一种原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器的制作方法

本发明涉及一种原油储罐防止油泥沉积用的装置，尤其涉及一种原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器。

背景技术：

随着世界经济的不断发展，石油消耗急剧增加，同时随着各国石油战略储备库建设的推进，原油储罐的数量和罐容必将日益增加。原油在储存过程中，因其密度的不同会产生油相分层现象，导致储罐中各层原油的酸值、粘度等性质也不相同，不利于原油配比，影响下游炼油装置的稳定运行；另一方面，原油成分中的沥青质、胶质、蜡等在储存过程中容易聚团并沉积至罐底形成油泥，影响收发油作业，并造成罐底结构件的腐蚀。这两个问题严重影响了原油储存的经济性、安全性和环境友好性。

近年来，旋转喷射搅拌器因其搅拌效果好、能击碎罐底油泥、无需电机或液压马达驱动等优点正逐步取代固定侧壁式叶轮搅拌器和固定喷嘴式搅拌器，并得到了越来越广泛的关注和认可。世界上最早的旋转喷射搅拌器由美国巴特沃斯系统(butterworthsystems)公司和美国exxonresearchandengineering公司于1981年联合开发设计，即用于原油储罐清洗的p-43型清罐器(submergedrotaryjetmixer，简称sjr或者rjm)。如今，法国威立雅(veolia)公司、英国opec(oilpollutionenvironmentalcontrol)公司、台湾渥茂股份有限公司以及深圳市渥茂科技有限公司的旋转喷射搅拌器均是在p-43型清罐器的基础上改进而成。后来，该旋转喷射搅拌器被引进到日本和韩国，韩国neotechkorea公司(原win公司)对其进行改进并申请了专利，并开发了nk系列产品；日本大凤株式会社(现被日本systemkikou公司收购)的旋转喷射搅拌器也是在p-43型清罐器基础上进行了一定的改进。上述国外公司旋转喷射搅拌器的结构大同小异，工作原理基本上都为：经过增压油泵的高压高速流体进入旋转喷射搅拌器入口，推动入口处的轴流式水力涡轮高速旋转，涡轮安装在齿轮减速箱的输入轴上，经过三级蜗轮蜗杆减速(上万的减速比)后通过输出轴带动旋转喷射搅拌器外壳以约150～180min/r的转速缓慢旋转，从而把原油以大流量、高速度从喷嘴水平喷射出去，实现对罐内沉积物的冲击和罐内原油的上下搅拌混合；该搅拌器也可以应用在原油储罐清洗作业中，利用旋转喷射搅拌器喷出的清水使罐底淤渣破碎和溶解，进而回收。无论从品种类型、还是从技术指标来看，国外旋转喷射搅拌器已经较为成熟，但客观而言，仍存在以下缺点：(1)由于依靠流体推动入口处的轴流式水力涡轮驱动旋转喷射搅拌器旋转，流体的能量损失较大，进而使对油泥的喷射打击力受到一定的影响；(2)采用三级蜗轮蜗杆传动的方式控制旋转喷射搅拌器的旋转速度，这种减速方式传动效率低，设计加工难度较大；另外，整个旋转喷射搅拌器旋转的零部件较多，损坏更换的几率较大。

国内有关旋转喷射搅拌器的研究起步较晚，发展也较慢，最初的旋转喷射搅拌器结构比较简单，依靠一个或几个偏置的动力喷嘴驱动旋转，同时采用一个或者多个主喷嘴进行搅拌。从1998年至今，有20多个可查专利。其中比较有代表性的专利包括：江西仁达实业有限责任公司发明的多功能油品调合喷头(zl200520096724.7)、储罐油品调合变角旋转喷头(zl200820137527.9)等；湖北万安环保石化设备有限公司发明的一种油罐油品调合旋转喷头(zl201020255020.0)；江西九江黄尚志发明的油罐油品调合旋转喷头(zl98232323.9)；四川陈婧等人发明的旋喷搅拌混合器(zl200420008229.1)。上述这类旋转喷射搅拌器都没有齿轮减速机构，不能对旋转速度进行控制和调节。为了防止旋转速度过快，其动力喷嘴直径一般较小而容易发生堵塞，一旦堵塞后，整个旋转喷射搅拌器就无法正常工作。另外，这类旋转喷射搅拌器的射流量较小，射流方向一般倾斜向上，不能对储罐底部液体形成有效冲击，没有防沉积功能。因此，这类旋转喷射器一般只能应用在油罐内进行各种组分油的调合，不能安装在大型原油储罐中起到击碎油泥防止沉积的作用。

随着旋转喷射搅拌器的发展，国内开始出现带有齿轮机构减速器的旋转喷射搅拌器。2004年，华南理工大学的谢小鹏、何宏鹰设计了一种射流式喷射搅拌器(zl200420094871.6)；2011年，为了提高该搅拌器的射程和降低其旋转速度，把原来的中轴式行星齿轮机构改进为减速比更大的多级少齿差式减速传动机构(zl201110417513.9)；喷嘴通过一对锥齿轮的啮合，可以实现沿水平轴线的旋转，大大提高了射流覆盖空间。2006年至2008年，章庆洪、傅志清、万淑婷等人设计了油品旋转喷射调合器(zl200620146978.9)和油品旋转喷射全方位调合清扫器(zl200810059257.9)，其中后者属于前者的改进型，齿轮减速机构为两级定轴轮系减速机构，它的两个喷嘴中有一个通过蜗轮蜗杆和铰链、连杆机构实现上下摆动，进而实现对罐内油品进行全方位搅拌。2008年，翟占江发明了油品储罐用防沉积自清洗器(zl200810041432.1)和油品储罐用调合器(zl200820151700.0)，该搅拌器的主要结构特点有两个：一是采用“一级蜗轮蜗杆+一级定轴齿轮传动”齿轮减速机构，二是喷嘴内部设置了喷嘴转子和螺旋桨，能够实现流体螺旋喷出，运行时流体在喷嘴内部实现一次混合过程，在储罐内实现第二次混合过程。2011年，山东大学的陈颂英、曲延鹏等人设计了一种旋转射流混合器(zl201110268093.2)，采用三级蜗轮蜗杆减速机构控速，采用四个自激脉冲射流喷嘴喷射，其中两个喷嘴水平，另外两个倾斜。2013年，辽宁抚顺的姜维民申请了实用新型专利——控速旋转喷射搅拌器(zl201320416513.1)，该旋转喷射搅拌器有六个喷嘴，但没有提到具体的齿轮机构类型。以上这些带有齿轮机构的旋转喷射搅拌器，虽然与无齿轮机构的旋转喷射搅拌器相比有了很大改进和提高，但仍存在很多不足之处，其中最大的不足之处在于：用于速度控制的齿轮机构减速比太小，只有几十或者上百。当旋转喷射搅拌器射流量较大时，流体推动轴流式水力涡轮旋转加快，因减速比较小而使得旋转喷射搅拌器外壳的旋转速度加快，难以对某一方向上的油泥有足够的冲击作用时间，防止油泥沉积的能力较弱。另一方面，由于喷射有效半径较小，对整个罐内原油的搅拌混合效率低较低，效果也较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器，包括固定底座、液力阻尼器外筒、推力轴承、液力阻尼器内筒、行星齿轮机构、旋转外壳、顶盖、喷嘴；

所述液力阻尼器外筒和液力阻尼器内筒共同组成液力阻尼器，液力阻尼器下端与固定底座连接，上端输入轴与行星齿轮机构的输出轴连接；

所述固定底座通过支撑肋片与液力阻尼器外筒连接；

所述喷嘴通过法兰与旋转外壳连接，所述喷嘴为对心布置的弧形弯曲喷嘴或者偏心布置的直喷嘴。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器，能量损失更小、速度控制更加平稳、加工制造容易且价格低廉，可用于原油储罐防止油泥沉积，原油、组分油、润滑油等油品罐内调合均质化场合以及储罐清洗、清淤等场合。

附图说明

图1a、图1b分别为本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器的三维结构装配图和爆炸示意图；

图2a、图2b分别为本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器的偏心设置的喷嘴俯视图和对心布置的弯曲喷嘴俯视图；

图3a、图3b分别为本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器边壁安装式底座结构示意图和中心安装式底座结构示意图；

图4a、图4b分别为本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器的安装储罐内边壁安装方式图和储罐中心安装方式图；

图5a、图5b为本发明实施例提供的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器中液力阻尼器的三维结构剖视图和二维结构俯视简图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器，其较佳的具体实施方式是：

包括固定底座、液力阻尼器外筒、推力轴承、液力阻尼器内筒、行星齿轮机构、旋转外壳、顶盖、喷嘴；

所述液力阻尼器外筒和液力阻尼器内筒共同组成液力阻尼器，液力阻尼器下端与固定底座连接，上端输入轴与行星齿轮机构的输出轴连接；

所述固定底座通过支撑肋片与液力阻尼器外筒连接；

所述喷嘴通过法兰与旋转外壳连接，所述喷嘴为对心布置的弧形弯曲喷嘴或者偏心布置的直喷嘴。

所述行星齿轮机构为两级串联ngw行星齿轮机构；

所述两级ngw型行星齿轮的增速比为1：80。

所述固定底座为中心安装式或边壁安装式，所述中心安装式底座的支撑肋片为椭圆形或圆形或方形。

本发明的原油储罐防油泥沉积用新型旋转喷射搅拌器，解决了目前国内旋转喷嘴搅拌器射流强度弱、有效搅拌半径小、旋转速度过快，以及国外旋转喷射搅拌器存在的三级蜗轮蜗杆减速机构传动效率低、设计加工难度较大等不足。从原油能源安全角度、经济角度及环境保护角度，设计开发出了能量损失更小、速度控制更加平稳、加工制造容易且价格低廉的新型原油储罐防油泥沉积用旋转喷射搅拌器。

在设计理念上，本发明摒弃国内外旋转喷射搅拌器惯用的设计理念：采用水流推动轴流式水力涡轮驱动搅拌器旋转，然后通过上万到十几万的减速比，把速度降低后传递给旋转喷射搅拌器外壳，从而使流体随着搅拌器外壳的旋转从喷嘴缓慢喷出。本发明采用一对弧形喷嘴来实现旋转喷射搅拌器的旋转，当流体通过旋转喷射搅拌器流道并从喷嘴喷出后，由于喷嘴偏转一定角度，射出的流体对旋转喷射搅拌器外壳产生反方向的作用力，从而驱动旋转喷射搅拌器外壳开始旋转。更为重要的是，本发明采用“齿轮增速器+液力阻尼器”的组合来实现对旋转喷射搅拌器的速度控制：当旋转喷射搅拌器外壳旋转后带动顶盖和行星齿轮机构的输入轴转动，经过行星齿轮增速后，齿轮机构的输出转速增加，输出力矩减小；液力阻尼器的输入轴即为行星齿轮机构的输出轴，旋转速度越快液力阻尼器产生的阻力矩就越大，当液力阻尼器产生的阻力矩和输入的驱动力矩相等时，液力阻尼器的旋转速度达到稳定，这个速度也决定了旋转喷射搅拌器外壳最终的旋转速度，实现了对旋转喷射搅拌器外壳速度的控制，满足防止油泥沉积用旋转喷射搅拌器在大流量、大射流半径的同时有足够低的旋转速度的要求，对油泥产成足够的冲击力和作用时间，使其粉碎并重新悬浮于储罐中而不发生沉积。

与国内外现有的旋转喷射搅拌器相比，本发明有如下特点：

1、驱动方式更直接。不必先驱动轴流式水力涡轮旋转，然后经过减速机构减速后带动旋转喷射搅拌器旋转；而采用喷嘴产生的反作用力驱动。因此，能量损失更小，同等水力条件下的有效搅拌半径更大。

2、采用“齿轮机构+液力阻尼器”的组合来实现速度控制。国内外现有各种旋转喷射搅拌器一旦设计完成，旋转速度无法进行二次调节，本发明可以通过更换不同的粘性液体介质在一定范围内调节旋转喷射搅拌器的旋转速度，不仅结构简单，传动比低，而且制造、安装及维护成本也大大降低。

具体实施例：

如图1a至图5b所示，旋转喷射搅拌器与储罐、输油管道、阀门和油泵等组成旋转喷射搅拌系统。

油泵把原油从储罐底部抽出后经过输油管道输送至安装在储罐内边壁或者储罐中心的旋转喷射器底部入口。旋转喷射搅拌器与输油管道之间通过8英寸标准法兰连接，必要时两者连接处的输油管道与地面之间设置加强肋板，防止旋转喷射搅拌器工作时发生晃动。旋转喷射搅拌器在结构上主要包括固定底座1、液力阻尼器外筒2、推力轴承3、液力阻尼器内筒4、行星齿轮机构5、旋转外壳6、顶盖7、喷嘴8等；其中固定底座1、液力阻尼器外筒2的底部和喷嘴8封闭的区域构成旋转喷射搅拌器的流体通道；液力阻尼器和行星齿轮机构5构成旋转喷射搅拌器的速度控制系统。当流体进入旋转喷射搅拌器后，沿流体流道转过90°后从喷嘴8喷出，喷嘴8有30°左右的偏角，因此喷出的流体会对旋转喷射搅拌器产生扭矩，该扭矩驱动旋转喷射搅拌器外壳6以及与外壳相连的喷嘴8和顶盖7一起旋转。喷嘴8与旋转外壳6通过标准法兰连接，方便更换不同型号的喷嘴；顶盖7与旋转喷射搅拌器之间通过螺栓连接，两者之间设有密封圈，以防止储罐内原油进入行星齿轮机构5。顶盖7旋转之后带动与其相连接的行星齿轮机构5输入轴旋转，行星齿轮5为两级串联的ngw型行星齿轮，每一级有三个行星轮，起到功率分流和提高行星齿轮机构承载能力的作用；一、二级行星齿轮机构的行星架为各自的输入轴，第一级行星齿轮机构的输出轴即为第二级行星齿轮机构的输入轴。行星齿轮机构5的增速比约为1：80，液力阻尼器内筒4的输入轴即为行星齿轮机构5的输出轴，当旋转外壳6的转速经过行星齿轮机构5传递到液力阻尼器内筒4时，转速增加为原来的80倍，根据功率基本不变的原则，驱动力矩减小为原来的1/80。液力阻尼器内外筒之间有大约1mm的间隙，间隙内充满粘性液体介质，液力阻尼器外筒2通过焊接方式与固定底座1连接，当液力阻尼器内筒4旋转时，根据粘性流体牛顿内摩擦定律，内外筒之间会产生粘性摩擦阻力矩。当摩擦阻力矩与驱动力矩相等时，液力阻尼器的转速达到稳定状态，该旋转速度也决定了旋转喷射搅拌器外壳的最终旋转速度。

由于液体介质的粘性在一定程度上决定了液力阻尼器的阻力特性，所以可以通过更换不同粘度的液体介质来改变液力阻尼器的阻力特性，从而改变旋转喷射搅拌器的旋转速度。另一方面，行星齿轮机构5浸没在粘性液体介质中，可以起到润滑和散热的作用，保证行星齿轮机构5的安全、稳定运行。从喷嘴8喷出的流体对储罐内原有的流体进行冲击，击碎射流范围内已经聚团的油泥；另一方面，射流区域附近的液体被带走形成低压区，而喷射的流体遇到罐壁后向上和下两个方向流动，根据伯努利方程，流速最慢的储罐顶部中心位置形成相对高压区，在压差的驱动下，罐内流体上下翻腾，充分混合罐内各部分的液体，使其物理化学性质达到均一状态，实现了罐内原油的防沉积功能。在清洗储罐的时候，也可以利用该系统，把清水从旋转喷射搅拌器中喷出，利用其强大的射流能力和较大的射流半径对储罐底部或者边壁上的沉积物进行冲刷，实现辅助清罐的功能。

显然，该系统可用于原油储罐防止油泥沉积，原油、组分油、润滑油等油品罐内调合均质化场合以及储罐清洗、清淤等场合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。