Устройство для очистки емкостей

 

Изобретение относится к области транспортировки и хранения материалов и может быть использовано для очистки больших емкостей, в частности цистерн, от вязких нефтепродуктов. Устройство содержит подъемно-опускную штангу с цилиндрической камерой, имеющей внутреннюю полость. В полости установлена с возможностью вращения полая трубка. Длина полой цилиндрической трубки превышает длину цилиндрической камеры. Выходные концы трубки выполнены скошенными. На боковой поверхности трубки расположены сквозные тангенциальные отверстия и установлены расширяющиеся круговые выступы со стороны выходных круговых расширяющихся отверстий в торцевых стенках цилиндрической камеры. При этом максимальные диаметры выступов больше минимальных диаметров расширяющихся отверстий для предотвращения выброса трубки из цилиндрической камеры в процессе подачи теплоносителя. Устройство обеспечивает формирование двух закрученных потоков, один из которых внешний истекает через зазор между выступами трубки и выходными отверстиями цилиндрической камеры, другой внутренний истекает из полости трубки. Повышение надежности достигается за счет отсутствия трения между поверхностями цилиндрической трубки и цилиндрической камеры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области транспортировки и хранения материалов и может быть использовано для очистки больших емкостей, в частности цистерн, от вязких нетфепродуктов.

Уровень техники известен из устройства, содержащего подъемно-опускную стойку, в нижней части которой закреплена горизонтальная цилиндрическая труба, внутри которой на подшипниках установлена вращающаяся полая труба с закрытой внешней торцевой частью. На вращающейся трубе по периферии цилиндрической части в зоне закрытого торца через радиальные расходные патрубки и угольники установлены сопла Лаваля, при этом их оси составляют острый угол с осью вращения трубы (а.с. N 996286, B 65 D 88/74, 1983).

Для погружения стойки в основании горизонтальной трубы установлено дополнительное сопло Лаваля с осью, параллельной оси подъемно-опускной штанги.

Выходя из сопел Лаваля в виде расходящихся струй, пар внедряется в толщу вязкого нефтепродукта, прорезая в нем ряд щелей в форме конических поверхностей.

К недостаткам данного устройства относятся низкая интенсивность разогрева продукта и малая надежность.

Низкая интенсивность разогрева обуславливается тем, что струи пара плохо прогревают нефтепродукт в зоне вне щелей, а также и в объеме, образованном конической поверхностью струй и поверхностью продукта. Кроме того, при вращении струй, вытекающих из сопел, происходит их взаимодействие между собой, что приводит к увеличению общего гидродинамического сопротивления при истечении пара и соответственно потерям кинетической энергии истекающего пара.

Малая надежность обусловлена наличием трущихся подвижных частей, подшипников и воздействием перепада температур на их работу.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого результата, является малая площадь контакта истекающей из насадки струи пара с поверхностью нефтепродукта, ограниченная щелями в форме конических поверхностей, что обуславливает низкий теплообмен между паром и нефтепродуктом и соответственно низкую интенсивность слива нефтепродукта и пропарки емкостей.

Наличие подвижных трущихся частей и подшипников снижает надежность устройства в работе.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на решение задачи повышения интенсивности теплообмена между паром и нефтепродуктом и повышение надежности устройства.

Технический результат, который может быть получен, заключается в увеличении площади взаимодействия теплоносителя с поверхностью нефтепродукта и создании нестационарного процесса теплообмена между паром и нефтепродуктом, повышении надежности устройства за счет исключения в устройстве трудящихся подвижных элементов.

Ограничительные признаки: полая подъемно-опускная штанга; цилиндрическая камера, во внутренней полости которой коаксиально с ней установлена с возможностью вращения цилиндрическая полая трубка.

Отличительные признаки: длина трубки превышает длину камеры, выходные концы трубки выполнены скошенными, на боковой поверхности трубки выполнены сквозные тангенциальные отверстия, направления которых совпадают с направлением движения закрученного потока в цилиндрической камере; на поверхности цилиндрической трубки установлены расширяющиеся круговые выступы со стороны выходных круговых расширяющихся отверстий в торцевых стенках цилиндрической камеры.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в следующем: в цилиндрической камере за счет тангенциального подвода теплоносителя формируется закрученный поток. В результате действия сил трения со стороны закрученного потока на цилиндрическую трубку по ее внешней и внутренней поверхности она приводится во вращательное движение. За счет кругового зазора между цилиндрической камерой и цилиндрической трубкой на выходе цилиндрической камеры обеспечивается свободное истечение части закрученного потока из цилиндрической камеры, при этом на выходе из цилиндрической камеры формируется внешний закрученный поток в форме конуса с центральной осью вращения.

Кроме того, наличие зазора для свободного истечения теплоносителя обеспечивает вращательное движение цилиндрической трубки без контакта с внутренней поверхностью цилиндрической камеры в зоне зазора, за счет чего резко сокращаются как потери на местное сопротивление, так и на трение.

Наличие тангенциальных отверстий на боковой поверхности цилиндрической трубки в направлении вращения закрученного потока в цилиндрической камере создает внутри трубки закрученный поток, перемещающийся в осевом направлении к выходу. За счет совпадений направлений тангенциальных отверстий в трубке и направления движения теплоносителя существенно снижается гидродинамическое сопротивление при входе потока в цилиндрическую трубку.

За счет действия сил трения со стороны тангенциально закрученного потока на внутреннюю поверхность трубки последняя дополнительно приводится во вращательное движение, в результате увеличивается степень закрутки потока, т.е. растет ее окружная скорость и соответственно кинетическая энергия закрученного потока, истекающего из трубки.

В результате этого в цилиндрической камере наиболее нагретые частицы пара, т.е. обладающие большей внутренней энергией устремляются во внутреннюю зону цилиндрической трубки, менее нагретые проходят через зазор между цилиндрической камерой и цилиндрической трубки.

Кроме того, так как внутренний радиус трубки намного меньше внутреннего радиуса цилиндрической камеры, а циркуляция в среднем сохраняется постоянной, окружная скорость внутри трубки намного выше, т.е. окружная скорость внутри трубки выше чем в цилиндрической камере, т.е. выше доля кинетической энергии в окружном направлении.

Истекающая из трубки закрученная струя за счет скоса выходного торцевого сечения трубки формируется в виде конуса с осью, не параллельной оси вращения трубки. За счет вращения трубки ось вращения закрученного потока теплоносителя, истекающего из трубки, совершает в пространстве вращательное движение по окружности, соответственно конус истекающего из трубки теплоносителя также совершает в пространстве вращательное движение.

Таким образом, наличие вращающейся трубки и зазора между ней и торцевыми частями цилиндрической камеры обеспечивает формирование двух самостоятельных закрученных потоков истекающего теплоносителя.

В результате существенно увеличивается площадь взаимодействия теплоносителя с очищаемым продуктом, и соответственно интенсифицируется процесс теплообмена, что приводит к сокращению времени очистки и промывки емкостей.

Кроме того, площадь контакта внутреннего закрученного потока изменяет свое положение внутри очищаемого продукта, перемещаясь по окружности, т.е. существенно расширяется площадь взаимодействия с очищаемым продуктом, что также значительно интенсифицирует процесс очистки и промывки емкостей.

Это обусловлено тем, что в закрученном потоке теплоносителя (пара) наиболее нагретые частицы пара стремятся переместиться в направлении против действия центробежных сил, т.е. во внутреннюю область потока, менее нагретые идут во внешнюю зону закрученного потока.

Т. о. наличие внешнего закрученного потока, истекающего в виде конуса, обеспечивает существенное снижение отвода тепла за счет естественной конвекции от нагретого внутреннего потока, так как в этом случае конус истечения внешнего потока играет роль теплового колпака для внутреннего потока, в результате обеспечивается дополнительный подвод тепла от внутреннего потока теплоносителя к очищаемому продукту, что существенно интенсифицирует процесс очистки и промывки емкостей.

За счет свободного вращения цилиндрической трубки из-за неуравновешенности действия на нее продольных сил возникают продольные колебания трубки, что приводит к пульсационному истечению теплоносителя, в результате дополнительно интенсифицируется процесс отвода тепла в продукт.

Наличие расширяющихся выступов на цилиндрической трубке с диаметром, большим чем самая узкая часть цилиндрической камеры, препятствует выбросу цилиндрической трубки из цилиндрической камеры при истечении теплоносителя, обеспечивая надежность устройства.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для очистки емкостей, на фиг. 2 - то же в поперечном разрезе.

Сплошными прямыми линиями показаны боковые границы конуса истечения закрученного потока, вытекающего из цилиндрической трубки.

Прямыми штриховыми линиями показаны боковые границы конуса внешнего истечения.

Сплошными эллиптическими линиями показаны условные границы потоков на очищаемой поверхности.

Прямыми штрих-пунктирными линиями показаны оси вращения внешнего и внутреннего потоков теплоносителя.

Штриховой эллиптической линией показана круговая траектория перемещения оси конуса истечения внутреннего закрученного потока.

Устройство содержит подъемно-опускную штангу - 1, цилиндрическую вихревую камеру - 2, вращающуюся цилиндрическую трубку - 3 со скошенными торцами, расширяющимися круговыми выступами - 4 на внешней поверхности и тангенциальными отверстиями - 5 на боковой поверхности.

Расширяющиеся круговые выступы на внешней поверхности цилиндрической трубки и внутренняя поверхность в зоне торцов цилиндрической камеры выполнены с образованием зазоров для свободного истечения внешнего закрученного потока теплоносителя в зону взаимодействия с очищаемым продуктом.

Наличие выступов предотвращает выброс цилиндрической трубы из цилиндрической камеры. При этом, изменяя конфигурацию выступа и угол его раствора, можно обеспечить необходимые параметры истечения внешнего закрученного потока (угол раствора истечения и степень закрутки потока).

Существование внешнего истекающего закрученного потока через зазор - 6 является условием для устойчивого вращения цилиндрической трубы, при этом предотвращается ее контакт с цилиндрической камерой на всем ее протяжении.

Устройство работает следующим образом. Поток теплоносителя (пара) подается под давлением из магистрали в полость подъемно-опускной штанги - 1, далее из полости штанги поток пара теплоносителя вводится в цилиндрическую камеру распределения теплоносителя - 2, закручивается, приводя одновременно во вращение цилиндрическую трубку - 3, при этом поток теплоносителя в цилиндрической камере разбивается на два: один - внешний, истекает через зазор - 6, другой - внутренний, тангенциально поступает в цилиндрическую трубку - 3 и оттуда, перемещаясь в осевом направлении трубки, истекает через скошенный срез в зону очищаемого продукта.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки емкостей, содержащее подъемно-спускную полую штангу, в нижней части которой закреплена цилиндрическая камера, во внутренней полости которой коаксиально с ней установлена с возможностью вращения цилиндрическая полая трубка, отличающееся тем, что длина полой цилиндрической трубки превышает длину камеры, выходные концы трубки выполнены скошенными, а на боковой поверхности трубки расположены сквозные тангенциальные отверстия, направленные по ходу движения закрученного потока в цилиндрической камере, и установлены расширяющиеся круговые выступы со стороны выходных, круговых, расширяющихся в торцевых стенках камеры отверстий.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрическая камера и полая цилиндрическая трубка выполнены разъемными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2