Вибрационное сито

 

Использование: для очистки жидкостей от твердой фазы в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: вибрационное сито содержит верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных друг к другу и к перемычкам решетки эластомерным износостойким материалом. На наружной поверхности каждой из сеток, в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки, выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала. Кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке, с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля. Сетки установлены с зазором относительно перемычек. Пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к технике, разделения суспензий с помощью вибрации, а именно к установкам, входящим в комплект оборудования применяемого при очистке жидкостей от твердой фазы, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности при бурении скважин для очистки буровых (зашламленных) растворов.

Известны однослойные вибрационные сита, включающие сетку и установленную под ней опорную решетку (авт. св. N 757212, B 07 B 1/46, ИСМ N 10, 1989), а также устройства, повышающие эффективность разделения суспензии, самоочистки сита и уменьшающие вероятность разрушения конструкции: устройств упругого колебания отдельных частей или секций просеивающей поверхности в виде упругих эластичных соединительных элементов (авт. св. N 1253671, Б.И. N 32, 1986), упругих эластичных полос ( заявка ФРГ N 3811641, ИСМ N 5, 1989) или упругих эластичных плит (заявка Японии N 63-61074, Б.И. N 24, 1986); устройств упругого колебания отдельных частей или секций просеивающей поверхности в виде упругих эластичных клиньев (авт. св. N 1022755, Б.И. N 22, 1983) или упругих эластичных соединительных элементов (авт. св. N 1240469, Б.И. N 24, 1986); устройств формообразования просеивающей поверхности сита (авт. св. N 1260045, Б. И. N 36, 1986); заявка Японии N 62-11911, В 07 В 1/46, ИСМ N 2, 1988; заявка ЕПВ N 0238455, В 07 В 1/46, ИСМ N 2, 1988); устройств формирования оптимальных размеров ячеек сетки (авт. св N 1645037, Б. И. N 16, 1991, авт. св. N 1729616, Б.И. N 16, 1992, пат. РФ N 2015750, Б.И. N 13, 1994).

Недостатками известных вибрационных сит являются их низкая эффективность и надежность работы, обусловленные частым засорением сита твердыми включениями суспензии, что требует дополнительных операций по его очистке, а также с сильным износом и быстрым разрушением сетки, требующим частой замены вибрационного сита в составе оборудования.

Известны также вибрационные сита, выполненные из полимерного упругого, стойкого к истиранию материала, в том числе армированного металлической проволокой (заявка Великобритании N 2185698, В 07 В 1/46, ИСМ N 4, 1989; заявка Японии N 63-61074, В 07 В 1/46, ИСМ N 10, 1989; Заявка ЕПВ N 0130106, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1985; Заявка Японии N 59-22590, В 07 В 1/46, ИСМ N 1, 1985).

Вибрационные сита из полимерных материалов для повышения их прочности при сохранении упругих свойств могут иметь ребра различных размеров и расположения, размещенные как с верхней (пат. США N 4819809, B 07 B 1/46, ИСМ N 2, 1990), так и с нижней (заявка ФРГ N OS 3716472, В 07 В 1/46, ИСМ N 7, 1989) стороны сита.

Недостатком вибрационных сит из полимерных материалов являются их низкая прочность и небольшой ресурс работы.

Известны также многослойные вибрационные сита, обладающие более высокой прочностью и небольшой ресурс работы.

Известны также многослойные вибрационные сита, обладающие более высокой прочностью и ресурсом работы, а также способностью к самоочистке и предотвращению забивания сетки за счет соударения слоев сита и одну опорную решетку, последняя из которых может быть выполнена ячеистой конструкцией в виде сетки из толстой проволоки с крупной ячейкой (авт. св. N 1077659, Б.И. N 9, 1989) или из перфорированного листа с крупными, по отношению к ячейкам сеток, отверстиями той или иной формы, при этом перемычки, образующие крупные ячейки или крупные отверстия решетки, являются опорными элементами сеток, в то же время кромки перемычек решетки, выполненной из металлического перфорированного листа могут быть для увеличения жесткости отогнуты на 90^o перпендикулярно плоскости листа вниз (заявка ЕПВ N 0169698, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1986).

Недостатком многослойных вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная износом и разрушением сеток в местах расположения перемычек опорной решетки, образующих опорные элементы сеток.

Известны также вибрационные сита, содержащие две сетки и решетку, установленную одна на другую в опорной раме, при этом размеры ячеек нижней сетки превышают размеры ячеек верхней сетки в 1-1,5 раз, а размеры отверстий решетки больше размеров ячеек нижней сетки, причем опорные элементы рамы отжимают сетку и решетку вверх, с образованием сводчатой поверхности с плотным прижатием сеток друг к другу в местах расположения перемычек, образующих отверстия решетки (заявка Японии N 60-12919, В 07 В 1/46, ИСМ N 10, 1985).

Недостатком данных вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная преждевременным разрушением перемычек решетки и последующего разрушения сеток в местах излома перемычек решетки.

Известны вибрационные сита, содержащие по меньшей мере два слоя сетки с различными размерами ячеек, одна сетка лежит на другой и обе прикреплены к перфорированной опорной решетке для поддержания натяжения слоев сетки, причем площадь отверстий опорной решетки больше площади отверстий сеток. Опорная решетка может быть ячеистой конструкции или в виде металлического листа с отверстиями (заявка Великобритании N 2161715, В 07 В 1/46, ИСМ N 9, 1987).

Недостатком рассматриваемых вибрационных сит является низкая надежность работы, обусловленная быстрым разрушением сеток и опорных решеток.

Наиболее близким к предлагаемому устройству и принятому за прототип является техническое решение вибрационного сита, содержащее верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных друг к другу и к перемычкам опорной решетки эластомерным износостойким материалом, размещенным в ячейках сеток заподлицо с их наружной поверхностью (каталог фирмы "Sweco oilfild services").

Недостатками указанных вибрационных сит являются низкая надежность работы и эффективность очистки, обусловленные разрушением эластомерного материала, расслоением сеток и опорной решетки в местах их крепления друг к другу эластомерным материалом и последующим быстрым износом сеток, а также частым засорением сеток в связи с уменьшением эффективной площади сеток из-за перекрытия ячеек сеток эластомерным материалом и низкой интенсивностью самоочистки сита из-за ограниченности колебаний и соударений сеток, а также из-за низкой прочности каркаса, образованного опорной решеткой.

Задачей изобретения является повышение прочности скрепления сеток и опорной решетки между собой при сохранении упругого натяжения и упругого колебания сеток, а также уменьшение гидравлического сопротивления и увеличение эффективной площади сеток за счет уменьшения ширины перемычек при сохранении жесткости и прочности опорной решетки, приводящих и повышение надежности и эффективности работы вибрационного сита.

Поставленная задача решается за счет того, что на наружной поверхности каждой из сеток в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала, при этом кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки установлены относительно последних с зазором, а пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов. Верхняя и нижняя сетки сита по длине выступов могут быть скреплены между собой, например, прошивкой упругой нитью, расположенной в эластомерном материале верхних и нижних выступов, причем упругая нить размещена между кромками перемычек опорной решетки. Кромки перемычек опорной решетки могут быть отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол более 90^o и образовывать замок для нижних выступов. Перемычки опорной решетки могут быть расположены в эластомерном материале нижних выступов, образуя армированную конструкцию. Верхняя и нижняя сетки по всей длине выступов могут быть установлены друг относительно друга с зазором, заполненным эластомерным материалом по ширине выступов. Верхние выступы могут образовывать направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита.

На фиг. 1 изображено вибрационное сито (вид спереди), общий вид; на фиг. 2 вид А (вид снизу) вибрационного сита, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3-9 варианты выполнения поперечного сечения Б-Б на фиг. 2 вибрационного сита в местах расположения перемычек опорной решетки.

Вибрационное сито (фиг. 1 и 2) содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 сетки, размещенные одна над другой на опорной решетке 3, отверстия 4 которой образованы перемычками 5, являющимися опорными элементами сеток 1 и 2, прикрепленных друг к другу и к перемычкам 5 эластомерным износостойким материалом, причем на наружной поверхности каждой из сеток 1 и 2 (фиг. 3-5) в соответствии с формой и расположением перемычек 5 опорной решетки 3 выполнены верхние 6 и нижние 7 выступы из эластомерного материала, при этом кромки 8 перемычек 5 опорной решетки 3 выполнены верхние 6 и нижние 7 выступы из эластомерного материала, при этом кромки 8 перемычек 5 опорной решетки 3 направлены вверх к нижней сетке 2 с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки 1 и 2 установлены относительно кромок 8 с зазором "А", а пространство между нижней сеткой 2 и перемычками 5 заполнено эластомерным материалом нижних выступов 7.

Верхние выступы имеют высоту "H" (фиг. 3 и 4). Верхняя 1 и нижняя 2 сетки по длине выступов 6 и 7 могут быть связаны между собой например, прошивкой упругой нитью 10 (фиг. 6, 8), расположенной в материале верхних 6 и между кромками 8 перемычек 5 в материале нижних выступов 7. Кромки 8 перемычек 5 опорной решетки могут быть отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол не менее 90^o (фиг. 3 и 4), на угол 90^o (фиг. 5 и 6, 8 и 9) и на угол более 90^o (фиг. 7) с образованием замка для нижних выступов 7. Перемычки 5 (фиг. 3) опорной решетки 3 могут быть расположены в эластомерном материале нижних выступов, образуя армированную конструкцию. Верхняя 1 и нижняя 2 сетки (фиг. 9) по всей длине выступов 6 и 7 могут быть установлены друг относительно друга с зазором "Б", заполненным эластомерным материалом по ширине выступов 6 и 7. Размеры ячеек нижней сетки 2 превышают размеры ячеек верхней сетки 1, а размеры отверстий 4 опорной решетки 3 больше размеров ячеек нижней сетки 2. Сетки 1 и 2 выполнены из металлической проволоки. Опорная решетка 3 может быть выполнена из металлического листа, а в качестве эластомерного упругого износостойкого материала может быть использован полиуретан.

Формообразование кромок 8 перемычек 5 в зависимости от их высоты может быть обеспечено как совмещением с прошивкой отверстий 4 в металлическом листе (фиг. 3 и 4) при изготовлении опорной решетки 3, так и с помощью специальных технологических операций по отбортовке металлического листа в отверстиях 4 на угол 90^o (фиг. 5 и 6, 8 и 9) и на угол более 90^o с образованием замка (фиг. 7).

Для создания из верхних выступов 6 направляющих ребер (на фигурах не показаны), ориентирующих движение просеиваемого материала, например, вдоль сита, достаточно высоту выступов, направленных вдоль сита выполнить больше, чем высота выступов, расположенных поперек сита.

Работа вибрационного сита в составе оборудования, применяемого для разделения суспензий и очистки жидкостей от твердой фазы осуществляется следующим образом.

Сито устанавливается на вибрационную машину. Просеиваемый материал-суспензия подается на верхнюю сетку 1, имеющую размер ячейки меньше, чем размер ячейки нижней сетки 2. Сетка 1 является просеивающей, а сетка 2 выполняет вспомогательные функции повышения прочности и обеспечения самоочистки сетки 1. За счет вибрации твердая фаза отбивается от сетки 1 (от ее просеивающей поверхности), перемещается вдоль сита и сбрасывается в бункер (на фигурах не показан). Жидкость сквозь сетки 1 и 2 и отверстия 4 опорной решетки отводится для повторного использования. Выступы 6 и 7 уменьшают вероятность разрушения эластомерного материала с наружной стороны, каждой из сеток 1 и 2 и их отрыва друг от друга, возникающей как из-за недостаточной прочности непосредственно эластомерного материала (с наружной стороны сеток 1 и 2), так как из-за плохой адгезии эластомерного материала с проволокой сеток, имеющей высокую чистоту поверхности.

Расположение кромок 8 перемычек 5 опорной решетки 3 вверх и нижней сетке 2 при повышении прочности скрепления сеток 1 и 2 и перемычек 5 между собой также увеличивает жесткость опорной решетки, обеспечивает не только увеличение эффективной площади просеивающей поверхности за счет уменьшения ширины перемычек 5, но также уменьшает толщину опорной решетки 3 и металлоемкость конструкции сита в целом. Выполнение зазора "А" между кромками 8 перемычек 5 и нижней сеткой 2, заполненного эластомерным материалом нижних выступов создает взаимодействие сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 и исключает металлический контакт сетки 2 с перемычками 5. Во время работы вибрационного сита осуществляются упругие колебания сеток 1 и 2, в том числе относительно друг друга, что приводит к соударению их поверхностей и самоочистке путем сбрасывания твердых частиц.

В области выступов 6 и 7 скрепление сеток 1 и 2 (фиг. 3 и 4, 5, 7) производится эластомерным материалом, размещенным в их ячейках, при этом имеет место не только недостаточная адгезия эластомерного материала с металлической проволокой сетки 1 и 2, но и контакты металлических проволок сеток 1 и 2 между собой, что является возможными очагами возникновения расслоения и отрыва сеток друг от друга.

Для повышения прочности при сохранении упругой заделки сетки 1 и 2 по длине выступов 6 и 7 скрепляются (фиг. 6, 8) между собой, например, прошивкой упругой нитью 10, расположенной в эластомерном материале верхних 6 и нижних 7 выступов, что исключает вероятность их разрыва и смещения относительно ячеек сеток 1 и 2.

Размещение упругой нити 10 в эластомерном материале нижних выступов 7 между направленными вверх и нижней сеткой 2 кромками 8 перемычек 5 опорной решетки повышает прочность вибрационного сита от напряжений сдвига как в продольном, так и в поперечном направлениях за счет дополнительного ограничения сдвига упругой нити 10 относительно кромок 8, выполненных, как правило, из материалов более прочных, чем эластомерный материал верхних 6 и нижних 7 выступов.

В качестве упругой нити могут быть использованы натуральные и синтетические волокна, а также металлическая проволока. Прочность скрепления сеток 1 и 2 вдоль выступов 6 и 7 зависит как от материала упругой нити, ее плетения, так и от формы применяемых швов, усилий натяжения. Скрепление упругими нитями исключает вероятность расслоения сеток 1 и 2 в местах выполнения выступов 6 и 7 как из-за плохой адгезии эластомерного материала с проволокой сеток, так и из-за недостаточной прочности собственно эластомерного материала.

Повышение прочности скрепления сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 (фиг. 7) обеспечивается тем, что кромки 8 перемычек 5 отогнуты относительно плоскости решетки 3 в направлении к нижней сетке 2 на угол более 90^o с образованием в поперечном сечении перемычек 5 фасонного профиля замкового типа, полость которого заполнена эластомерным материалом. В этом случае прочность скрепления сеток 1 и 2 опорной решеткой 3 определяется не только адгезией эластомерного материала выступов 7 с поверхностью перемычек 5, но также усилием разрушения замка, образованного кромками 8 перемычек 5 и нижними выступами 7.

Для повышения прочности скрепления сеток 1 и 2 с опорной решеткой 3 ее перемычки 5 могут быть покрыты эластомерным материалом нижних выступов 7 с образованием армированной конструкции (фиг. 8). Отрыв сеток 1 и 2 от опорной решетки 3 в этом случае возможен только при разрушении эластомерного материала нижних выступов 7.

Устранение металлического контакта проволок сеток 1 и 2 между собой при сохранении и улучшении упругой связи между ними облегчается тем, что верхняя 1 и нижняя 2 сетки по всей длине верхних 6 и нижних 7 выступов устанавливаются друг относительно друга с зазором "Б" (фиг. 9), который заполняется эластомерным упругим материалом по ширине выступов. Величина зазора "Б" определяют упругую связь сеток 1 и 2. Расслоение сеток 1 и 2 невозможно без разрушения эластомерного материала в зазоре "Б".

Верхние 6 и нижние 7 выступы, выполненные из износостойкого упругого эластомерного материала и рассматриваемые как единое целое, формируют сеть упругих ребер жесткости, армированных перемычками 5 опорной решетки 3 и расположенных по всей поверхности сеток 1 и 2, которые повышают прочность и долговечность вибрационного сита.

Для конкретного просеивающего материала в зависимости от величины и количества твердых включений выполнение верхних выступов 6 с определенной высотой "H" позволяет образовать со стороны верхней сетки 1 направляющие ребра, которые могут равномерно распределять материал по просеивающей поверхности сита, изменять путь движения материала по просеивающей поверхности, например, из прямолинейного в зигзагообразный, отбивать крупные твердые частицы от поверхности сетки и выполнять тому подобные вспомогательные функции, улучшающие условия эксплуатации вибрационного сита или повышающие качество просеивания.

Для сита, показанного на фиг. 1, 2 выполнение верхних выступов 6, направленных вдоль сита с высотой "H" больше высоты верхних выступов, расположенных поперек сита (на фигурах не показано), позволяет образовать направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита, обеспечивающие удержание просеиваемого материала в средней части просеивающей поверхности при натяжении сита с продольным изгибом.

Анализ технических решений, известных из патентной и технической литературы, позволяет сделать вывод, что заявленные отличительные признаки вибрационного сита обладают новизной, а при их использовании приводят к положительному техническому результату.

Такое выполнение вибрационного сита позволяет повысить надежность и эффективность его использования за счет более прочного скрепления сеток и опорной решетки при сохранении упругого натяжения и упругого колебания сеток, а также уменьшить гидравлическое сопротивление и увеличить эффективную площадь просеивающей поверхности за счет повышения упругой жесткости перемычек опорной решетки. Соединение сеток упругой нитью, размещенной в эластомерном материале верхних выступов и нижних выступов, исключает вероятность расслоения сеток в местах их крепления к опорной решетке.

Формула изобретения

1. Вибрационное сито, содержащее верхнюю и нижнюю сетки, размещенные одна над другой и на опорной решетке, отверстия которой образованы перемычками, являющимися опорными элементами сеток, прикрепленных одна к другой и перемычкам решетки эластомерным износостойким материалом, отличающееся тем, что на наружной поверхности каждой из сеток в соответствии с формой и расположением перемычек опорной решетки выполнены верхние и нижние выступы из эластомерного материала, при этом кромки перемычек опорной решетки направлены вверх к нижней сетке с образованием в поперечном сечении U-образного фасонного профиля, сетки установлены относительно последних с зазором, а пространство между нижней сеткой и перемычками заполнено эластомерным материалом нижних выступов.

2. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя сетки скреплены между собой упругой нитью, например прошивкой, расположенной в эластомерном материале верхних и нижних выступов, причем упругая нить размещена в последних между кромками перемычек опорной решетки.

3. Сито по п. 1, отличающееся тем, что кромки перемычек опорной решетки отогнуты относительно ее плоскости в направлении к нижней сетке на угол более 90° и образуют замок для нижних выступов.

4. Сито по п. 1, отличающееся тем, что перемычки опорной решетки расположены в эластомерном материале нижних выступов.

5. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя сетки по всей длине выступов установлены одна относительно другой с зазором, заполненным материалом по ширине выступов.

6. Сито по п. 1, отличающееся тем, что верхние выступы образуют направляющие ребра перемещения просеиваемого материала вдоль сита.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9