способ очистки внутренних поверхностей полых цилиндрических емкостей и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки внутренних поверхностей полых цилиндрических емкостей, заключающийся в том, что на очищаемую поверхность воздействуют звуковыми колебаниями кавитирующей струи рабочей жидкости, которую создают направленной вперед по ходу очистного устройства насадкой в виде генератора, при этом на очищающую поверхность воздействуют также звуковыми колебаниями кавитирующей струи рабочей жидкости, направленной противоположно вышеупомянутой, а генераторы выполняют с возможностью фиксируемого разворота на любой заданный угол для создания необходимого наклона струи жидкости относительно очищаемой поверхности и для поступательного винтового перемещения устройства.

2. Устройство для очистки внутренних поверхностей полых цилиндрических емкостей, содержащее статор, ротор, установленную на нем перпендикулярно его оси вращения стойку с кольцом, вокруг которого размещена обойма, контактирующая с очищаемой поверхностью, и напорный шланг для подачи рабочей жидкости в каналы стойки ротора, при этом на стойке ротора перпендикулярно ее оси установлены насадки в виде генератора с возможностью их фиксированного разворота на заданный угол и направленных в противоположные стороны для создания необходимого наклона струй жидкости и поступательного винтового перемещения устройства, а каждый генератор выполнен профилированным для создания кавитирующей струи рабочей жидкости и ее звуковых колебаний, причем канал стойки ротора сообщен с генераторами, а обойма выполнена с возможностью фиксации относительно кольца.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый из генераторов кавитирующей струи и звуковых колебаний выполнен с коническим разгонным соплом, выходная часть которого охвачена цилиндрической камерой, соосной этому соплу, и последовательно относительно него расположенной, при этом задняя стенка цилиндрической камеры сопряжена по радиусу с наружной поверхностью разгонного сопла, концевой торец которого входит в дополнительную цилиндрическую камеру на величину входного радиуса последней, при этом дополнительная цилиндрическая камера расположена соосно и последовательно относительно вышеуказанной цилиндрической камеры, а выходная часть дополнительной цилиндрической камеры плавно переходит в рупор, образованный вращением кривой второго порядка вокруг продольной центральной оси генератора.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что площади поперечных проходных гидравлических сечений генераторов кавитирующих струй и звуковых колебаний выбраны неодинаковыми по своей величине.

Описание изобретения к патенту

Настоящая группа изобретений, объединенных единым техническим замыслом, относится к технологии очистки внутренних поверхностей трубопроводов и любых емкостей от обрастания, коррозии, отложений и прочих засорений, а также к технологии их дезинфекции. Эта группа изобретений может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, в водном хозяйстве, а также в химической и прочих отраслях промышленности.

Известны способ и устройство для очистки трубопроводов, согласно которым устройство имеет реактивную насадку, хвостовик которой присоединен к шлангу подачи рабочей жидкости с возможностью вращения, а насадка может быть выполнена с режущими инструментами на ее наружной поверхности. При очистке подаваемая по шлангу рабочая текучая среда выходит из назад ориентированных отверстий реактивной насадки и реактивной силой придает насадке поступательное и вращательное движения внутри очищаемого трубопровода (SU, 338606 А, МПК: Е 03 F 9/00, опублик. 15.05.1972).

Однако отсутствие вперед ориентированных сопел снижает производительность очистки внутренних поверхностей трубопроводов и такое устройство малоэффективно при очистке трубопроводов большого диаметра, поскольку реактивная головка непрерывно движется только вдоль центральной оси трубопровода, а при увеличении диаметра трубопровода сила воздействия струй рабочей среды на очищаемую поверхность трубопровода ослабевает.

Наиболее близким к заявленному устройству является мониторное устройство для разгрузки вязких нефтепродуктов и мойки емкостей, содержащее неподвижную часть для закрепления на трубопроводе для подвода теплоносителя и закрепленный на неподвижной части с возможностью вращения вокруг вертикальной оси полый корпус, в нижней части которого размещен полый вал с резьбой на концах и соединенными с ним муфтами с соплами. На муфтах расположены выполненные дугообразными сопла с разными диаметрами отверстий, направленные в одну сторону, и по одному соплу на обратных сторонах муфт, сечение отверстий которых меньше суммы сечений отверстий дугообразных сопел, с возможностью вращательного движения сопел вокруг горизонтальной оси и переменного вращательного движения корпуса с соплами вокруг вертикальной оси /См. патент РФ 2092254, 1997/.

Однако такое устройство для очистки внутренних поверхностей цилиндрических емкостей обладает малой эффективностью, поскольку подаваемые на очищаемую поверхность струи не обладают кавитирующим эффектом и не обладают звуковым эффектом.

Технический результат от использования предлагаемых способа и устройства для очистки внутренних поверхностей полых емкостей заключается в повышении производительности и качества очистки с одновременной дезинфекцией внутренней полости очищаемой емкости за счет бактерицидных свойств звуковых колебаний, вызываемых струями рабочей жидкости, при одновременном расширении диапазона использования одного и того же устройства для очистки диаметрально расположенных поверхностей цилиндрических емкостей различных диаметров поперечного сечения.

Этот технический результат при реализации предлагаемого способа очистки внутренних поверхностей полых цилиндрических емкостей, заключающегося в том, что на очищаемую поверхность воздействуют звуковыми колебаниями струи рабочей жидкости, которую создают с помощью вперед направленной насадки корпуса устройства для очистки, расположенной наклонно относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось статора устройства для очистки, и вызывают кавитационные процессы, а корпус устройства выполняют с обоймой, контактирующей с очищаемой поверхностью, и продвигают вперед внутри очищаемой емкости, при этом создают квитирующую струю жидкости, направленную в любую сторону, в том числе и назад, противоположно направлению вышеупомянутой струи рабочей жидкости, создаваемой вперед направленной вышеупомянутой насадкой, при этом струи вперед и назад направленных вышеуказанных насадок с помощью кавитации рабочей жидкости создают звуковые колебания, а обойму корпуса для очистки вращают относительно последнего и продвигают вместе со всем корпусом устройства для очистки по спирально-винтовой линии, ориентированной вдоль продольной оси очищаемой емкости.

При реализации вышеуказанного предлагаемого способа целесообразно каждую из вышеуказанных насадок профилировать в виде генератора кавитирующей струи рабочей жидкости и звуковых колебаний для ориентирования этих колебаний относительно очищаемой поверхности емкости.

Вышеуказанный технический результат получают от реализации предлагаемого устройства для очистки внутренних поверхностей полых цилиндрических емкостей, содержащего корпус, выполненный в виде статора и ротора, охваченного снаружи обоймой, контактирующей с очищаемой поверхностью емкости, при этом на роторе корпуса расположена вперед направленная насадка для выпуска из нее струи рабочей жидкости наклонно относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось статора устройства для очистки, при этом на роторе корпуса перпендикулярно его продольной оси установлена стойка, на которой перпендикулярно ее оси установлена насадка с возможностью ее фиксированного разворота на заданный угол, при этом стойка ротора выполнена с внутренним каналом, сообщенным с упомянутыми выше насадками и с кольцом, вокруг которого размещена вышеупомянутая обойма с возможностью их взаимного вращения и фиксирования относительно друг друга, устройство для очистки снабжено напорным шлангом для подачи рабочей жидкости, сообщенным с внутренним каналом стойки ротора, а продольная ось каждой из вышеуказанных насадок для создания момента вращения имеет плечо относительно продольной и поперечной осей ротора корпуса, при этом вперед направленная насадка перпендикулярна оси стойки и расположена с другой насадкой на одной стороне от поперечной оси статора.

У такого устройства целесообразно насадку, расположенную на роторе корпуса и вперед направленную для выпуска из нее струи рабочей жидкости наклонно в горизонтальной плоскости относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось статора корпуса устройства для очистки, также размещать на вышеупомянутой стойке перпендикулярно ее оси с возможностью фиксированного разворота этой насадки на заданный угол.

Кроме того, у такого устройства целесообразно каждую насадку выполнять профилированной в виде генератора кавитирующей струи и звуковых колебаний для ориентирования этих колебаний относительно очищаемой поверхности емкости.

Это дает возможность усиливать бактерицидный эффект для дезинфекции полости очищаемой емкости с помощью звуковых колебаний, создаваемых кавитирующими струями.

При таком профилировании насадок в виде генераторов кавитирующих струй и звуковых колебаний у такого устройства каждый из этих генераторов может быть выполнен с коническим разгонным соплом, выходная часть которого охвачена цилиндрической камерой, соосной этому соплу и последовательно относительно него расположенной, при этом задняя стенка цилиндрической камеры сопряжена по радиусу с наружной поверхностью разгонного сопла, концевой торец которого входит в дополнительную цилиндрическую камеру на величину входного радиуса последней, при этом дополнительная цилиндрическая камера расположена соосно и последовательно относительно вышеуказанной цилиндрической камеры, а выходная часть дополнительной цилиндрической камеры плавно переходит в рупор, образованный вращением кривой второго порядка вокруг продольной центральной оси насадки.

У такого устройства целесообразно площади поперечных проходных гидравлических сечений генераторов кавитирующих струй и звуковых колебаний выбирать неодинаковыми по своей величине.

Это обеспечивает поступательное перемещение устройства вдоль очищаемой поверхности в ту или иную сторону.

Сущность объектов изобретения "способ" и "устройство" для очистки поясняется сопроводительными чертежами устройства, на которых:

фиг. 1 - это продольный разрез описываемого устройства для очистки внутренних поверхностей цилиндрических емкостей (насадки устройства в виде генераторов кавитирующих струй и звуковых колебаний условно развернуты в одной плоскости);

фиг.2 - вид по стрелке А сверху на описываемое устройство;

фиг. 3 - боковой вид описываемого устройства по стрелке В, т.е. со стороны торца очищаемой цилиндрической емкости, например трубопровода;

фиг.4 - продольный разрез генератора кавитирующей струи рабочей жидкости и звуковых колебаний.

Устройство для очистки внутренней поверхности цилиндрической емкости имеет статор 1, к которому пристыкован напорный шланг 2 для подачи рабочей жидкости. На статоре 1 с помощью уплотнения 3 установлен ротор 4. Левый торец ротора 4 упирается в упорный подшипник 5, который закреплен на статоре 1 при помощи болта 6. На роторе 4 перпендикулярно его оси вращения установлена, например, при помощи сварки стойка 7. Ротор 4 и статор 7 выполнены с внутренними каналами для пропускания по ним рабочей жидкости. На стойке 7 перпендикулярно ее продольной оси смонтированы втулка 8 с ввернутой в нее профилированной насадкой в виде генератора 11 кавитирующей струи и звуковых колебаний рабочей жидкости, а также втулка 9 с ввернутой в нее профилированной насадкой в виде генератора 12 кавитирующей струи и звуковых колебаний рабочей жидкости. Генератор 12 предназначен для создания кавитирующей струи рабочей жидкости, направленной вперед по ходу очистки внутренней поверхности емкости, а генератор 11 способен создавать струю кавитирующей рабочей жидкости, направленную противоположно направлению струи, которую формирует кавитатор 12, т.е. назад. Генераторы 11 и 12 способны разворачиваться вокруг вертикальной оси стойки 7 на любой заданный угол и создавать необходимый наклон струй жидкости относительно очищаемой внутренней поверхности, размещаясь наклонно относительно двух взаимно перпендикулярных поверхностей для поступательного спирально винтового перемещения устройства внутри очищаемой цилиндрической емкости, например трубы. Втулки 8 и 9 имеют возможность поворота перпендикулярно оси стойки 7 на заданные углы и .

Заданные углы и фиксируются с помощью гайки 10. Во втулки 8 и 9 герметично ввернуты соответственно генераторы 11 и 12. Площадь поперечного проходного гидравлического сечения генератора 11 превышает по своей величине площадь поперечного проходного гидравлического сечения генератора 12. К ротору 4 и к стойке 7 эксцентрично оси ротора 4 при помощи винтов 13 закреплена обойма 14. Стойка 7 ротора выполнена с кольцом, относительно которого обойма 14 может свободно поворачиваться. На этом кольце установлен фиксатор 15, с помощью которого в случае необходимости может исключаться взаимный поворот обоймы 14 и этого кольца. Внешняя поверхность обоймы 14 может быть покрыта абразивным материалом или коротким проволочным ворсом.

Генераторы 11 и 12 выполнены по конструкции идентично и отличаются друг от друга только геометрическими размерами (см. фиг.4).

Каждый генератор состоит из соосно расположенных и последовательно сопряженных друг с другом геометрических фигур:

- конического разгонного сопла 16;

- камеры 17, охватывающей выходную часть сопла 16,

- дополнительной цилиндрической камеры 18,

- рупора 19.

Камера 17 выполнена цилиндрической и ее задняя стенка сопряжена по радиусу с наружной поверхностью сопла 16. Концевой торец сопла 16 входит в дополнительную цилиндрическую камеру 18 на величину входного радиуса последней, при этом камера 18 расположена соосно и последовательно относительно камеры 17, а выходная часть камеры 18 плавно переходит в рупор 19, образованный вращением кривой второго порядка вокруг продольной центральной оси генератора, в виде которого выполнена насадка.

В зависимости от степени обрастания или засорения обрабатываемой внутренней поверхности цилиндрической емкости и от специфики работы генераторы 11 и 12 устанавливаются на заданные углы и (см., например, фиг.1-3), т.е. величина угла выбирается больше, чем значение угла .

Описываемое устройство эксплуатируется следующим образом.

По шлангу 2 под избыточным давлением подается рабочая жидкость к статору 1. Далее она по внутренним каналам ротора 4, стойки 7, втулок 8 и 9 поступает в генераторы 11 и 12. Из генераторов 11 и 12 выходят струи кавитирующей рабочей жидкости, сопровождаемые акустическими волнами, направленными на обрабатываемую поверхность, которая при этом подвергается очистке.

Векторы реактивных сил от кавитирующих струй рабочей жидкости раскладываются на три составляющих:

- F₁ - сила, придающая устройству для очистки цилиндрической емкости, например трубы, поступательное движение;

- F₂ - сила, постоянно прижимающая устройство через обойму 14 к очищаемой поверхности стенки цилиндрической емкости;

- М_кр - крутящий момент, возникающий от силы F₁ на плече L и придающий вращение ротору 4 с генераторами 11 и 12 относительно продольной центральной оси статора 1. Этот упомянутый крутящий момент одновременно придает вращение всему устройству относительно продольной центральной оси очищаемой цилиндрической емкости, например трубы с круглым поперечным сечением.

Под воздействием этих составляющих устройство совершает поступательное и двойное вращательное движение (вращение ротора 4 относительно оси статора 1 и вращение всего устройства относительно продольной оси очищаемой поверхности цилиндрической емкости (трубы)). Такое движение устройства позволяет обрабатывать внутренние поверхности труб разных диаметров с высоким качеством очистки.

При включенном фиксаторе 15 обойма и кольцо стойки 7 ротора 4 вращаются как одно целое, а внешняя абразивная поверхность обоймы 14 проскальзывает относительно обрабатываемой поверхности трубы, производя тем самым дополнительную механическую очистку.

При выключенном фиксаторе 15 обойма 14 прокручивается относительно кольца стойки 7 ротора 4. При этом внешняя абразивная поверхность обоймы 14 врезается в обрабатываемую поверхность, производя обкатывание последней, а генераторы 11 и 12 вращаются с повышенной скоростью, производя очистку, в основном, за счет кавитирующих струй и акустического воздействия.

Сущность описываемого способа очистки, реализуемого с помощью вышеописанного устройства, заключается в том, что на очищаемую поверхность воздействуют звуковыми колебаниями струи рабочей жидкости, которую создают с помощью вперед направленной насадки корпуса устройства для очистки, расположенной наклонно относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось статора 1 устройства для очистки, и вызывают кавитационные процессы, а корпус устройства выполняют с обоймой 14, контактирующей с очищаемой поверхностью, и продвигают вперед внутри очищаемой емкости, при этом создают кавитирующую струю жидкости, направленную в любую сторону, в том числе и назад, противоположно направлению вышеупомянутой струи рабочей жидкости, создаваемой вперед направленной вышеупомянутой насадкой, при этом струи вперед и назад направленных вышеуказанных насадок с помощью кавитации рабочей жидкости создают звуковые колебания, причем обойму 14 корпуса для очистки вращают относительно последнего и продвигают по спирально-винтовой линии, ориентированной вдоль продольной оси очищаемой емкости.

При реализации вышеуказанного предлагаемого способа целесообразно соответственно вышеуказанные насадки профилировать в виде соответствующих генераторов 12 и 11 кавитирующих струй рабочей жидкости и звуковых колебаний для ориентирования этих колебаний относительно очищаемой поверхности емкости.

В водном хозяйстве после очистки труб или емкостей часто требуется дезинфекция обработанной поверхности. Во многих случаях применяемые генераторы обеспечивают эту потребность за счет тепловых и физико-химических процессов, происходящих во время кавитации жидкости и акустического воздействия. Подбор геометрии внутренних полостей генераторов 12 и 11 кавитирующих струй и звуковых колебаний предлагаемого устройства для очистки, а также вариации давления нагнетания рабочей жидкости в напорном шланге 2 позволяют выбрать режим, при котором обрабатываемая труба будет входить в резонанс со звуковыми колебаниями генераторов 12 и 11, что позволяет дополнительно повысить качество очистки внутренних поверхностей труб и цилиндрических емкостей.