Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4642
.pdf
концентричную с внутренней поверхностью 67 секции 60. Эта цилиндрическая часть 68 отшлифована таким
образом, чтобы обеспечить точное скользящее соединение с На внешней поверхности части втулки 65,
примыкающей к цилиндрической части 68, находится внутренняя резьба 70. Мужская резьба 66 и внутренняя
резьба 70 имеют неплотное соединение, как это четко показано на рис. 3.
Вместе, часть втулки 65 входит в цилиндрическую часть 68, а резьба 66 (наружная резьба 105) ввинчивается в
резьбу 70 (внутреннюю резьбу). Секции свинчиваются до тех пор, пока конец 71 на наружной части секции не
войдет в зацепление с выступом 72 внутренней части секции 110. Внутренняя часть 63 имеет углубление 74,
как четко показано на рис. 3. Точное скользящее соединение между втулкой и цилиндрической частью, а
также свободное соединение между наружной и внутренней резьбовыми частями обеспечивают точное
выравнивание секций 60. Точное соединение между частями 65 и 68 обеспечивает осевое выравнивание, а
свободное соединение между наружной и внутренней резьбовыми частями 66 и 70 исключает помехи этому
выравниванию из-за каких-либо неточностей в резьбе.
Прочный контакт между соприкасающимися концами 71 и плечом 72 обеспечивает 125 герметичность ствола
в местах соединений 62.
При механической обработке секции 60 она удерживается подходящим патроном вблизи ее центра, а
внутренняя поверхность 67 точно обрабатывается до нужного размера. Мужская и женская части соединений
62 также обтачиваются и обрабатываются точно до нужного размера без извлечения секции из патрона.
Таким образом, части соединения формируются абсолютно концентричными и ровными относительно
внутреннего отверстия 67 секции. Верхний воротник 75, как показано на фиг. 2, снабжен мужским
соединением 61, а нижний воротник 76 снабжен женским соединением 63. Это позволяет изготавливать все
секции 60 стандартными.
При изготовлении модифицированной формы ствола я снабжаю каждый конец секций 60 соединительной
частью 61 и кольцом 78, имеющим пару соединительных частей 63. Цилиндрические части этих
соединительных частей соединяются в центре кольца, как показано на рис. 4. Соединительные части
ввинчиваются в соединительные части до тех пор, пока их концы 79 не войдут в зацепление, как показано на
рис. 4.
Данная конструкция вполне подходит, но требует дополнительного элемента для скрепления секций и
немного большей механической обработки.
Из чертежей и описания видно, что секционный рабочий ствол, созданный по моему изобретению, имеет
практичную конструкцию и обладает ценной особенностью, которой не обладают существующие рабочие
стволы.
Очевидно, что, добавив к стволу желаемое количество секций (3,5), можно увеличить его длину по желанию.
Кроме того, это добавление может быть произведено непосредственно в скважине благодаря простой
конструкции секций, которая обеспечивает легкую сборку и гарантирует точное выравнивание и
герметичность соединений. По этой причине длина этого ствола может изменяться в зависимости от длины
хода поршня.
4,j Конструкция поршня 42 моего изобретения наглядно показана на фиг.
2
и с 5 по 13 включительно. Поршень 42 состоит из верхнего поршневого блока или секции 80, пары
промежуточных поршневых блоков или секций 81 и 82 и нижнего поршневого блока или секции 83. Каждая из
этих секций имеет корпус 85, который образует шаровую камеру 86. Шаровая камера 86 соединена с внешней
стороной корпуса 85 посредством поперечных отверстий 87. Верхняя резьбовая часть 88 соединительного
ниппеля 89 выступает в нижнюю резьбовую часть 90 каждого из корпусов 85. Верхний конец каждого из
ниппелей 89 имеет шаровое седло 91, на котором может располагаться шарик 92, удерживаемый в шаровой
камере 86 соединителем 89. Каждый из корпусов 85 имеет шейку 94, образованную над шаровой камерой 86.
Корпус 85 верхней секции 80 имеет головку 95, образованную на верхнем конце его шейки 94. Головка 95
снабжена резьбовым штифтом 96, который позволяет закрепить ее на нижнем конце колонны насосных штанг
43. Головка 95 имеет довольно большой размер и снабжена множеством аксиально расположенных каналов
98 для обеспечения прохождения через них масла. Непосредственно под штифтом 96 находится уплощенная
форма 99, благодаря которой корпус 75 может удерживаться от вращения при креплении штифта 96 к колонне
насосных штанг 43. Также головка 95 снабжена поперечным отверстием 100, через которое может быть
продет стержень 80, удерживающий корпус 86 от вращения при сборке его с другими частями плунжера.
Каждый из соединительных ниппелей 89 имеет нижнюю резьбовую часть 102. Внутренняя резьбовая часть
103 соединительного элемента 104 навинчивается на резьбовую часть 102 соединительных ниппелей 89
плунжеров 80, 81 и 82. На резьбовой части 102 ниппеля 89 90 нижнего плунжера 83 навинчена внутренняя
резьбовая часть 106 клапана-трамбовщика 107.
Каждый из корпусов 85 имеет нижний выступ 108, а каждый соединительный элемент 104 95 и клапанный
трамбовщик 107 имеют верхний выступ 109. Верхний и нижний выступы 108 и 109 каждой из секций плунжера
42 входят в зацепление с верхним и нижним выступами 110 и 111 100 основания 112 втулки плунжера 113,
при этом зацепление надежно удерживает каждую из втулок плунжера на месте.
От каждого из оснований 112 вверх отходит цилиндрическая часть 114 из 105 поршневой втулки 113, причем
каждая из цилиндрических частей 114 простирается вверх вокруг корпуса 85.
Каждый из соединительных элементов 104 имеет отверстие 118 и расположенные напротив друг друга
отверстия 110 119, которые обеспечивают вертикальные стенки 120. В каждом из соединительных элементов
104 ниже отверстия 118 образовано цилиндрическое отверстие 122. Шток 123 соединительного штифта 124
немного меньше 115 и проходит через каждое из отверстий 122, а его нижний конец резьбовым способом
закреплен в полости 125, образованной в шейке 94 каждого из корпусов 85, при этом между элементами 104 и
85 остается зазор 120 при сборке деталей. Заклепка 126 проходит через каждую из шейк 94 и через каждый из
штоков 123 соединительных штифтов 124 для надежной фиксации 125 на месте. На верхнем конце каждого из
штоков 123 образована Т-образная головка 128. Каждая Т-образная головка 128 опирается на отверстие 118,
которое входит в отверстия 119 и предназначено для соединения с боковыми стенками 120 каждого из
соединительных элементов 104. Нижняя поверхность 130 каждой из Т-образных головок 128 входит в
зацепление с верхней поверхностью 131 каждого из соединительных элементов 104.
Нижняя грань 133 каждого из шарнирных элементов 104 расположена на небольшом расстоянии от верхней
грани 134 каждой из шейных частей 94 корпусов 85.
Соединительный элемент 104 и соединительный штифт 124 взаимодействуют, обеспечивая гибкое
соединение между каждым из плунжерных блоков или секций плунжера 42.
При сборке различных частей плунжера корпус 85 верхнего плунжера 80 блокируется от вращения путем
прохождения стержня или планки через поперечное отверстие 100 головки 95. Затем шарик 92 вставляется в
камеру клапана 86, после чего соединительный ниппель 89 ввинчивается в нижний конец камеры 86.
Резьба на этом элементе нарезается с помощью стержня, не показанного на рисунке, который проходит через
поперечное отверстие 140, предусмотренное в каждом из соединительных ниппелей 89. Затем втулка
плунжера 112 верхнего плунжера SO надевается на соединительный ниппель таким образом, чтобы его
верхняя часть 110 входила в зацепление с нижней частью 108 корпуса 85. Затем соединительный элемент
104 резьбовым способом крепится к нижнему концу этого соединительного ниппеля 89. После этого резьбовой
стержень 123 соединительного штифта 124, который был предварительно установлен в соединительном
элементе 104, ввинчивается в полость 125 корпуса промежуточного плунжера или секции 81. После этого
части секций 51, 82 и 83 собираются таким же образом, как и части верхней секции. Вместо крепления
соединительного элемента 104 к нижнему концу соединительного ниппеля 89 нижнего плунжерного блока 83,
соединяется Тампер 107. Тампер 107 предназначен для установки стоячего клапана 142 в его седло 143,
образованное в нижнем воротнике 76, при этом этот стоячий клапан 142 имеет центральный выступ 144.
Принцип работы насоса в основном следующий:
Во время хода поршня 42 вниз масло в цилиндре 38 перемещается из положения ниже поршня в положение
выше поршня; следовательно, по мере нажатия поршня масло перетекает из нижней части цилиндра 38 через
отверстие 145 в клапане-трамбовщике 107, через отверстие 146 в ниппеле 89 и в шаровую камеру 86 нижнего
поршня 83, при этом шарик 92 смещается под действием масла. Масло проходит из камеры 86 через
отверстия 87 наружу корпуса 85 и поднимается вверх 8,5 вокруг них, попадая в открытое пространство.
Масло проходит через отверстие 118 соединителя 104 через отверстия 119. Из этого отверстия 118 масло
проходит через штуцер соединителя 89 нижнего промежуточного плунжера 82, и затем масло течет вверх 70
через каждый из плунжеров аналогично его прохождению через нижний плунжер 83. Когда плунжер 83
достигает нижнего седла своего хода, все шарики 92 входят в зацепление со своими седлами 91. 75 При
движении насоса вверх масло над плунжером 83 поднимается, и масло поступает в нижнюю часть цилиндра
38 через стоячий клапан 142, заполняя таким образом пространство, образованное движением плунжера
вверх 80. При возвратно-поступательном движении плунжера эта операция повторяется.
При рассмотрении работы моего изобретения необходимо изучить условия в скважине. На фиг. 15 показана
схема скважины в сочетании с диаграммой давления. На диаграмме давления вертикальные расстояния
представляют глубину скважины, а горизонтальные расстояния — давление; таким образом, линия AB
представляет глубину скважины, а линия BC представляет статическое давление у стоячего клапана 14, когда
труба заполнена маслом. Это давление BC падает до нуля на поверхности земли вдоль линии CA.
При рассмотрении работы нефтяного насоса необходимо учитывать, что нефть в средней скважине
представляет собой довольно упругую жидкость из-за наличия в ней расширяющегося газа. Предположим, что
содержание этого газа составляет 10 процентов от объема жидкости в скважине, и предположим, что плунжер
83 с рабочим клапаном 150 только что завершил свой ход вниз и собирается запуститься. В этот момент
давление с обеих сторон плунжера 83 одинаково и может быть представлено линией DE. Когда насос 110
запускается, давление на верхней стороне плунжера падает вдоль линии CA, поскольку нефть вытесняется из
трубы, и погружение плунжера 83 уменьшается. Давление на нижней стороне насоса также падает. Однако
оно не падает до нуля, как это было бы в случае, если бы нефть была нерасширяющейся жидкостью,
например, водой. Из-за наличия газа в скважине, объединенная жидкость расширяется настолько, что
давление падает практически обратно пропорционально Объем увеличивается. Это падение давления
следует линии EP. Если ход поршня мал, например, ES, мы обнаруживаем, что в конце хода давление на дне
поршня равно LK, а давление наверху равно LS, оставляя разницу KIS в качестве эффективного давления на
поршень. Следует отметить, что в случае погружения 130 A ?
Как показано на рисунке d O;Ot 1 5, это эффективное давление невелико.
На этой диаграмме я показываю аналогичные давления, возникающие при объеме газа в 10 процентов.
при 50-процентном и 75-процентном погружении.
Очевидно, что при различной глубине погружения эффективное давление для одного и того же хода поршня
увеличивается, что, конечно же, объясняется меньшим объемом газа между плунжером 83 и стоячим
клапаном 142. Однако фактическое увеличение эффективного давления с увеличением глубины погружения
любого масла больше, чем показано, поскольку чем больше глубина, тем меньший процент объема газа
обусловлен увеличением давления, и чем меньше объем газа, тем быстрее падает давление на дне
плунжера. Следовательно, очевидно, что для того, чтобы плунжер был действительно эффективным, он
должен работать вблизи стоячего клапана.
На диаграмме на рис. 15 я не учел динамическое давление, возникающее из-за ускорения масла при каждом
ходе насоса. Влияние динамического давления можно понять, рассмотрев рис. 14, где горизонтальные
расстояния представляют время, а вертикальные расстояния — движение или давление; таким образом, MJ
представляет время, затраченное на ход вверх, а JN — время, затраченное на ход вниз. Движение плунжера,
если он приводится в движение кривошипом, показано кривой FG.
Очевидно, что ускорение масла происходит только на восходящем ходе насоса или от M до J. Если бы я имел
дело с твердым телом, давление, необходимое для создания этого ускорения, следовало бы линии MQJ.
Штоки насоса упругие, и перекачиваемая жидкость также упругая; следовательно, динамическое давление
запаздывает и следует линии MHIS. Очевидно, что в одностороннем насосе эта сила действует лишь чуть
более половины времени и может быть почти вдвое больше величины постоянной и равномерно
приложенной силы, способной, если она действует непрерывно, поднять такое же количество масла.
Поскольку трубки имеют большой диаметр по механическим причинам, скорость потока через эти трубки
низкая, и трением можно пренебречь при рассмотрении теории работы. Я обнаружил, что при фактической
откачке нефти из скважин эта периодически приложенная динамическая сила может быть больше статической
силы, обусловленной простым подъемом. В обычном насосе давление на плунжер в любой момент времени
является суммой динамического и статического давлений.
Одновременное закрытие клапанов в каждом из плунжерных узлов моего поршня приводит к тому, что полное
динамическое давление оказывается на верхнем плунжере, а полное статическое давление — на нижнем.
Если используется более двух промежуточных поршневых узлов, они неактивны, если только не происходит
утечка из верхнего или нижнего поршня, в этом случае нагрузку принимают на себя эти промежуточные 70
поршней. Достоверность этого утверждения подтверждается следующим объяснением.
Чтобы наглядно увидеть это действие, необходимо наблюдать за насосом незадолго до того, как он достигнет
конца своего хода вниз. В это время все клапаны будут открыты, и жидкость по всей трубке сможет выровнять
свое давление в соответствии с гидравлическим давлением, а статическое давление SO жидкости в каждой
точке будет соответствовать ее расстоянию от поверхности. Весь статический вес масла в это время будет
приходиться на неподвижный клапан насоса. Когда насос достигнет нижнего конца своего хода, клапаны в
каждом из плунжерных блоков 80, 81, 82 и 83 закроются. То же самое состояние существует в момент
непосредственно перед началом хода вверх, что и во время движения плунжера вниз.
Иными словами, все четыре поршневых механизма погружены в масло только до тех пор, пока закрытый
клапан.
Это состояние немедленно меняется, как только начинается ход поршня вверх. Предполагая, что каждый
плунжер плотно прилегает и не протекает, и предполагая, что все плунжеры открываются одновременно, и
предполагая, что штоки насоса не обладают упругостью, условие распределения давления сохранится на
всех плунжерных узлах, за исключением нижнего плунжерного узла 83, который несет давление масла сверху,
но не имеет противодавления снизу из-за движения насоса вверх, которое приводит к открытию стоячего
клапана. Другими словами, плунжеры 80, 81 и 82 плавают в масле, не совершая работы, а плунжер 83 несет
полную статическую нагрузку.
Каждый из плунжерных блоков 80, 81, 82 и 83 воспринимает динамическое давление масла, находящегося
непосредственно над ним. По этой причине верхний плунжер 80 воспринимает динамическое давление
масла, находящегося над ним, которое составляет практически весь столб масла в скважине. Плунжеры 81,
82 и 83 подвергаются динамическому давлению масла, находящегося в них. Разместив эти плунжеры очень
близко друг к другу и расположив их таким образом, чтобы они переносили лишь небольшой объем масла, мы
получаем очень малые динамические давления, которыми можно пренебречь. Из вышеизложенного
очевидно, что в моем изобретении нижний плунжерный блок 83 воспринимает всю статическую нагрузку в
скважине, а верхний плунжерный блок 80 воспринимает все динамическое давление в скважине. 030
Скважина. Промежуточные блоки 51 и 82 остаются в резерве до тех пор, пока не произойдет утечка из
верхнего или нижнего плунжера. В это время будет задействован один из этих промежуточных плунжерных
блоков 81 или 82. Например, в случае утечки из верхнего плунжерного блока 80 динамическое давление
нефти над ним будет передано на промежуточный плунжерный блок 81; или в случае утечки из нижнего
плунжерного блока 83 будет задействован промежуточный плунжерный блок 82, который будет поддерживать
всю статическую нагрузку скважины.
Как уже упоминалось, втулки плунжеров, несущих нагрузку, подвергаются значительным усилиям во время
подъема насоса и постоянно находятся в контакте под высоким давлением со стенками корпуса насоса. В
своем изобретении я предлагаю конструкцию втулки плунжера насоса, которая наглядно показана на фиг.
11 12. Ссылаясь на эти рисунки, каждая из втулок 113 моего изобретения подвергается такой обработке, что
ее стенки будут иметь внешнюю износостойкую часть 155 и внутреннюю усиливающую часть 156.
Наружная износостойкая часть предпочтительно имеет твердость, сравнимую со стеклом, а внутренняя
армирующая часть 156 предпочтительно имеет мягкую упругую характеристику.
Как уже упоминалось, втулки плунжерных узлов, несущих нагрузку, подвергаются огромным силам во время
подъема плунжера; эти силы, возникающие в результате статического и динамического давления масла,
расширяют втулки, то есть растягивают их до большего диаметра, приводя их в контакт с цилиндром насоса
под высоким давлением. Большое трение, создаваемое этим контактом, эффективно компенсируется
стекловидной внешней частью 155. Внутренняя усиливающая часть 156 предотвращает растрескивание
стекловидной части 155. Часть 156, по-видимому, оказывает связывающее воздействие на стекловидную
часть 155. Из практического опыта было установлено, что в моем изобретении стекловидная часть 155
обладает упругостью, значительно превышающей нормальную упругость материала такой твердости в
обычных условиях.
Эта втулка доказала свою высокую эффективность на практике. На нефтяных месторождениях Калифорнии,
где скважины бурятся очень глубоко и присутствует значительное количество абразивного материала, я
использовал втулку своего изобретения в течение значительного времени и обнаружил, что она превосходит
другие втулки во многих отношениях. Втулка моего изобретения служит примерно в десять раз дольше, чем
обычные втулки из мягкой стали (65), благодаря своей специальной износостойкой поверхности.
Износостойкая поверхность, сохраняя свою форму, исключает попадание частиц песка и значительно
предотвращает их застревание между втулкой и цилиндром, что крайне нежелательно (7 C). Во время
использования втулки не наблюдалось растрескивания, как это обычно происходит при использовании
поршня из твердой стали. Когда поршень трескается, мелкие кусочки часто раскалываются, застревая в
насосе и иногда создавая большую опасность. Мой поршень, будучи нетрещиноватым, исключает всю
опасность такого рода.
При рассмотрении рисунков 11 и 12 видно, что стенка цилиндрической части 112 втулки 113 сравнительно
тонкая. По этой причине ее эластичность достаточно высока. Во время подъема насоса любое давление 85 на
эту втулку выталкивает ее наружу, обеспечивая контакт под высоким давлением с корпусом насоса, что
создает герметичное соединение и исключает утечки. Когда плунжер насоса 9 () начинает опускаться,
давление на втулку снимается, и она сжимается до нормального размера. Это уменьшает контакт под
высоким давлением между втулкой и корпусом и позволяет плунжеру 95 легко опускаться. Это очень важная
особенность, поскольку она снимает все нагрузки с насосных штанг и повышает эффективность насоса.
Еще одна важная особенность втулки 100 113 моего изобретения четко показана на фиг. 13. На этом рисунке
верхний конец втулки 113 снабжен острым краем 158, причем конец 159 втулки 113 имеет скошенную форму,
предпочтительно 105, под углом около 45 градусов к горизонтали. Этот острый край удаляет любой песок,
который может находиться на поверхности ствола. Эти частицы песка стремятся перемещаться внутрь вдоль
скошенного конца 159 и от ствола. Это эффективно предотвращает попадание песка между втулкой плунжера
и стволом насоса. В случае попадания песка между стволом и втулкой плунжера, он будет быстро удален,
поскольку втулки 113 плунжерных блоков короче хода плунжера. Благодаря этому ни одна часть ствола не
остается без воздействия промывочного масла. Если песок застрянет между втулкой и стволом, Оно быстро
смоется.
Еще одной важной особенностью моего изобретения является наличие гибких соединений между каждым из
поршневых блоков.
Уже признано, что обычные длинные цельные плунжеры, как это было широко распространено до сих пор,
могут стать 131) резьбово закрепленными. Когда гайка 196 установлена на месте, она служит средством для
надежного зажима чашек и прокладок в правильном положении. Соединительный элемент 104 резьбово
закреплен на нижнем выступе 200 гайки 196, как четко показано на рис. 17.
В работе данной модификации моего изобретения, имеющей чашеобразное крепление, вес масла полностью
приходится на верхний и нижний плунжерные узлы, пока сохраняется герметичность соединения между
втулками и цилиндром. При возникновении небольшой утечки в плунжерах используется чашеобразное
крепление 180 для предотвращения утечки из насоса. Даже в этих условиях вес чашеобразного крепления
будет очень малым. Любой песок, поднимающийся из масла, полностью собирается во втулках плунжера, а не
в чашечках 187. Это происходит потому, что чашечки не находятся в прямом контакте с потоком масла через
плунжер 90. Чашеобразное крепление 180 полностью защищено от напряжений и песка его плунжерными
узлами. Расположенные ниже плунжерные узлы служат выступом для чашеобразного крепления, когда
плунжер извлекается из цилиндра. В моей конструкции, когда плунжер извлекается из цилиндра, приток масла
не происходит до тех пор, пока нижний плунжер не будет извлечен из него. Чашеобразное крепление 100 В
данный момент он находится на значительном расстоянии над стволом и не будет подвержен воздействию
потока масла в пространство ствола, образующееся при снятии поршня. Практический опыт показал, что та
же самая чашечка, которая раньше служила около двух недель в насосах старых типов, прослужит в четыре
раза дольше в поршне моего изобретения.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_260031.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=260031&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB260031A
[]
f IS E E C _
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: 18 июля, Т 925 № 18,379/25.
,,, 13 апреля 1926 г. № 9719/26.
Остался один экземпляр: 19 апреля 1926 г., принят к исполнению: 18 октября 1926 г., 260,031
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 18379, 1925 г.
Усовершенствованные методы упрочнения и консервации натурального и искусственного камня.
Мы, Дадли де Рос и Фредерик Баартон, оба проживающие по адресу: 30, Queen Elizabeth Walk, Clissold Park, N
16, графство Лондон, оба являющиеся подданными Великобритании, настоящим заявляем, что данное
изобретение имеет следующий характер: данное изобретение относится к усовершенствованным методам и
средствам упрочнения и консервации камней, в частности, природных и искусственных строительных камней,
и заключается в использовании летучих соединений кремния и/или растворов гидроксидов кремния с
добавлением или без добавления соответствующих солей в растворе.
Термин «искусственный камень» включает в себя терракоту, штукатурку, бетон, напольные покрытия и тому
подобное.
Целью данного изобретения является обеспечение непроницаемости строительных камней для атмосферных
воздействий без ущерба для эстетического вида здания путем нанесения соединений кремния таким образом,
чтобы кремнезем и/или силикаты известного состава и свойств образовывались вместе с другими
атмосферостойкими веществами. Эти вещества заполняют промежутки в обработанном материале и
скрепляют любые выветренные участки, тем самым делая поверхность камня непроницаемой для
атмосферных воздействий.
Особенностью данного изобретения является нанесение соединений кремния до такой степени, что вся
поверхность обрабатываемого материала покрывается прозрачной пленкой диоксида кремния. Через эту
пленку будут просвечивать зерна и характеристики камня, и камень не будет реагировать на обработку
какой-либо кислотой, за исключением плавиковой кислоты.
До настоящего времени для упрочнения строительных камней предпринимались попытки применения
растворов солевых соединений кремнезема, а также кремния и фтора.
Препятствием к использованию таких соединений является образование солей в результате двойного
разложения, которые оказывают пагубное воздействие либо на сам камень, либо на его внешний вид,
вызывая высолы или налет.
Данное изобретение устраняет эти недостатки. 50 В качестве примеров летучих соединений кремния
приводятся следующие:
Тетрахлорид кремния, тетрафторид кремния, гексахлорид дикремния, силикохлороформ, оксихлориды
кремния, дисульфид кремния-55, силикометан, метид кремния и тому подобные.
В общем случае, если летучие галогенсодержащие соединения кремния вступают в контакт с водой,
происходит разделение галогеноводородной кислоты и смеси ряда гидроксидов кремния вместе с диоксидом
кремния SiO, Si(OH), Si(O), Si(OH), при этом соотношение различных компонентов изменяется в
зависимости от количества воды, поступающей в реакцию.
В случае тетрафторида кремния, вместо галогеноводородной кислоты, образуется фторкремниевая кислота.
В случае гексахлорида дикремния, 70 Ca G B 3 o C, N_ i t j ii ii j 260,031, действие холодной воды приводит к
образованию щавелевой кислоты HOO SiSi OOH.
Силикохлороформ реагирует с водой, образуя силикоформный ангидрид.
Оксихлориды кремния, такие как Si(l,3)0, разлагаются под действием воды с образованием гидроксидов
кремния.
Дисульфид кремния растворим в воде, которая разлагает его с образованием гидроксидов кремния и
сероводорода.
В практическом применении данного изобретения рассматриваются два примера летучих соединений
кремния, а именно: тетрахлорид кремния и тетрафторид кремния. Преимущество этих соединений
заключается в том, что они разлагаются в присутствии воды с образованием кремниевых кислот или
нерастворимых оксикремниевых соединений.
Для реализации данного изобретения камень, в зависимости от его природы или состава, сначала
обрабатывают водой, водным раствором кремниевой кислоты или водным раствором соли, способной в
условиях применения летучих соединений кремния образовывать нерастворимые соединения либо на
поверхности, либо в промежутках между частицами камня.
Летучее соединение кремния в газообразном состоянии и под давлением в подходящем контейнере затем
подается любым удобным способом через подходящую форсунку на подготовленный камень. Вода,
присутствующая в камне, вызывает разложение газообразного соединения кремния с выделением
кремнезема и гидроксидов кремния. Скорость реакции зависит от количества доступной воды и скорости газа,
выходящего из форсунки. В общем случае, чем меньше воды присутствует и чем выше скорость подачи газа,
тем больше образуется меньше кремниевых кислот. В предельном смысле пределом реакции является
момент, когда присутствует лишь достаточное количество воды для осуществления теоретической реакции,
необходимой для образования кремнезема, а именно:
Si C 14 + 2 H 20 = Si O 2 + 4 HC 1.
Помимо образования гидроксидов кремния и нерастворимых соединений кремния, в результате разложения
летучих соединений кремния образуются и другие продукты, и необходимо учитывать их взаимодействие с
камнем. Из соединений хлора образуется соляная кислота, которая является летучей при нанесении на
камни, не содержащие известковых веществ, такие как песчаники, но образует растворимые хлориды с
доломитами. Этот факт делает использование соединений хлора на доломитовых камнях нецелесообразным,
поскольку кремниевые кислоты при соединении с хлоридами высвобождают 111, и действие продолжается,
вызывая окончательное разрушение камня, если только не присутствуют свободные гидроксиды кальция или
магния, которые взаимодействуют с хлоридами, образуя нерастворимые оксихлориды магния или кальция.
В случае тетрафторида кремния реакция 76 протекает иначе. При ее применении к песчаникам кремниевые
кислоты образуются вместе с фторкремниевой кислотой, которая, при отсутствии какого-либо компонента
камня, с которым она могла бы реагировать, 81) испаряется, оставляя после себя дополнительную
кремниевую кислоту.
При обработке доломитов или известняков фторид кремния в присутствии воды соединяется с немедленным
образованием фторидов магния и/или кальция, а также с отложением кремниевых кислот, которые являются
нерастворимыми стойкими веществами. Важной особенностью последнего способа обработки фторида
кремния портландцемента является то, что обработанный таким образом камень не шипит под воздействием
кислот, тогда как необработанный камень шипит очень сильно.
Как уже упоминалось ранее, перед нанесением летучих соединений кремния на камень можно нанести
водный раствор металлической соли. В качестве примера возьмем алюминат натрия. Если камень сначала
обработать раствором алюмината натрия, а затем подвергнуть воздействию газообразного тетрафторида
кремния, образуются двойной фторид натрия и алюминия (криолит), двойной силикат натрия и алюминия
(натриевый полевой шпат или альбит), а также кремниевые кислоты, причем все они являются
нерастворимыми стойкими веществами.
В описанных выше методах и средствах упрочнения и консервации камней следует отметить, что оксиды
кремния играют наиболее важную роль, и, кроме того, процесс упрочнения происходит быстро; фактически,
как только камень высыхает, процесс упрочнения, 115 в отношении атмосферных воздействий, завершается.
В случае использования раствора гидроксида кремния, с применением или без применения солевых
растворов, упрочнение камня 120 занимает значительное время, что может оказаться невыгодным в
неблагоприятных погодных условиях. Тем не менее, использование растворов гидроксида кремния, с
водными растворами солей и/или 125 летучими соединениями кремния, подпадает под определение и объем
данного изобретения.
Датировано 17 июля 1925 года.
ДАДЛИ ДЕ РОС.
ФРЕДЕРИК БАРТОН 130 j 260,031 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ -
№ 9719, 1926 г.
Усовершенствованные методы упрочнения и консервации натурального и искусственного камня.
Мы, Дадли де Рос и Фредерик Бартон, оба проживающие по адресу: 30, Куин Элизабет Уок, Клиссолд Парк,
Лондон, N 16, и оба являющиеся подданными Великобритании, настоящим заявляем, что данное изобретение
представляет собой следующие усовершенствования методов упрочнения и консервации природных и
искусственных камней.
Согласно методам, описанным в предварительном описании, прилагаемом к нашей патентной заявке №
18379 от 18 июля 1925 года, камень, подлежащий упрочнению или консервации, обрабатывали
1,5-процентными соединениями кремния и/или растворами гидроксидов кремния с добавлением или без
добавления соответствующих солей в растворе, при этом термин «натуральный» или «искусственный
камень» подразумевал терракоту, штукатурку, бетон, облицовочные материалы и тому подобное.
Результатом обработки было образование на обработанной поверхности нерастворимых и атмосферостойких
соединений, и процесс мог быть доведен до покрытия обработанной поверхности прозрачной пленкой из
диоксида кремния, защищающей камень от кислотной реакции, но не скрывающей текстуру, структуру и
характеристики камня.
Практическое применение изобретения было продемонстрировано на примере смачивания камня или
подобной поверхности водой, водным раствором кремниевой кислоты или водным раствором соли, способной
образовывать с соединениями кремния нерастворимые соединения, обладающие желаемыми свойствами
упрочнения и сохранения, при этом летучее соединение кремния в газообразном состоянии распылялось или
проецировалось на смоченную поверхность. При контакте с водой соединение разлагалось с выделением
нерастворимых соединений кремния и гидроксидов кремния.
В соответствии с настоящим усовершенствованием 45, продукты разделения получают в воде перед
нанесением на поверхность, что позволяет избежать необходимости нанесения указанных соединений в
газообразном виде. В частности, 50 эти усовершенствования предусматривают использование летучих
соединений кремния в воде в качестве среды обработки или использование растворов летучих соединений
кремния в воде в качестве такой среды. 55 Преимущества усовершенствований достигаются, в частности, при
получении смеси гидратированной кремниевой кислоты и гидратированного диоксида кремния. Например, при
осуществлении изобретения газообразный тетрафторид кремния 60 пропускают в водоем, который может
содержать другие вещества в растворе, и при этом молекула кремния отделяется в виде гидратированного
диоксида кремния.
Гидрофторкремниевая кислота остается в растворе 65 и/или фторсиликаты с водным раствором другого
вещества или без него в зависимости от природы исходного раствора, в который пропускают газ. Когда
достаточное количество газа 70 пропускается в заданное количество воды или водной жидкости, последняя
наносится в качестве смачивающего вещества или покрытия на обрабатываемую поверхность, в результате
чего на указанной поверхности 75 и в ее промежутках образуется прозрачная защитная пленка, как
поясняется в вышеупомянутой предварительной спецификации.
Датировано 13 апреля 1926 года.
JENSEN & SON, 80 77, Chancery Lane, London, WC 2, дипломированные патентные поверенные.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствованные методы упрочнения и консервации натурального и искусственного камня.
Мы, Дю Длей де Рос и Фредериан Бартон, оба проживающие по адресу: 30, Queen Elizabeth 8 '5 Walk, Clissold
Park, London, N 16, британские подданные, настоящим заявляем, что характер данного изобретения и способ
его осуществления должны быть подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к усовершенствованным методам и средствам упрочнения и консервации
камней, в частности, натуральных и искусственных строительных камней. Термин «искусственные камни»
включает терракоту, штукатурку, бетонные поверхности, напольные покрытия из каменных или цементных
материалов и другие подобные поверхности.
До настоящего времени упрочнение строительных камней осуществлялось путем применения растворов
щелочных соединений кремнезема и кремния с фтором. Также камень или бетон в некоторых случаях
обрабатывали раствором кремнезема или кремниевой кислоты, в других — раствором кремнезема в
фтороводородной кислоте, а в третьих — кремниевым эфиром, разбавленным летучим растворителем; при
этом гидролиз происходил медленно под действием влаги в воздухе, и образовывалась сплошная пленка
гидратированного кремнезема.
Основная цель данного изобретения — сделать строительные камни и поверхности указанного типа легко
непроницаемыми для атмосферных воздействий, не ухудшая при этом эстетический или привлекательный
вид здания или поверхности. Еще одна цель данного изобретения — создать непроницаемое покрытие
указанного типа путем нанесения соединений кремния таким образом, чтобы на поверхности легко
образовывались нерастворимые соединения вместе с кремнеземом и/или силикатами известного состава и
характера; эти образования образуют покрывающую пленку, которая также заполняет промежутки и скрепляет
выветренные участки. В состав могут быть включены или совместно с кремнеземом или силикатами другие
атмосферостойкие вещества.
Согласно данному изобретению, летучие соединения кремния наносятся на поверхность обрабатываемого
материала таким образом, чтобы легко образовывать на обработанной поверхности соединения, которые
являются нерастворимыми и устойчивыми к атмосферным воздействиям. Это достигается использованием
летучих соединений в присутствии соответствующего количества воды, которая принимает определенное
участие в реакции, так что процесс затвердевания осуществляется быстро и эффективно. В некоторых
случаях, в зависимости от используемого летучего соединения, на обработанной поверхности образуется
полное покрытие, состоящее из тонкой пленки диоксида кремния, в то время как в других случаях нанесенное
вещество соединяется с обработанным камнем, образуя нерастворимые соединения в порах и на
поверхности материала. Однако в любом случае структура и характеристики камня остаются видимыми, и
покрытие или поверхность не будут реагировать на обработку какой-либо кислотой, за исключением
фтористоводородной кислоты. Используемые соединения кремния могут наноситься либо в газообразном
виде на смоченную поверхность, либо они могут быть растворены в воде, так что эти соединения или их
растворы в воде переносятся на поверхность путем нанесения на нее воды.
В качестве примеров летучих соединений кремния можно упомянуть следующие: тетрахлорид кремния,
тетрафторид кремния, гексахлорид дикремния, силикохлороформ, оксиды хлорида кремния, дисульфид
кремния, метан кремния, метид кремния и тому подобные.
В общем случае, если летучие галогенсодержащие соединения кремния вступают в контакт с водой,
происходит разделение галогеноводородной кислоты и смеси ряда гидроксидов кремния вместе с диоксидом
кремния – SiO, Si(OH), Si(OH), Si(OOI), причем соотношение различных компонентов изменяется в
зависимости от количества воды, поступающей в реакцию.
В случае тетрафторида кремния вместо галогеноводорода образуется фторкремниевая кислота.
В случае гексахлорида дикремния действие холодной воды приводит к образованию щавелевой кислоты HOO
SiSi 001.
Силикохлороформ реагирует с водой, образуя силикомуравьиный ангидрид.
7 C si C 13) o Оксихлориды кремния, такие как Sil) ', разлагаются водой с образованием гидроксидов кремния.
Дисульфид кремния растворим в воде 105, которая разлагается с образованием гидроксидов кремния и
сероводорода.
Соседние файлы в папке патенты