Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SELF-CLEANING DYNAMIC SCREW CONVEYOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/078751
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to systems and methods for removing deposits and reducing side reactions during thermal conversion processes or when working with media that give rise to substances that adhere to, harden on and are difficult to remove from the movable and fixed parts of equipment, resulting in the need to periodically stop a process in order to clean said equipment. A self-cleaning dynamic screw conveyor includes the part of a pipeline that is most susceptible to cumulative deposition, said part having a drive shaft axially disposed therein, wherein the drive shaft is capable of reverse motion that is regulated by programmed control of a switching cycle; the helical surface of the dynamic screw conveyor is configured in the form of individual blades, the hubs of which, configured in the form of sleeves with a central aperture for installation on the drive shaft such as to be rotatable in relation thereto, have a stop on both end surfaces which allows engagement with an adjacent blade after completion of one revolution; the drive shaft is rigidly connected only to one of the end blades; and a blade braking system is axially mounted on the drive shaft on the opposite end of the screw conveyor from said end blade.

Inventors:
GRACHEV, Andrej Nikolaevich (ul. Nigmatullina, 1/47 kv. 11, Kazan 1, 421001, RU)
BASHKIROV, Vladimir Nikolaevich (ul. Pavlyukhina, 104 kv. 1, Kazan 9, 420059, RU)
ZABELKIN, Sergej Andreevich (ul. Bigicheva, 31 kv. 7, Kazan 5, 420025, RU)
MAKAROV, Aleksandr Aleksandrovich (ul. Butlerova, 45 kv. 3, Kazan 2, 420012, RU)
BIKBULATOVA, Guzeliya Mansurovna (ul. Chuikova, 13 kv. 1, Kazan 4, 420094, RU)
ZEMSKOV, Ivan Gennadevich (ul. Akademika Krylova, 37Alaty, Respublika Chuvashiya 6, 429826, RU)
BURENKOV, Sergej Albertovich (ul. Molodezhnaya, 13s. Korguza, Verkhneuslonskij r-, Respublika Tatarstan 6, 422586, RU)
YAKOVLEVA, Anastasiya Evgenevna (ul. K. Marksa, 40s. Sr.Tatmyshi, Kanashskii r-, Respublika Chuvashiya 2, 429342, RU)
SAMIRKHANOVA, Aigul Raisovna (ul. Zorge, 10. kv. 53Kazan, 7, 420087, RU)
Application Number:
RU2017/000763
Publication Date:
April 25, 2019
Filing Date:
October 17, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOJ OTVETSTVENNOSTYU "ENERGOLESPROM" (ul. Nigmatullina, 1/47 office 11, Kazan 1, 421001, RU)
International Classes:
B08B1/04; B08B9/027; B65G65/22; F23G5/44
Domestic Patent References:
WO2015135810A12015-09-17
Foreign References:
CN102658961A2012-09-12
SU1248681A11986-08-07
SU806056A11981-02-23
EP2722103A22014-04-23
Attorney, Agent or Firm:
KOTLOV, Dmitrij Vladimirovich (OOO "Centr intellektualnoj sobstvennosti "Skolkovo", Territoriya innovatsionnogo centra "Skolkovo"ul. Lugovaya, 4, office 402, Moscow 6, 143026, RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Самоочищаемый динамический шнек, включающий аксиально установленный в наиболее подверженной кумулятивному осаждению части трубопровода приводной вал,

отличающийся тем, что

приводной вал выполнен с возможностью реверса с регулированием посредством программного управления циклом переключения, винтовая поверхность динамического шнека выполнена в виде отдельных лопаток, ступицы которых, выполнены в виде втулок с центральным отверстием для установки на приводном валу с возможностью поворота относительно вала, при этом на обеих торцевых поверхностях ступиц выполнены упоры, обеспечивающие возможность зацепления со смежной лопаткой после совершения одного оборота, а приводной вал жестко соединен только с одной крайней лопаткой, причем с противоположной от крайней лопатки стороны шнека на приводном валу аксиально установлена система торможения лопаток.

2. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что выполнен с возможностью регулировки угла наклона винтовой поверхности шнека смещением лопатки относительно упоров на торцевой поверхности ступиц при закреплении лопатки на ступице.

3. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что винтовая поверхность выполнена с переменным шагом.

4. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что выполнен с разным диаметром ступиц лопаток.

5. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что система торможения лопаток выполнена с возможностью регулировки усилия прижима пропорционально крутящему моменту;

6. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что часть трубопровода выполнена вертикальной.

7. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что часть трубопровода выполнена наклонной к горизонту,

8. Шнек по п.1 , отличающийся тем, что часть трубопровода выполнена горизонтальной.

Description:
Самоочищаемый динамический шнек

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам и способам удаления отложений и уменьшения побочных реакций при процессах термической конверсии или при работе со средами, образующими на подвижных и неподвижных частях оборудования налипающую, отверждающуюся и трудноудаляемую композицию (субстанцию), приводящую к необходимости периодической остановки процесса для чистки оборудования.

Уровень техники

Известен вариант осуществления системы уменьшения кумулятивного осаждения, включающий устройство, называемое расширителем и предназначенное для удаления отложений между операциями термической конверсии и конденсации процесса пиролиза, включающее механический возвратно-поступательный шток с закрепленным на нем буром или долотом, или щёткой, или в качестве альтернативы смыв образующихся отложений струями (гидравлический или пневматический (пар) поток). Недостатками возвратно-поступательного устройства системы являются остающиеся не очищаемыми торцевые поверхности движущихся по штоку устройств, постепенное накопление и уплотнение налипающей композиции в запоршневой или штоковой зоне, что приводит к постепенному уменьшению рабочего хода штока и в результате - к необходимости остановки технологического процесса для чистки (Патент US 8 097 090В2 от 17.01.2012г).

Известны также конструкции циклонов, предназначенных для сепарации дисперсной пыли из потока многокомпонентной парогазовой смеси, склонной к образованию отложений, с подвижными элементами в виде цепей, способствующими удалению кумулятивных отложений. Недостатками известной системы является низкая эффективность процесса очистки: неодинаковая интенсивность и степень очистки вертикальных цилиндрических поверхностей, то есть система, практически не работает в верхней части и значительно хуже работает в нижней цилиндрической части циклона и его нижней конической части, кроме того, имеет место повышенный абразивный износ поверхностей циклона в местах максимального действия центробежных сил.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для пиролиза органической биомассы, включающее шнековую трубу, в которую вместе с биомассой подается нагретая до температуры термической деструкции биомассы стальная дробь, обеспечивающая, кроме прочего, очистку поверхностей шнека и трубы от отложений.

Недостатками известной системы являются необходимость дополнительного контура регенерации дроби (отделение дроби от потока, ее подогрев до температуры процесса, возврат дроби в поток), значительное увеличение массы системы и, как следствие, необходимость повышенного запаса прочности конструкции, а, следовательно, повышенные расход металла, размеры и масса конструкции, повышенный абразивный износ, вызванный использованием дроби; снижение удельной производительности установки, так как значительная часть полезного объёма занята дробью; неодинаковая интенсивность очистки различных поверхностей по сечению от кумулятивных осаждений, обеспечиваемая силами гравитации дроби. К недостаткам следует отнести также то обстоятельство, что основные проблемы с кумулятивным осаждением происходят в трубопроводе отвода парогазовых продуктов термохимического разложения, а не в реакторе любого типа, в том числе и шнекового. А дополнительное измельчение углистого остатка дробью ведёт к ещё большей проблеме налипания мелкодисперсной пыли и необходимости последующей очистки определённых участков трубопровода (Патент US 2015/0021159 А1 от 22.01.2015г).

Сущность заявленного изобретения

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы оборудования с налипающими на частях оборудования и трудноудаляемыми средами посредством очистки от кумулятивных отложений без остановки технологического процесса.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности работы оборудования с налипающими на частях оборудования и трудноудаляемыми средами посредством очистки от кумулятивных отложений без остановки технологического процесса.

Указанный технический результат достигается за счет того, что динамический шнек, включающий привод, систему торможения, приводной вал, часть трубопровода с патрубками подвода и отвода и с расположенным в нем аксиально приводным валом, на котором по всей длине вала посредством ступиц уставлены отдельные лопатки, образующие винтовую поверхность динамического шнека, при этом ступицы лопаток выполнены с возможностью свободного вращения и осевого перемещения относительно приводного вала, и выполнены с упорами на обеих торцевых поверхностях, обеспечивающим возможность зацепления со смежной лопаткой после совершения одного оборота, передавая крутящий момент от одной лопатки другой, при этом крайняя лопатка, установленная с противоположной от привода стороны приводного вала, жестко соединена с приводным валом.

В частном случае реализации заявленного технического решения выполнен с возможностью регулировки угла наклона винтовой поверхности шнека смещением лопатки относительно упоров на торцевой поверхности ступиц при закреплении лопатки на ступице.

В частном случае реализации заявленного технического решения винтовая поверхность выполнена с переменным шагом.

В частном случае реализации заявленного технического решения выполнен с разным диаметром ступиц лопаток.

В частном случае реализации заявленного технического решения система торможения лопаток выполнена с возможностью регулировки усилия прижима пропорционально крутящему моменту;

В частном случае реализации заявленного технического решения часть трубопровода выполнена вертикальной.

В частном случае реализации заявленного технического решения часть трубопровода выполнена наклонной к горизонту,

В частном случае реализации заявленного технического решения часть трубопровода выполнена горизонтальной. Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

Фиг.1 - схема устройства; Фиг.2 -схема работы самоочищаемого динамического шнека в пиролизной установке.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 - пневмоцилиндр; 2 - привод; 3 - приводной вал; 4 - вилка; 5 - тормозной диск; 6 - вращающийся диск; 7 - опора качения; 8 - крышка; 9 - лопатки; 10 - обечайка с патрубками подачи очищаемой среды и отвода очищенной среды; 11 - ступица; 12 - упоры; 13 - крайняя лопатка; 14 - патрубок подачи очищаемой среды; 15 - днище; 16 - патрубок отвода очищаемой среды.

Раскрытие изобретения Самоочищаемый динамический шнек содержит: пневмоцилиндр (1), привод (2), приводной вал (3), вилку (4), тормозной диск (5), вращающийся диск (6), опору качения (7), крышку (8), лопатки (9), обечайку (10) с патрубками (14) подачи очищаемой среды и отвода (16) очищенной среды, ступицы лопаток (11), упоры (12), крайнюю лопатку (13), днище (15). Самоочищаемый динамический шнек включает наиболее подверженную кумулятивному осаждению часть трубопровода с расположенным в нем аксиально приводным валом (3). Приводной вал (3) выполнен с возможностью реверса с регулированием посредством программного управления циклом переключения. Подверженная кумулятивному осаждению часть трубопровода может быть расположена в пространстве под любым углом к горизонту. На приводном валу (3) посредством ступиц (11) расположены отдельные лопатки (9) и крайняя лопатка (13), образующие винтовую поверхность динамического шнека.

Ступицы (11) лопаток (9) и (13) выполнены в виде втулок с центральным отверстием для установки на приводном валу (3) с возможностью поворота относительно вала, и имеют на обеих торцевых поверхностях по упору, обеспечивающим возможность зацепления со смежной лопаткой после совершения одного оборота. При этом приводной вал (3) жестко соединен только с одной крайней лопаткой (13) и с противоположной от крайней лопатки (13) стороны шнека на приводном валу (3) аксиально установлена система торможения лопаток. В варианте реализации заявленного технического решения диаметры ступиц лопаток выполнены разными. Данная конструктивная особенность заявленного технического решения позволяет увеличить пропускную способность на отдельных участках шнека.

В варианте реализации заявленного технического решения шнек выполнен с возможностью регулировки угла наклона винтовой поверхности шнека путем смещения лопатки относительно упоров на торцевой поверхности ступиц при закреплении лопатки на ступице.

Система торможения лопаток выполнена в виде тормозного диска (5), установленного на приводном валу (3) и вращающегося диска (6). Вращающийся диск (6) установлен на крышке (8) в опоре качения (7) с возможностью свободного вращения. Осевое перемещение тормозного диска (5) обеспечивается пневмоцилиндром, либо другим устройством через систему рычагов и кронштейнов. Система торможения лопаток предусматривает возможность регулирования усилия прижима пропорционально крутящему моменту. Причём угол наклона винтовой поверхности шнека регулируется смещением лопатки относительно упоров на торцевой поверхности ступиц на определённый угол при закреплении лопатки на ступице, что не исключает при необходимости переменный шаг винтовой поверхности; пропускная способность на отдельных участках шнека достигается изменением диаметра ступицы лопатки; Привод обеспечивает возможность реверсивного вращения приводного вала (3).

Крайняя лопатка (13) жестко закреплена на приводном валу. Ступицы всех лопаток (9), за исключением лопатки (13), установлены на приводном валу (3) с возможность свободного вращения и осевого перемещения относительно приводного вала (3). Вращающийся диск (6) установлен на крышке (8) в опоре качения (7) с возможностью свободного вращения. Осевое перемещение тормозного диска (5) обеспечивается пневмоцилиндром, либо другим устройством через систему рычагов и кронштейнов (на схеме - вилкой (4), закреплённых на крышке (8). Торможение осуществляется посредством взаимодействия рабочей поверхности тормозного диска (5) с торцевой поверхностью вращающегося диска (6). Обе торцевые поверхности ступиц всех лопаток (кроме крайней лопатки (13) имеют по упору (10), посредством которых смежные лопатки вступают во взаимодействие, передавая крутящий момент от одной лопатки другой. Крайняя лопатка (13) имеет один упор. Днище (15) снабжено патрубком для отвода продуктов очистки.

Работает самоочищаемый динамический шнек следующим образом.

По команде программы или оператора вал (3) приводится в движение. Жестко связанная с валом крайняя лопатка (13) начинает вращение вместе с ним. Лопатка (13), совершив один оборот, упором, расположенным на торцевой поверхности ступицы, вступает в зацепление с аналогичным упором (10), расположенным на ступице смежной лопатки. Теперь совершают оборот уже две лопатки до момента зацепления упором второй лопатки за упор третьей и так далее. Каждая следующая лопатка зафиксирована относительно ступицы и, соответственно, относительно упоров на ступице со смещением, что позволяет при взаимодействии упоров ступиц всех лопаток получить транспортный шнек с определенным углом наклона винтовой поверхности, либо, при необходимости, с переменным шагом винтовой линии.

По завершении процесса зацепления упором крайней (на рисунке со стороны тормоза) лопатки (13) вся система лопаток вместе с вращающимся диском (6) работает как шнек. Через установленное экспериментально время работы шнека и/или накопления регламентированного слоя кумулятивных осаждений на рабочих поверхностях элементов устройства, по команде программы или оператора включается реверс приводного вала (3) и перемещение тормозного диска (5). Тормозной диск (5), упирающийся в крышку 8, а следовательно и в корпус устройства, за счет сил трения вступает в зацеплении с торцевой поверхностью вращающегося диска (6). Так как сила трения тормозного диска (5) о торцевую поверхность вращающегося диска (6) больше, чем сила трения между ступицами лопаток, все лопатки, остаются неподвижными при вращении приводного вала (3) с лопаткой (13). По завершению оборота упор ступицы лопатки (13) вступает в зацепление с упором ступицы смежной лопатки. Теперь вращение совершают уже две лопатки.

Необходимо отметить, что случайный характер накопления кумулятивных осаждений на поверхностях шнека может привести к тому, что последовательность движения отдельных лопаток, то есть «разрушение» целостности шнека может произойти и между другими ступицами. Но с каждым оборотом за счет зацепления упорами смежных лопаток количество неподвижных лопаток уменьшается на одну до тех пор, пока не дойдёт очередь до крайней со стороны системы торможения лопатки. В этот момент тормозной диск (5) выходит из зацепления с вращающимся диском (6), и образованный лопатками шнек, винтовая поверхность которого направлена противоположно винтовой поверхности шнека в первой части цикла, продолжает транспортировать рабочую среду в ту же сторону (на рисунке - вниз). Через установленное экспериментально время работы шнека и/или накопления регламентированного слоя кумулятивных осаждений на рабочих поверхностях элементов устройства, по команде программы или оператора вновь включается реверс приводного вала, а по окончании первой части цикла - перемещение тормозного диска. Затем цикл повторяется. Представленная последовательность движения лопаток позволяет эффективно очищать от кумулятивных осаждений сами лопатки и поверхности рабочего сечения проблемной части трубопровода или устройства.

Таким образом, наиболее подверженная кумулятивному осаждению часть трубопровода, по которому перемещается парогазопылевая смесь, склонная к активному образованию кумулятивных осаждений, очищается без остановки технологического оборудования на процесс чистки от этих осаждений. А активное образование этих осаждений на очищаемом участке позволяет минимизировать процесс осаждения этих отложений на последующих по ходу потока участках трубопровода.

В качестве примера реализации изобретения приведена схема работы устройства очистки установки пиролиза (фиг. 2), в которой самоочищаемый динамический шнек установлен на трубопроводе, отводящем парогазовую смесь из реактора быстрого б абляционного пиролиза. Эта парогазовая смесь представляет собой смесь неконденсирующихся при обычных условиях газообразных соединений с мелкодисперсными частицами капельной высококипящей жидкости и легко конденсирующимися на всех поверхностях соединениями в паровой фазе, а также мелкодисперсных, причем полидисперсных, частиц образующегося в процессе пиролиза углистого остатка. Эта смесь в процессе перемещения к системе очистки от дисперсной пыли и конденсации образует очень прочные кумулятивные осаждения, что приводит к уменьшению рабочего сечения трубопроводов вплоть до их полного забивания и выхода из строя. Необходимость частой остановки пиролизной установки для чистки делает всю технологию пиролиза экономически малоцелесообразной. Для интенсификации процесса отложения осаждений в зоне работы самоочищаемого динамического шнека в его рабочее пространство через патрубок (14) подается охлажденный несконденсированный пирогаз. Очищенный пиролизный газ через патрубок (16) отводится к системе конденсации. Принцип работы данного устройства аналогичен описанному ранее. Если согласно фиг.1 образующиеся конгломераты осаждения перемещались лопаткой к выгрузочному патрубку на днище (14), то на фиг. 2 самоочищаемый динамический шнек установлен на корпусе реактора, и отделяемые в процессе чистки осаждения в виде прочных конгломератов мелкодисперсной угольной пыли, пропитанной смолами и соединениями, в том числе и высокомолекулярными, транспортируются шнеком вновь в реактор пиролиза. Основные параметры самоочищаемого динамического шнека приведены в таблице.

Таблица. Основные параметры самоочищаемого динамического шнека

Таким образом, в результате очистки от кумулятивных осаждений без остановки оборудования и всего технологического процесса, в которых возможно образование кумулятивных отвергающихся осаждений, повышает общую эффективность таких процессов, а ряде случаев это единственный вариант экономической целесообразности реализации подобных технологических процессов.