калибровочный скребок

Формула изобретения

Калибровочный скребок шарообразной формы для очистки трубопровода, предназначенного для транспортирования гидросмеси, преимущественно водоугольной суспензии, отличающийся тем, что центр тяжести скребка смещен относительно центра шара, а поверхность полусферы шара, расположенная ближе к центру тяжести, снабжена равномерно распределенными выемками и выступами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к калибровочным и разделительным скребкам, предназначенным для очистки внутренней поверхности транспортных трубопроводов, используемых для транспортирования по трубопроводам гидросмесей твердых материалов, преимущественно водоугольной суспензии. Изобретение может быть также использовано при трубопроводном транспорте строительных и других материалов.

Известны конструкции калибровочных и разделительных скребков: полиуретан с металлическими болтами, пальцами и шпильками [1] (5.45.98П Скребок для очистки трубопроводов. Pipe cleaning pig: Заявка 2229247 Великобритания МКИ B 08 B 9/04 /Kershaw Christopher Frank, Hemmingway Kenneth Samuel: Christopher Frank Rershaw - N 90053505; Заявлено 09.03.90; Опубл. 19.09.90; НКИ F 2 P РЖ. 45 "Трубопроводный транспорт" отдельный выпуск, 5, 1991), полиуретан [2] (4.45.135 Попова А. , Славов В., Илиев., Пейчев И. Очистване на вътренната повъеност на действующи магистральни трубопроводн. Нац. науч-техн. конф. с междунар. участие на тема: "Тенденции визнагражд. на магистрал. тръбопровод системи, Варна, 16-17 Носм. 1982. Докл. Б.М. б.г. 73-82 /болг. рез. рус./. РЖ "Трубопроводный транспорт", N 4, 1985).

Недостатками указанных скребков являются:

- статичность режимов обтекания и движения скребка;

- возможность образования пробок.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также снижение затрат на очистку трубопровода и обеспечение надежного транспортирования гидросмесей твердых материалов по трубопроводу.

Для достижения поставленной задачи используется скребок шарообразной формы со смещенным центром тяжести, а поверхность полусферы расположена ближе к центру и снабжена равномерно распределенными выемками и выступами.

Таким образом, новыми отличительными признаками в изобретении являются смещение центра тяжести относительно геометрического центра шара, а также образование выемок и выступов на близлежащей к центру тяжести шара поверхности полусферы.

Асимметрия центра тяжести и центра приложения сил гидродинамического сопротивления и сил трения скребка с трубой вызовет автоколебания скребка за счет меняющихся во времени градиентов скоростей и давлений, возникающих при обтекании скребка промывочной или транспортирующей средой. Это способствует возмущению и смыванию осадков на участках трубопровода в отличие от равномерного движения шарообразного скребка с симметричным расположением центра тяжести, когда изменение градиентов скоростей и давлений происходит плавно. Кроме того, вследствие наличия выемок и выступов в нижней части поверхности скребка обтекаемый поток дополнительно турбулизуется, чем также способствует более эффективному вымыванию осадка со стенок трубопровода.

На чертеже показано положение скребка в двух положениях: a) - центр тяжести скребка шарообразной формы расположен в нижней части; b) - скребок повернут относительно положения a) на 90^o за счет действия гидродинамических сил со стороны обтекающей промывочной жидкости или транспортирующей среды. В этом случае действует крутящий момент F t, стремящийся возвратить скребок в положение (a).

Предлагаемый скребок выполнен из материала с плотностью меньшей, чем промывочная или транспортирующая жидкость, и имеет форму шара, с эксцентриситетом t центра тяжести относительно геометрического центра шара (на чертеже положение a).

Скребок работает следующим образом. При прокачке промывочной жидкости скребок, имеющий меньшую плотность, чем окружающая его среда, всплывает к верхней части трубы, касаясь ее. Силы трения скребка о трубу пропорциональны архимедовой силе и приложены к верхней части скребка, силы гидродинамические и вязкого сопротивления пропорциональны скорости обтекающей жидкости и приложены чуть ниже центра тяжести (за счет смещения поверхности с распределенными выемками и выступами) в противоположном направлении. Создается момент силы, заставляющий скребок качнуться, прокатываясь по внутренней поверхности трубопровода. При этом центр тяжести скребка поднимается на некоторый угол, что создает восстанавливающий момент. На том угле поворота, когда восстанавливающий момент превысит момент приложенных гидродинамических сил, скребок начнет обратное движение навстречу набегающему потоку.

За счет набранной при этом движении кинетической энергии скребок проскакивает точку, где выравниваются моменты приложенных сил сопротивления и восстанавливающий. В следующей точке, где погасится кинетическая энергия качания скребка, момент сил сопротивления превысит восстанавливающий момент и скребок снова начнет движение вперед, начнется новый цикл качания.

Т.о. создается циклическое автоколебательное движение.

Колебательные движения, производимые скребком, создают меняющиеся во времени сдвиговые напряжения большей интенсивности, чем при его плавном обтекании при равномерном поступательном движении, что будет способствовать поднятию и удалению осадков.

В настоящее время разработан скребок по предлагаемой конструкции 340 мм, состоящий из ядра, выполненного из дерева и покрытого полиуретановой оболочкой. Центр тяжести смещен на 50 мм за счет образования полости внутри деревянного шара. На поверхности полиуретановой оболочки, примыкающей к центру тяжести шара, выполнены выемки 40 мм на глубину 5-10 мм и выступы 40 мм на высоту 5-10 мм. Испытание калибровочного скребка намечено осуществить на углепроводе Белово - Новосибирск.