Смеситель жидкости и твердых частиц

 

Изобретение относится к смесителям жидкости с твердыми частицами и позволяет повысить эффективность работы при использовании мелкодисперсного порошка путем его подачи в область пониженного давления. Смеситель содержит корпус с высокоскоростным ротором 2 на валу 3, состоящим из двух жестко соединенных между собой горизонтальных импеллеров 4 и 5. Загрузочное устройство для твердых частиц расположено в полости 8, образованной крышкой 9 корпуса и верхним импеллером. Загрузочное устройство снабжено регулируемым клапаном 10. Загрузочное устройство может быть выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного под углом к оси вала ротора или параллельно ей, а также в виде цилиндрической трубы, установленной коаксиально ротору 2. Цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса 14, соединенного с ней меньшим основанием. В корпусе выполнены вентиляционные отверстия 15. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 В 01 F 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н IlATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4202207/26 (22) 26.03.87 (31) 8604671 (32) 27.03.86 (33) FR (46) 07.07.91. Бюл. !! - 25 (71) Компани де Сервис Доваль Шлюмберже (FR) (72) Рональд Шервуд (US) (53) 66.063 (088.8) (56) Патент СНА 9 4453829, кл; В 01 F 7/16 1984

„„SU„„1662342 A 3

2 (54) О!ЕСИТЕЛЬ жИдКОСТИ И ТВКрд1,!х

ЧАС ТИЦ (57) Изобретение относится к смесителям жидкости с твердыми частицами и позволяет повысить эффективность работы при использовании мелкодисперс-. ного поронка путем его подачи в область пониженного давления. Смеситель содержит корпус с высокоскоростным ротором 2 на валу 3, состоящим из. двух жестко соединенных между собой горизонтальных импеллеров 4 и 5. 3аl662342 грузочное устройство для твердых частиц расположено в полости 8, образованной крышкой 9 корпуса и верхним .импеллером. Загрузочное устройство снабжено регулируемым клапаном 10.

Загрузочное устройство может быть выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного под углом к оси

Изобретение относится к устройст15 вам для смешивания порошкообразного материала с жидкостью, главным образом порошкообразного цемента и воды для цементирования нефтяных газовых скважин.

Цель изобретения — повышение эффективности работы устройства при использовании мелкодисперсного порошка ! за счет его подачи в область пониженного давления.

На фиг.1 схематически изображено

25 предлагаемое устройство, на фиг.2— то же, с .загрузочным устройством в виде трубы, коаксиально ротору; на фиг.3 — загрузочное устройство в виде патрубка, расположенного под углом к оси ротора.

Смеситель жидкости и твердых частиц содержит корпус 1 с высокоскорост. ным ротором 2 на валу 3, состоящим из двух жестко соединенных между собой горизонтальных импеллеров 4 и 5, за— грузочное устройство для твердых частиц, размещенное над верхним импеллером 4, устройство 6 для откачки готовой смеси и устройство 7 для подачи 40 жидкости. Загрузочное устройство для твердых частиц расположено в полости

8, образованной крышкой 9 корпуса 1 и верхним импеллером 4.

Загрузочное устройство снабжено 45 регулируемым клапаном 10. Оно может быть выполнено в виде цилиндрического натрубка 11, установленного под углом к оси вала. ротора (фиг.3) или параллельного ей патрубка 12 (фиг. 1), а так- 50 же в виде цилиндрической трубы 13, установленной коаксиально ротору 2 (фиг.2>. Цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса

14, соединенного с ней меньшим основанием. Б корпусе выполнены вентиляционные отверстия 15.

Смеситель работает следующим об— разом. вала ротора или параллельно ей, а также в виде цилиндрической трубы, установленной коаксиально ротору 2.

Цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса 14, соединенного с ней меньшим основанием. В корпусе выполнены вентиляционные отверстия 15. 5 э.п. ф-лы, 3 ил.

Ротор 2 вращается от двигателя 16.

Нижний импеллер 5 имеет такую кон-. струкцию, что его вращение образует вихрь, который, в свою очередь, образует зону 17 всасывания в области отверстия 18, расположенного в центре днища 19. Устройство 7 для подачи воды или любого потока жидкости, возможно сатурированной или содержащей присадки, монтируется у этого отверстия. Вода всасывается и импеллером 5 направляется в направлении перифери-. ческой зоны ротора и большей частью распределяется по всей периферической зоне 20 смесителя.

Верхняя (разбрасывающая) торцовая поверхность 21 импеллера 4 по существу ориентируется в поперечном радиальном направлении, т.е. перпендикулярно валу 3. Эта поверхность является тороидальной, вогнутой и направленной к крышке 9 корпуса. В этом импеллере могут успешно применяться вертикальные лопатки (не показаны).

Центрирующая поверхность импеллера рассчитывается так, чтобы принимать порошкообразный материал из загрузочного устройства и при вращении про-. двигать его под действием центробежной силы в направлении периферической зоны импеллера и далее в периферическую зону 20 смесителя. Находящаяся под давлением смесь, состоящая из жидкости и порошка, откачивается че рез устройство 6, распололоженное в периферической зоне смесителя.

Смеситель объединяется в смешиваю- цую систему, состоящую из резервуара

22 для используемой при получении смеси воды, которая поступает через устройство 7 в нижнюю часть смесителя, питающего бункера 23 с порошкообразным материалом, который подается в смеситель описываемой ниже системы, насоса 24 высокого давления, который принимает смесь, поданную от устройст1662342 ва 6, например шлакоцемепт, и подает ее к рабочему участку (например, нефтяной скважине для цементирования).

Полость 8 содержит в себе внутренний "карман", подверженный действию атмосферного давления и окруженный зоной, относительно высокого давления.

Размеры и относительное расположение этих зон зависят от геометрии смесителя (в частности, формы ротора 2} и высоты полости 8, а также скорости вращения. Тем не менее, когда смеситель имеет нормальное рабочее число оборотов, этот "карман" большей частью ограничивается самой центральной частью полости 8,а периферическая зона. высокого давления начинается очень близко к центру.

В полости 8 существуют следующие явления: жидкость и твердая фаза приводятся во вращение с высокой скоростью при большой тангенциальной составляющей, определяемой направлением вращения ротора. Центробежный радиальный лоток 25 существует в непосрецственной близости от верхнего импеллера 4, непосредственно создаваемый вращением последнего, и радиальный центростремительньй поток 26 в области крышки 9 корпуса, создаваемый реакцией на центробежный поток 23.

В направлении центра зоны высокого давления этот поток имеет вертикально убывающую составляющую скорости 27, которая связывает потоки 25 и 26. !

Согласно конструкции загрузочное устроиство выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного в крышке 9. Патрубок 11 может устанавливаться под углом к оси вала с наклоном относительно потока. Патрубок

IZ также может устанавливаться параллельно оси вала перпендикулярно к

/ крышке. Этот патрубок крепится к крышке 9 зажимом или сваркой и сообщается с нижней частью питающего бункера, поток из бункера регулируется клапаном 10, например дроссельным клапаном, или шибером.

На фиг.3 показана функция патрубка 11. Этот патрубок создает локальное возмущение в потоке.. На определенном расстоянии позади патрубка поток не подвергается никакому возмущению.

Внутри ограниченной возмущенной зоны это возмущение может анализироваться следующим образом.

Поток входит в упомянутый объем согласно линиям, показанным параллельными зоне 28. Вследствие выступа, образованного патрубком 12 и его передней кромкой 29, линии тока постепенно группируются в направлении зон

30 и 31, поскольку одинаковый поток должен проходить через меньший объем, скорость потока увеличивается, достигая максимума в зоне 31, граничащей с передней кромкой. Затем этот поток расходится, создавая возмущенную зону низкого давления, непосредственно ниже по потоку передней кромки. Затем он стабилизируется до тех пор, пока он полностью не оставит возмущенную зону. Зона 32 низкого давления сообщается через патрубок 12 с питающим

2р бункером 23 или по меньшей мере с сечением клапана 10 и всасывает порошок, который затем втягивается вместе с потоком жидкости и материала непосредственно в зону 32. Это не толь25- ко улучшает смешивание, но и способствует более эффективному отделению порошка от захваченного воздуха. Воздух выходит из смесителя через отверстие 15.

Любой воздух, который не в состоянии выходить из порошка во время первоначального смешивания, при поступлении порошка отделяется во время последующего смешивания в зоне 20 и выходит через каналы 33, соединяющие эту зону с полостью 8 через верхний импеллер 4.

Клапан 10 может быть клапаном любого типа, преимущественно его выпол40 нение в форме кольцеобразной пластины

34, установленной заподлицо с крышкой

9, образуя часть этой крышки. Эта пластина содержит отверстие 35, кольцеобразный сегмент, которое закрывается шибером 36, более крупным кольцеобразным. сегментом, перемещающимся в кольцеобразной дорожке 37.

Также возможно устанавливать магистраль 38 циркуляции между устройством 7 для откачки смеси и насосом

24, обеспечивая, таким образом, возможность возвращения смеси к началу цикла, либо потому, что она не достигла требуемой плотности, либо для того, чтобы обеспечить измерение плотности в магистрали 38 возврата посредством измерителя 39 плотности.

Бо время, например, цементирования нефтяной скважины или аналогичной ра16623427 боты объем цемента, доставляемый насосом 24, является постоянным и определяется быстродействием насоса. Объемная скорость отвода смешанного материала через устройство 6 является по- 5 стоянной или может легко поддерживаться такой. В качестве результата предшествующего аргумента и вследствие, схемы потока смесителя входящий поток воды представляет непосредственную.. функцию входящего потока порошка, который может легко контролироваться и регулироваться клапаном 10.

Возможно регулировать поток цемента, а не поток воды, поскольку подача 15 цемента за счет создаваемого эффекта всасывания и силы тяжести является принудительной в то время, как подача воды не является такой. Таким образом, поток цемента имеет приоритет 70, над потоком воды. Все это значительно упрощает проводимые на месте работ операции, необходимые для точного контроля плотности шлакоцемента., Изобретение позволяет приводить в дей- 25 ствие клапан 11, подача воды автоматически регулируется. При этом легко поддерживать плотность цемента близкой к оптимальной в течение всего.. процесса приготовления смеси. Питаю- 30 щий бункер 23 может быть гравитационным или пневматическим.

В другом варианте выполнения загрузочного устройства имеется коаксиальная ротору цилиндрическая труба

13 с верхней конической секцией 40, открывающейся вверх для разгрузки порошка, подаваемого из бункера 23 через клапан, и выпускным участком в виде конуса 14.

40 . Нижняя кромка конуса 14 достигает практически нижней части полости 8, как и нижняя кромка патрубка 12 и ее радиальное расстояние от оси вала является таким, чтобы помещать ее внут-.45 ри периферической зоны высокого давления объема, а не в "кармане".

Центростремительный поток 26 .и вертикальный падающий поток материала соуларяются внутри, конуса 14, создавая зону отрицательного давления выше по потоку кромки конуса, это означает, что порошок подается непосредственно в зону турбулентного смешивания. Воздух в процессе смешивания

55 может выходить через отверстие 15.

Вследствие предложенной системы подачи порошкообразного материала процесс смешивания может регулироваться одним параметром, например объемной скоростью подачи порошкообразного материала. Следовательно,, возможно применять полностью автома- . тизированные технические средства к мешалке для цементного раствора.

Предложенное устройство обеспечивает производство смесей более высокого качества. Система непосредственно использует силы и скорости потоков, существующие внутри смесителя, для всасывания (втягивания) порошкообразного материала, который вводится непосредственно в зону высокой степени турбулентности, где смешивание является наиболее эффективньм. Таким образом, этот материал становится способным терять основную часть захваченного воздуха.

В качестве примера зона отрица-. тельного давления могла бы быть при давлении 0,6 бар, между тем как, существующее внутри зоны давление ниже

2,5 бар, это отрицательное давление обеспечивает возможность использования различных систем подачи порошко» образных материалов, включая пневматическую или гравитационную подачи.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Смеситель жидкости и твердых частиц, содержащий. корпус с высокоскоростным ротором на валу, состоящим из двух жестко соединенных между собой горизонтальных импеллеров, загрузочное устройство для твердых частиц, размещенное над верхним импеллером, устройства для подачи жидкости и откачки готовой смеси, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе при испольэоваяии мелкодисперсного порошка путем его подачи в область пониженного давления, загрузочное устройство для твердых частиц расположено в полости, образованной крышкой корпуса и верхним импеллером.-!, 2. Смеситель по п,1, о т л .и ч а ю шийся тем, что загрузочное устройство снабжено регулируемым клапаном.

3. Смеситель по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что загрузочное устройство выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного под углом к оси вала ротора или параплельно с ней.

1662342

Смеситель по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю .шийся тем, что загрузочное устройство выполнено в виде цилиндрической трубы, установленной коаксиально ротору.

5. Смеситель по п.4, о т л ич а ю ц и и с я тем, что цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса, соединенного с ней меньшим основанием.

1

6. Смеситель по пп. 1-5, о т л ич а ю шийся тем, что в корпусе выполнены вентиляционные отверстия.

1662342

Составитель Н.Федорова

Редактор А.Мотыль Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар

Заказ 2139 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский. комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101