - жидкости, изымающей энергию из блока.

[0016] Кроме того, изобретение предлагает камеру, для использования в блоке сосуда высокого давления, содержащую: удлиненный цилиндрический корпус, выполненный из эластично деформируемого материала и имеющий по существу полусферические нижний и верхний концы; и трубчатое горлышко, расположенное у указанного верхнего конца и содержащее уплотнение, проходящее окружности.

[0017] Данное уплотнение может быть выполнено как уплотнительное кольцо, объединенное с остальной частью корпуса камеры. Для изготовления камеры можно применять любой подходящий материал, например резину или резиноподобный синтетический материал (эластомер) и т.д. Изобретение не ограничено данными решениями.

[0018] Кроме того, изобретение предлагает насосную систему, содержащую: первый и второй блоки сосудов высокого давления вышеупомянутого вида; трубопровод для первой жидкости, соединенный с отверстиями для первой жидкости сосудов высокого давления; насос для подачи первой жидкости в трубопровод для первой жидкости; трубопровод для второй жидкости, соединенный с отверстиями для второй жидкости сосудов высокого давления; и управляющее устройство, выполненное с возможностью управления работой, по меньшей мере трубопровода для первой жидкости, таким образом, что вторая жидкость течет через трубопровод для второй жидкости, во время цикла подачи, по меньшей мере в емкость для второй жидкости первого блока сосуда высокого давления в то время, когда насос подает первую жидкость в камеру указанного второго блока сосуда высокого давления, с расширением этой камеры и вытеснением второй жидкости из соответствующей емкости для второй жидкости через связанный с ней трубопровод для второй жидкости, и далее в магистральный трубопровод.

[0019] В одном частном варианте реализации первой жидкостью является вода, а второй жидкостью является суспензия.

[0020] Так как управляющее устройство может работать непрерывно, емкости для суспензии сосудов высокого давления могут быть наполнены ей поочередно, а так как воду подают поочередно в камеры указанных сосудов, то она вытесняет суспензию из соответствующих емкостей таким образом, что обеспечена непрерывная подача потока суспензии.

[0021] Предпочтительно, применять буфер, содержащий газ, например воздух, под давлением, зависящим от уровня суспензии в баке подачи суспензии.

[0022] В ходе работы насосная система направляет поток суспензии в емкость для суспензии сосуда высокого давления, что вызывает сжатие камеры блока сосуда высокого давления от нижнего конца к верхнему концу. Так как камера сжимается вокруг расположенной внутри клапанной трубы, отверстия для прохождения потока, расположенные в ней, последовательно закрываются от ее нижнего конца к верхнему. Таким образом, скорость прохождения потока через клапанную трубу постепенно снижается и уменьшается до нуля при полном сжатии камеры. Данное решение обеспечивает уменьшение импульса (кинетической энергии) входящего потока суспензии, перетекающего в сосуд высокого давления, что исключает образование какого-либо гидравлического удара указанного потока при наполнении емкости для суспензии.

[0023] Насос также применяют для повышения давления в камере одного блока сосуда высокого давления до окончания процесса подачи, осуществляемого за счет камеры другого сосуда высокого давления, что приводит к получению равномерного потока суспензии на выходе из системы, т.е. предотвращены флуктуации скорости потока суспензии при перенаправлении потока воды от одной камеры к другой.

[0024] Для предотвращений резких перепадов давления в системе подачи воды и, следовательно, в системе подачи суспензии, применяют регулирующие клапаны, расположенные в системе, которые функционируют совместно и осуществляют постепенное перенаправление потока воды от одной камеры к другой. Такое выравнивание давления достигается посредством управляющего клапана, который подает небольшое количество воды к целевой камере. После пуска системы подачи воды, насос работает непрерывно и подает поток воды с постоянной скоростью, однако при необходимости обеспечения конкретной скорости подачи суспензии, насос может быть отрегулирован.

[0025] Так как в различных ситуациях давление в сосудах высокого давления заранее повышают или понижают, то разница давлений между любыми работающими клапанами практически равна нулю. Это обстоятельство сильно продлевает срок службы клапанов, особенно при подаче высоко абразивных суспензий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] Далее изобретение описано на примере его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показан продольный разрез блока сосуда высокого давления согласно настоящему изобретению,

на фиг.2 в увеличенном масштабе показан датчик, используемый для предотвращения повреждения камеры блока сосуда высокого давления из-за ее избыточной деформации,

на фиг.3 в увеличенном масштабе показано продольное сечение верхнего конца сосуда высокого давления, входящего в блок, показанный на фиг.1,

на фиг.4 показан вид сверху поперечного сечения клапанной трубы, входящей в блок по настоящему изобретению,

на фиг.5 показан перспективный вид камеры, используемой в блоке, показанном на фиг.1,

на фиг.6 показана камера, когда она полностью сжата вокруг клапанной трубы, показанной на фиг.4,

на фиг.7 показан поперечный разрез сосуда высокого давления с внутренней камерой в растянутом состоянии,

на фиг.8 показано изображение, схожее с изображением, показанным на фиг.7, но иллюстрирующее полное сжатие камеры, и

на фиг.9 схематически показана насосная система для подачи суспензии, в которой использованы два блока сосуда высокого давления, каждый из которых проиллюстрирован на фиг.1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ

[0027] Далее описан вариант реализации изобретения с применением воды для подачи суспензии. Однако он приведен только для примера и не исключает существования других вариантов применения блока сосуда высокого давления и насосной системы.

[0028] На фиг.1 показан продольный разрез блока 10 сосуда высокого давления согласно настоящему изобретению.

[0029] Указанный блок содержит удлиненный цилиндрический сосуд 12 высокого давления, выполненный из подходящей стали и имеющий по существу полусферические нижний и верхний концы 14, 16.

[0030] Отверстие 18 расположено у нижнего конца 14 сосуда и центрировано на его продольной оси 20. Таким же образом отверстие 22 центрировано на его продольной оси и расположено у его верхнего конца 16. В данном варианте реализации отверстие 18 предназначено для поступления под высоким давлением в сосуд подаваемой жидкости, т.е. суспензии. Отверстие 22 предназначено для поступления под высоким давлением в сосуд рабочей жидкости, т.е. воды, доставляющей рабочую энергию в блок.

[0031] Отверстие 18 для суспензии соединено посредством специального соединения 24 с трубопроводом 26 для суспензии, описанным более подробно ниже со ссылками на фиг.9. Отверстие 22 для воды соединено посредством подходящего соединения 28 с трубопроводом 30 для воды, также описанным более подробно ниже со ссылками на фиг.9.

[0032] Удлиненная клапанная труба 34, поперечное сечение которой показано на фиг.7 и 8 и в увеличенном масштабе на фиг.4, проходит вниз внутри сосуда 12 высокого давления. В данном варианте реализации клапанная труба содержит шесть номинально плоских стенок 38. Смежные стенки соединены в местах 40 соединения, расположенных по окружности 42. На соответствующих стенках выполнены отверстия 46 для прохождения потока. Каждое отверстие ограничено соответствующей дугообразной поверхностью 48, проходящей в направлении к внутренней части клапанной трубы. Такое решение предназначено для снижения вероятности повреждения камеры, в частности, краями 50 клапанной трубы в местах отверстий для прохождения потока.

[0033] На фиг.1 видно, что отверстия расположены по центру соответствующих стенок, и у нижнего конца 52 клапанной трубы они расположены ближе друг к другу. Расстояние 54 между соседними отверстиями возрастает по направлению к верхнему концу 56 клапанной трубы. Кроме того, в частности, около верхнего конца 56 размер отверстий значительно уменьшен. Благодаря изменению размера отверстий и их расположению, суммарная площадь отверстий на единицу длины клапанной трубы уменьшается в направлении от ее нижнего конца к верхнему.

[0034] Камера 60 расположена внутри сосуда высокого давления, а клапанная труба находится внутри камеры. Камера имеет удлиненный корпус 62, который, как показано на фиг.5 и 7, имеет по существу цилиндрическую форму и содержит по существу полусферические нижний и верхний концы 64, 66. Камера выполнена из любого подходящего материала, например из резины или из любого известного эквивалентного резине синтетического материала. Изобретение этим не ограничено.

[0035] На фиг.3 в увеличенном масштабе изображено продольное сечение секции верхнего конца 66 камеры. Данный конец выполнен с трубчатым горлышком 68, которое слегка расширяется по направлению наружу и завершается уплотняющим образованием 70, выполненным в форме уплотнительного кольца и объединенным с трубчатым горлышком. Трубчатое горлышко расположено внутри конического отверстия 72 сосуда высокого давления, а уплотнительное кольцо 70 расположено в дополнительной проточке 74. Конический фланец 76 закрепляет трубчатое горлышко в коническом отверстии, и при этом сам снаружи герметизирован при помощи уплотнительного кольца 78. Верхний конец конического фланца расширяется по направлению к показанному на фиг.1 соединителю 28. Воздушный клапан 80 выпускает воздух из емкости (далее называемой емкостью 192 для суспензии), расположенной между внутренней поверхностью сосуда 12 высокого давления и наружной поверхностью камеры 60 (см. на фиг.1 и 9).

[0036] Окружность 42, соответственно описанию для фиг.4, показана на фиг.3. Она охватывает верхний конец клапанной трубы 34, которая направлена к низу камеры, а ее ось расположена на продольной оси 20 сосуда высокого давления.

[0037] На фиг.2 дополнительно показаны детали конструкции датчика и переключающего механизма 82, расположенные у верхнего и нижнего концов камеры. Удлиненный элемент 84, например коррозионно-стойкий стержень, выполненный например из нержавеющей стали, проходит через клапанную трубу 34. Верхний конец 86 стержня содержит катушку 88 переключателя, прикрепленную к стержню посредством установочного винта 90. Бесконтактный переключатель 92, закрепленный на соответствующем участке корпуса 94, необходим для обнаружения перемещения катушки. У нижнего конца корпус 94 прикреплен к втулке 96, направленной наружу из соединителя 28. Корпус прикреплен к втулке посредством по меньшей мере одного установочного винта 100. Уплотнитель 102 содержит уретановый сальник 104, обеспечивающий герметизацию с наружной поверхностью стержня 84. Опорная шайба 106 обеспечивает фиксацию уретанового сальника. Также в пространстве между конструкцией, расположенной у нижнего конца корпуса, и катушкой 88 расположена пружина 108.

[0038] Нижний конец 110 стержня, выступающий из нижнего конца 52 клапанной трубы, прикреплен к соответствующей крепежной конструкции 112, фиксирующей нижний конец 110 в центральном положении в нижнем полусферическом конце 64 камеры.

[0039] На фиг.9 показана насосная система 120 для подачи суспензии, основанная на применении первого и второго блоков 10A, 10 В сосудов высокого давления, выполненных, как показано на фиг.1-8, причем номера одинаковых позиций указанных блоков отличаются друг от друга окончаниями A и B.

[0040] Отверстия 22A и 22B для воды соединены общим трубопроводом 30 для воды. Подобным образом отверстия 18A и 18B для суспензии соединены с общим трубопроводом 26 для суспензии. Трубопроводы 30 и 26 соответствуют трубопроводам, описанным относительно фиг.1. Выходное отверстие трубопровода для суспензии ведет в магистральный трубопровод 130 для суспензии.

[0041] Источник 132 суспензии в виде бака, расположен на некоем возвышении, содержит внутри мешалку или крыльчатку 134 и соединен через запорный клапан 136 с трубопроводом суспензии. Воздушный буфер 140 соединен с трубопроводом суспензии.

[0042] Вода из источника 150 чистой воды может быть подана насосом 152 чистой воды через водомер 154 в трубопровод 124 для воды. А через водомер 158 она может быть возращена из трубопровода в источник. Программируемое логическое управляющее устройство 160 соединено с различными компонентами насосной системы таким образом, как показано пунктирными линиями.

[0043] Трубопровод для воды содержит регулирующие клапаны 160А и 160B, обратные клапаны 162A и 162B и управляющие клапаны 164A и 164B, 166A и 166B соответственно.

[0044] Переключающий механизм 82, показанный на фиг.2, схематично показан на фиг.9 и обозначен как 82A и 82B, в соответствии с двумя блоками сосудов высокого давления.

[0045] Трубопровод 26 суспензии содержит обратные клапаны 180A, 180B; 182A, 182B, сливные клапаны 184A, 184B для слива суспензии и смывные клапаны 186A, 186B для смыва суспензии соответственно. Клапаны 186A, 186B применяют для подачи воды от насоса 152 в сосуды высокого давления.

[0046] Внутреннее пространство каждой из камер 60A и 60B соответственно образует емкости 190A и 190B для воды, изменяемые в зависимости от степени сжатия камеры. Соответствующие емкости 192A и 192B для суспензии образованы внутри каждого сосуда высокого давления между наружной поверхностью камеры и внутренней поверхностью сосуда высокого давления.

[0047] Во время пуска бак 132 для суспензии наполнен ею и содержит мешалку 134. Бак 150 для воды также наполнен водою до заданного рабочего уровня, а все клапаны в системе находятся в закрытом состоянии. Управляющее устройство 160 инициирует цикл пуска всякий раз, когда систему выключают и запускают заново.

[0048] При пуске открывают воздушные клапаны 80A и 80B на короткое время, например на две минуты, и так же открывают обратные клапаны 162A и 162B.

[0049] Бак 132 суспензии расположен выше сосуда высокого давления, так что при открытии запорного клапана 136 суспензия течет под действием силы тяжести через трубопровод 26 для суспензии, проходит обратные клапаны 186A и 186B и попадает в емкости 192A и 192B для суспензии. Если нет возможности поднять бак для суспензии, то для подачи суспензии в трубопровод 26 применяют соответствующую установку питательного насоса.

[0050] Суспензия начинает наполнять каждую емкость для суспензии, начиная от дна каждого сосуда, а из-за увеличения уровня суспензии, происходит сжатие камер вовнутрь, по направлению к соответствующим клапанным трубам. Воздух из емкостей для суспензии выходит через воздушные клапаны 80A и 80B. Воздух, который может находиться в камерах, выходит через обратные клапаны 162A и 162B для воды в бак 150 для воды. В течение короткого промежутка времени суспензия полностью наполняет обе емкости. И, начиная с этого момента, суспензия уже течет через воздушные клапаны 80A и 80B. В этот момент обе камеры полностью сжаты вокруг соответствующих клапанных труб, и каждая камера принимает показанную на фиг.8 форму, в которой отверстия 46 для прохождения потока жидкости в клапанных трубах закрыты материалом камеры, как это будет далее описано.

[0051] Теперь воздух в буфере 140 сжат до максимума, и образует воздушный пузырь в верхней части буфера. Датчик 200 давления считывает давление, создаваемое разностью высот между датчиком давления и уровнем суспензии в баке 132, и передает эти данные в управляющее устройство 160. Например, если разность высот между датчиком давления и нижним уровнем суспензии в баке 132 будет составлять десять метров, а удельный вес суспензии будет 1.5, то значение давления составит порядка 1.5 бар.

[0052] При отсутствии данных о регистрации минимального значения давления, полученных блоком управления 160, делается вывод о том, что бак суспензии пуст или что в трубопроводе суспензии есть затор по направлению к магистральному трубопроводу для суспензии. Тогда управляющее устройство прерывает процесс пуска. Преимуществом является то, что датчик давления взаимодействует только с воздухом и не вступает в контакт с суспензией.

[0053] По истечении первых двух минут управляющее устройство 160 закрывает воздушные клапаны 80A и 80B и клапаны 162A и 162B для воды, после чего запускает насос 152, открывает регулирующий клапан 160B, управляющий клапан 164B и обратный клапан 162A для воды. Теперь вода может течь под давлением насоса в клапанную трубу 34B, проходя водомер 154. При проходе воды через соответствующие отверстия 46B, она разжимает камеру 60B от клапанной трубы. И подает суспензию, находящуюся в емкости 192B для суспензии, через трубопровод 26 и обратный клапан 182B в магистральный трубопровод 130.

[0054] Управляющее устройство 160 управляется водомером 154, выдающим импульсный выходной сигнал. Допустим, что рабочий объем каждой камеры в полностью растянутом состоянии, как показано на фиг.5, составляет 300 литров, и что водомер 154 отправляет импульс каждые 10 литров. Тридцать импульсов от водомера означают, что 300 литров поданы в камеру и, следовательно, 300 литров суспензии поданы в магистральный трубопровод 130 под давлением, определяемым противодавлением в трубопроводе. Так как вода течет в камеру 60B, управляющее устройство 160 регистрирует импульсы от водомера 154. В данном примере, при получении 25-го импульса, управляющее устройство закрывает обратный клапан 162A для воды и потом на импульсе 27 открывает управляющий клапан 164A. Это приводит к предварительному повышению давления в сосуде 12A высокого давления до соответствующего рабочего значения. Во время следующих трех импульсов, поступающих от водомера, происходит выпуск суспензии из емкости 192A для суспензии со скоростью, которая определяется размером управляющего клапана 160A.

[0055] При поступлении 30-го импульса управляющее устройство 160 одновременно дает команды поменять состояние регулирующим клапанам 160A и 160B. Счетчик импульсов в блоке управления переустанавливается на ноль и теперь продолжает отсчитывать следующие тридцать импульсов по мере того, как вода течет в другой сосуд.

[0056] В итоге, при одновременной смене состояния регулирующих клапанов 160A и 160B происходит постепенное перенаправление потока воды, подаваемой насосом 152 от сосуда 12B к камере 60A, тем самым избегают какого-либо резкого перепада давления - данное преимущество возникает благодаря давлению в камере 60A в сосуде 12A, которое было предварительно поднято до рабочей величины посредством управляющего клапана 160A.

[0057] Далее измеряют количество воды, подаваемой в камеру 60A. Когда управляющее устройство 160 получает подтверждение о том, что успешно произошла смена состояний двух регулирующих клапанов 160A и 160B, оно подает команду на открытие управляющему клапану 166B. Тогда давление в сосуде 12B падает до атмосферного, и небольшое количество воды возвращается в бак 150. По истечении следующих двух секунд (в данном примере) управляющее устройство 160 открывает обратный клапан 162B для воды и, следовательно, воздух, находящийся внутри камеры, полностью выходит в атмосферу. Затем суспензия поступает на дно сосуда 12B высокого давления, т.е. в емкость 192B для суспензии, проходя через обратный клапан 180B, и вытесняет 300 литров воды из камеры 60B через клапанную трубу 34B и водомер 154 в бак 150 для воды. Водомер подает импульсы в управляющее устройство 160 для измерения вытесненного объема воды. Если вытеснен недостаточный объем воды, управляющее устройство останавливает систему и регистрирует ошибку перелива.

[0058] Размеры системы подачи суспензии превышают размеры системы подачи воды приблизительно на 50%. Это обеспечивает такую скорость подачи суспензии, что она полностью наполняет одну емкость для суспензии до того, как из другой емкости будет выпущено 300 литров. (В настоящем описании численные значения приведены только в иллюстративных целях, а не для ограничения.)

[0059] Такое наложение во времени обеспечивает окно, во время которого происходит выравнивание давления в сосудах посредством управляющих клапанов и уже во время которого начинает течь небольшой поток суспензии. При перенаправлении потока воды к камере, в которой было создано предварительное давление, переход происходит плавно - без резких перепадов давления.

[0060] Так как вода течет в камеру 60A, управляющее устройство 160 регистрирует импульсы от водомера. На 25-м импульсе управляющее устройство закрывает обратный клапан 162B для воды и управляющий клапан 166B. А на 27-м импульсе оно открывает управляющий клапан 164B, и давление в сосуде 10B достигает рабочей величины. На 30-м импульсе (в данном примере) управляющее устройство меняет состояние регулирующих клапанов 160A и 160B, после чего начинается следующий цикл процесса подачи.

[0061] Так как суспензия течет в емкость 192A для суспензии, в подающем трубопроводе для суспензии образуется некоторый импульс (кинетическая энергия). При закрытии обратного клапана 162A для воды, импульс суспензии может вызвать ударную волну, распространяющуюся от клапана 162A через трубопровод 26 для суспензии, и затем через подающий трубопровод для суспензии к баку 132 для суспензии, где она рассеивается. Такого гидравлического молота следует избегать. Что и достигается благодаря применению настоящего изобретения, так как каждая клапанная труба 34A и 34B функционирует как регулирующий клапан, отверстия 46A и 46B для прохождения потока, расположенные в ней, постепенно закрываются по мере сжатия соответствующей камеры под действием суспензии. Как было отмечено, суспензия поступает в емкость для суспензии, начиная с ее нижнего конца, и вызывает постепенное сжатие камеры от нижнего конца к верхнему. У верхнего конца клапанной трубы отверстия 46 расположены на большем расстоянии друг от друга и меньше по размеру, чем у нижнего конца. Таким образом, скорость потока суспензии постепенно уменьшается до величины, при которой кинетическая энергия входящего потока суспензии становиться несущественной, что дает возможность закрыть обратные клапаны 162A и 162B для воды без возникновения эффекта гидравлического молота.

[0062] При сжатии камеры, она деформируется вовнутрь, в направлении к расположенной в центре клапанной трубе. Плотность суспензии больше плотности воды. Таким образом, суспензия в первую очередь начинает деформировать вовнутрь нижний полусферический конец камеры и образовывать радиальные складки 200, расположенные на расстоянии друг от друга (см. на фиг.8), которые сжимаются по мере того, как части камеры, расположенные между вершинами 202 складок, перемещаются к ближайшим отверстиям 46, расположенным в клапанной трубе 34. Каждая складка содержит противоположные участки 204 и 206, состоящие из материала камеры. Эти складки выступают радиально из расположенной в центре центральной части 208 камеры, с которой они неразрывно связаны и форма которой определена формой центральной части клапанной трубы.

[0063] По мере того, как поднимается уровень суспензии в соответствующей емкости, складки продолжают сжиматься вертикально вверх от нижнего конца камеры к верхнему концу, а отверстия для прохождения потока, расположенные в клапанной трубе, последовательно закрываются материалом камеры. В итоге, при достижении верхнего полусферического конца камеры, складки сжимаются зеркально по отношению к складкам, образованным у нижнего полусферического конца камеры, как это показано на фиг.6. Такое управляемое сжатие камеры зависит, по меньшей мере от формы поверхности клапанной трубы. Желательно выполнить наружные поверхности 38 клапанной трубы, по существу плоскими, с вершинами 40, расположенными между смежными поверхностями, что дает возможность управлять процессом деформации камеры и предотвращать повреждение материала камеры. Данные конструктивные особенности способствуют образованию формы камеры по мере ее сжатия. Кроме того, отверстия 46 для прохождения потока ограничены дугообразными боковыми стенками 48, которые направлены внутрь клапанной трубы, а их внутренние кромки 48Х, расположены полностью внутри, таким образом вероятность повреждения камеры, которая возникает, при ее полном сжатии и тесном прилегании к клапанной трубе, сильно уменьшена.

[0064] Переключающий механизм 82, в частности, показанный на фиг.2, применяют для снижения вероятности повреждения камеры при ее перенакачке. Камера выполнена из высокоэластичного материала и, следовательно, может достигать восьмикратного увеличения. При перенакачке камеры вполне может произойти вытягивание ее через отверстие 18 для суспензии в трубопровод для суспензии, что может привести к ее разрушению. Для предотвращения возникновения такой ситуации предусмотрен переключающий механизм 82. В идеале, камера должна подвергаться только радиальной дефформации, т.е. в пределах между растянутым состоянием, показанным на фиг.7, и сжатым состоянием, показанным на фиг.8. В таком случае длина камеры не будет значительно возрастать. Однако при возникновении неисправности полностью растянутая в радиальном направлении камера упрется во внутреннюю стенку сосуда высокого давления, и, следовательно, дальнейшее повышение давления приведет к увеличению ее длины. В этом случае стержень 86, один конец которого прикреплен к центру нижнего полусферического конца камеры, будет перемещен вниз внутри корпуса 94 и сожмет пружину 108. Датчик 92 обнаружит перемещение катушки 88 переключателя, прикрепленной к верхнему концу стержня, и передаст аварийный сигнал в управляющее устройство 160, которое остановит работу всех компонентов насосной системы для подачи суспензии. Затем все клапаны автоматически перейдут в закрытое состояние.

[0065] Насосная система согласно данному изобретению имеет существенные преимущества по сравнению с традиционными центробежными насосами для подачи суспензии, которые включают:

отсутствие сальников или вращающихся уплотнителей, взаимодействующих с суспензией;

отсутствие необходимости обслуживания сальников для водяного насоса;

отсутствие затрат на обслуживание сальников для водяного насоса;

отсутствие насосов работающих с суспензией;

отсутствие измерительных приборов, взаимодействующих с суспензией;

незамедлительное обнаружение любой неисправности;

обеспечение для каждой камеры повышенного срока службы материала, так как коэффициент удлинения материала приблизительно 800%, а при эксплуатации он максимально растягивается лишь на 10%, следовательно, материал по существу не испытывает внутренних напряжений;

применение в качестве источника энергии только одного непосредственно присоединенного высокоэффективного многоступенчатого насоса (152) для чистой воды с механическим уплотнением, такой насос показывает большую производительность и более низкое энергопотребление, чем традиционный центробежный насос для суспензии такой же мощности;

соответствующую эффективность подачи;

широкий диапазон скоростей течения потока;

встроенную считающую систему - объем вытесненной суспензии равен измеренному объему поданной чистой воды;

обеспечение равномерной плотности потока суспензии;

возможность, по существу неограниченной длины передачи давления, так как не требуются станции с подкачивающими насосами, а выбранное отношение длины к диаметру и конструкция сосудов высокого давления в результате обладают низкой стоимостью производства.

[0066] Производительность системы быстро возрастает при увеличении длины каждого сосуда высокого давления, что сравнительно недорого, по сравнению с увеличением диаметра сосуда, которое является дорогостоящим. Нет необходимости использовать соединительные фланцы, так как конструкция каждого сосуда высокого давления полностью сварная. Размеры верхнего отверстия, к которому прикреплен фланец 76, сосуда таковы, что камера и клапанная труба могут пройти через него, при их расположении внутри сосуда.

Claims (10)

1. Блок (10) сосуда высокого давления, содержащий:
a) удлиненный цилиндрический сосуд (12) высокого давления, который имеет продольную ось (20), первый конец (16) которого выполнен по существу полусферическим и содержит отверстие (22) для первой жидкости, и второй конец (14) которого выполнен по существу полусферическим и содержит отверстие (18) для второй жидкости;
b) удлиненную эластичную камеру (60), которая расположена в сосуде высокого давления, конец (64) которой выполнен по существу полусферическим, противоположный конец (66) которой содержит горлышко (68), взаимодействующее с сосудом высокого давления с наружной стороны с обеспечением герметичности, и которая образует емкость (192) с изменяемыми размерами для второй жидкости, расположенную между наружной поверхностью камеры и внутренней поверхностью сосуда высокого давления; и
c) удлиненную клапанную трубу (34), которая проходит в камере вдоль указанной продольной оси (20) и которая содержит отверстия (46) для прохождения потока, расположенные в соответствующих местах вдоль длины трубы, конец (56), выполненный с возможностью прохождения через него потока, расположенный в горлышке (68) камеры и взаимодействующий с ним снаружи с обеспечением герметичности; и противоположный конец (52); и
d) управляющее устройство (160),
отличающийся тем, что управляющее устройство (160) выполнено с возможностью подачи в камеру (60) предварительно определенного объема первой жидкости, измеряемого по отношению к переустанавливаемой отсчетной точке, при поступлении первой жидкости в камеру (60) через отверстие (22) для первой жидкости, и тем, что обеспечено измерение объема первой жидкости, вытекающей из камеры (60), с обеспечением подачи предварительно определенного объема второй жидкости в емкость (192) для второй жидкости через отверстие (18) для второй жидкости.

2. Блок по п.1, отличающийся тем, что он содержит датчик (82) для обнаружения удлинения камеры (60), расположенной в сосуде (12) высокого давления, за пределы предварительно определенного положения.

3. Блок по п.2, в котором датчик (82) содержит удлиненный элемент (84), который расположен в клапанной трубе (34), конец (110) которого выступает из нее и прикреплен к концу (64) камеры; и переключатель (88, 92), выполненный с возможностью срабатывания при перемещении удлиненного элемента (84) из предварительно определенного положения.

4. Блок по любому из пп.1-3, в котором суммарная площадь указанных отверстий (46) на единицу длины клапанной трубы (34) возрастает в направлении от ее указанного конца (56) к ее указанному противоположному концу (52).

5. Блок по любому из пп.1-3, в котором первой жидкостью является вода, а второй жидкостью является суспензия.

6. Блок по любому из пп.1-3, в котором переустановка отсчетной точки обеспечена по меньшей мере посредством измерения потока первой жидкости через клапанную трубу (34).

7. Насосная система (12), содержащая: первый и второй блоки (10A, 10B) сосудов высокого давления по любому из пп.1-6; трубопровод (30) для первой жидкости, соединенный с отверстиями (22A, 22B) для первой жидкости сосудов высокого давления; насос (152) для подачи первой жидкости в трубопровод (30) для первой жидкости; трубопровод (26) для второй жидкости, соединенный с отверстиями (18A, 18B) для второй жидкости сосудов высокого давления; и управляющее устройство (60), выполненное с возможностью управления работой по меньшей мере трубопровода (30) для первой жидкости таким образом, что вторая жидкость течет через трубопровод (26) для второй жидкости во время цикла подачи по меньшей мере в емкость (192A) для второй жидкости первого блока сосуда высокого давления, когда насос (152) подает первую жидкость в камеру (60B) второго блока сосуда высокого давления с расширением этой камеры и вытеснением второй жидкости из соответствующей емкости (192B) для второй жидкости через связанный с ней трубопровод (26) для второй жидкости и далее в магистральный трубопровод.

8. Система по п.7, которая содержит буфер (140), содержащий газ под давлением, зависящим от уровня второй жидкости в баке (132) для подачи второй жидкости.

9. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что при поступлении второй жидкости в емкость для второй жидкости обеспечено сжатие камеры (60A) первого блока сосуда высокого давления от ее указанного конца (64) к ее указанному противоположному концу (66) с последовательным закрытием отверстий (46) для прохождения потока, расположенных в клапанной трубе (34), от ее указанного конца (56) к ее указанному противоположному концу (52).

10. Система по п.7 или 8, в которой насос (152) выполнен с возможностью повышения давления в камере (60A) первого блока сосуда высокого давления до окончания цикла подачи.

Images