Смеситель жидкости и твердых частиц

,166234 5 В 01 Р 7/16 ГОСУДАРСТВЕНПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ СССР Й ХОМИТЕТ И ОТКРЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТ есит перс-. об- си- оростль Шл щим изойЗа 4453 Маа 4(21) 4202207/26 (22) 26.03.87 (31) 8604671 (32) 27,03,86 (зз) Рк (46) 07,07.91. Бюл. и 2 (71) Компани де Сервис берже (ГК) (72) Рональд Шервуд (Б (53) 66.063 (088.8) (56) Патент СНА Р кл; В 01 Р 7/16 1984(54) ОЕСИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ И ТВЕРД ЧЛСТИЦ (57) Изобретение относится к см лям жидкости с твердыми частица позволяет повысить эфективност боты при использовании мелкодис ного поронка путем его подачи в ласть пониженного давления. Сме тель содержит корпус с высокоск ным ротором 2 на валу 3, состоя двух жестко соединенных между с горизонтальных импеллеров 4 и 51662342 грузочцое устройство для твердых частиц расположено в полости 8, образованной крышкой 9 корпуса и верхним импеллером. Загрузочное устройство снабжено рег улируемым клапаном 10.5 Загрузочцое устройство может быть выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного под углом к оси Изобретение относится к устройст 15ваи для смешивания порошкообразногоматериала с жидкостью, главным образом порошкообразного цемента и водыдля цемецтировация нефтяных газовыхскважин,Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства при использовании иелкодисперсного порошказа счет его подачи в область пониженного давления.На фиг.1 схематически изображено25предлагаемое устройство, на фиг.2 -то же, с .загрузочным устройством ввиде трубы, коаксиально ротору; нафиг.З - загрузочное устройство в видепатрубка, расположенного под углом к 30оси ротора.Смеситель жидкости и твердых частиц содержит корпус 1 с высокоскоростным ротором 2 на валу 3, состоящим издвух жестко соединенных между собойгоризонтальных импеллеров 4 и 5, загрузочное устройство для твердых частиц, размещенное цад верхним импеллером 4, устройство 6 для откачки готовой смеси и устройство 7 для подачи 40жидкости. Загрузочное устройство длятвердых частиц расположено в полости8, образованной крышкой 9 корпуса 1 иверхцни иипеллером 4.Загрузочное устройство снабжено 45регулируемым клапаном 10. Оно можетбыть выполнено в виде цилиндрическогоатрубка 11, установленного под углоик оси вала ротора (фиг,З) или параллельного ей патрубка 12 (фиг. 1), а также н виде цилиндрической трубы 13,установлеццой коаксиально ротору 2(фиг.2). Цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса14, соединенного с цей меньшим основанием. Б корпусе выполнены вентиляционные отверстия 15,Сиеситель работает следующим образом вала ротора или параллельно ей, атакже в виде цилиндрической трубы,установленной коаксиальцо ротору 2.Цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса 14, соединенного с ней меньшим основанием, Вкорпусе 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 иипеллера 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.Сиеситель 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 сиеситель описываемой ниже системы, насоса 24 высокого давления, который принимает смесь, поданную от устройст1662342 55 ва 6, например шлакоцемепт, и подаетее 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 смеси- тель 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 вобласти крышки 9 корпуса, создаваемый реакцией на центробежный поток 25,В направлении центра зоны высокогодавления этот поток имеет вертикально убывающую составляющую скорости 27,которая связывает потоки 25 и 26,Согласно конструкции загрузочноен устроиство выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного вкрышке 9. Патрубок 11 может устанавливаться под углом к оси вала с наклоном относительно потока. Патрубок 12 также может устанавливаться параллельно оси вала перпендикулярно к/крышке. Этот патрубок крепится ккрышке 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 возмущеннойзоны это возмущение может анализиро"ваться следующим образом. 6Поток входит в упомянутый объемсогласно линиям, показанным параллельными зоне 28. Вследствие выступа,образованного патрубком 12 и его передней кромкой 29, линии тока постепенно группируются в направлении зон30 и 31, поскольку одинаковый потокдолжен проходить через меньший объем,скорость потока увеличивается, достигая максимума в зоне 31, граничащейс передней кромкой. Затем этот потокрасходится, создавая возмущенную зонунизкого давления, непосредственно ниже по потоку передней кромки. Затемон стабилизируется до тех пор, покаон полностью не оставит возмущеннуюзону. Зона 32 низкого давления сообщается через патрубок 12 с питающим 20 бункером 23 или по меньшей мере с сечением клапана 10 и всасывает порошок, который затем втягивается вместес потоком жидкости и материала непосредственно в зону 32. Это не толь- ко улучшает смешивание, но и способствует более эФФективному отделениюпорошка 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, соединяющиеэту зону с полостью 8 через верхнийимпеллер 4.1Клапан 10 может быть клапаном любого типа, преимущественно его выпол нение в Форме кольцеобразной пластины34, установленной заподлицо с крышкой9, образуя часть этой крышки. Этапластина содержитотверстие 35, кольцеобразный сегмент, которое закрывается шибером 36, более крупным кольцеобразным сегментом, перемещающимся вкольцеобразной дорожке 37.Также возможно устанавливать магистраль 38 циркуляции между устройством 7 для откачки смеси и насосом24, обеспечивая, таким образом, возможность возвращения смеси к началуцикла, либо потому, что она не достигла требуемой плотности, либо для того,чтобы обеспечить измерение плотностив магистрали 38 возврата посредствомизмерителя 39 плотности,Бо время, например, цементированиянефтяной скважины или аналогичной ра1662342 . 7боты объем цемента, доставляемый насосом 24, является постоянным и определяется быстродействием насоса. Объемная скорость отвода смешанного материала через устройство 6 является по стоянной или может легко поддерживаться такой. В качестве результата предшествующего аргумента и вследствие, схемы потока смесителя входящий поток воды представляет непосредственную,. 10 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 г 0 , над потоком воды. Все это значительно упрощает проводимые на месте работ операции, необходимые для точного контроля плотности шлакоцемента., Изобретение позволяет приводить в дей ствие клапан 11, подача воды автоматически регулируется. При этом легко поддерживать плотность цемента близкой к оптимальной в течение всего процесса приготовления смеси, Питаю 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 ввиде 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 соударяются Внутри, конуса 14, соз давая зону отрицательного давления выше по потоку кромки конуса, это означает, что порошок подается непосредственно в зону турбулентного смешивания. Воздух в процессе смешивания55 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 автоматизированные 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 эффективным. 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 порошкообразных 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 иипеллером, устройства для подачи жидкости и откачки готовой смеси, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эФфективности в работе при использовании 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 щ и й с я тем, что загрузочное устройство снабжено регулируемым клапаном.3. Смеситель по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что загрузочное устройство выполнено в виде цилиндрического патрубка, установленного под углом к оси вала ротора или параплельно с ней.Смеситель по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю,щ и й с я тем, что загрузочное устройство выполнено в виде цилиндрической трубы, установленной коаксиально ротору.5. Смеситель по п,4, о т л и - ч а ю ц и й с я тем, что цилиндрическая труба снабжена выпускным участком в виде конуса, соединенного с ней меньшим основанием.1 16. Смеситель по пп. 1-5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в корпусе выполнены вентиляционные отверстия.1662342Составитель Н.ФедороваМотыль Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар ак 2139 Тираж Подписное Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский. комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101