устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов

Формула изобретения

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее полый цилиндрический корпус с установленными на нем манжетами и рабочий орган, жестко закрепленный на подпружиненной относительно корпуса наковальне, размещенной в передней части ударной камеры с радиальными отверстиями в корпусе и торцовым хвостовым отверстием с впускным клапаном, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными посредством ступенчатого поршня нагнетательной и рабочей камерами, при этом нагнетательная камера сообщена с ударной камерой через хвостовое отверстие, а впускной клапан размещен в нагнетательной камере и связан с помощью телескопического штока со ступенчатым поршнем со стороны первой ступени, последний расположен в рабочей камере и выполнен со стороны второй ступени с внутренним цилиндром, взаимодействующим с неподвижным поршнем с образованием полости, соединенной каналом в корпусе с источником сжатого воздуха и каналом в ступенчатом поршне с нагнетательной камерой, причем площадь первой ступени ступенчатого поршня превышает площадь торцовой поверхности неподвижного поршня и превышает площадь кольцевой поверхности впускного клапана со стороны нагнетательной камеры.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к области коммунального хозяйства и может быть использовано для очистки промышленных трубопроводов, перекачивающих сильно загрязненные жидкости, вплоть до пульпы, а также там, где имеются безнапорные трубопроводы, заросшие отложениями.

Известно устройство, состоящее из нескольких манжет, соединенных между собой. Внутренняя часть каждой манжеты выполнена из эластичных элементов, расположенных по кругу в несколько слоев в шахматном порядке. Наружная часть каждой манжеты выполнена из пружинных элементов, расположенных в два ряда, также в шахматном порядке. Наружные и внутренние элементы закреплены на полой штанге между фланцами (а.с. СССР №1414931, М. кл. Е03F 3/00, 1988).

Недостатком известного аналога является то, что при крепких отложениях требуется увеличивать давление жидкого рабочего агента на снаряд, что приводит к проталкиванию его вперед в более заросшую отложениями часть трубопровода и заклиниванию. Это снижает производительность работы и качество очистки.

Известно также устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащее лепестковую манжету, установленный перед ней кавитатор с штоком, проходящим через манжету, и механизм возвратно-поступательного движения. Последний выполнен в виде соединенного с манжетой силового цилиндра, по меньшей мере, с одной перегородкой для разделения его на камеры. В каждой из камер смонтирован поршень для деления камеры на поршневую и штоковую части. Шток кавитатора связан с поршнями. Штоковые полости цилиндра сообщены с полостью перед манжетой, а поршневые полости посредством канала в штоке и установленного в перегородке между поршнями золотника сообщены попеременно с полостью до манжеты и с полостью после манжеты. При этом золотник установлен с возможностью его продольного перемещения в перегородке, а длина его превышает толщину перегородки (патент РФ №2008991, М. кл. В08В 9/04, 1994).

Применение в этом устройстве золотников и каналов с поворотами предполагает, что рабочий агент (вода) в трубе не содержит твердых включений, грязи и т.д. После прохода снаряда на стенках трубопровода остается 5-10% отложений (пластинчатая модификация окислов железа), которые будучи частично оторванными от стали трубы далее самостоятельно отрываются от нее и двигаются с потоком воды.

Поэтому использование золотников и каналов для устройства возвратно-поступательного движения с манжетами невозможно, так как при закрытии отверстия в золотнике наступает равновесное состояние и он не срабатывает, а устройство останавливается. Это снижает производительность работ и качество очистки.

Наиболее близкий аналог заявляемого изобретения по технической сущности - устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее несколько манжет, закрепленных на цилиндрическом корпусе. Последний снабжен полой цилиндрической ударной камерой с подпружиненным впускным клапаном в торцовом хвостовом отверстии, размещенным в камере свободно перед клапаном поршневым бойком и подпружиненной относительно корпуса наковальней, на которой жестко закреплен рабочий орган с режущими пластинами. На поверхности корпуса со стороны наковальни выполнены радиальные отверстия (а.с. СССР №1798022, М. кл. В08В 9/04, 1993).

Устройство достаточно эффективно разрушает отложения значительной твердости, однако при очистке труб с вязкопластичными отложениями, например слежавшаяся глина, цементно-песчаная смесь, песок или ил в смеси с мазутом и т.д., режущие элементы погружаются в отложения и очистка прекращается.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности устройства путем обеспечения гарантированной очистки трубопроводов от любых отложений.

Для достижения указанного технического результата известное устройство, включающее полый цилиндрический корпус с установленными на нем манжетами и рабочий орган, жестко закрепленный на подпружиненной относительно корпуса наковальне, размещенной в передней части ударной камеры, имеющей радикальные отверстия в корпусе и торцовое хвостовое отверстие с впускным клапаном, согласно изобретению дополнительно содержит последовательно соединенные посредством ступенчатого поршня нагнетательную и рабочую камеры, при этом нагнетательная камера сообщена с ударной камерой через хвостовое отверстие, а впускной клапан размещен в нагнетательной камере и связан с помощью телескопического штока со ступенчатым поршнем со стороны первой ступени, последний расположен в рабочей камере и со стороны второй ступени выполнен с внутренним цилиндром, взаимодействующим с неподвижным поршнем с образованием полости, соединенной каналом в корпусе с источником сжатого воздуха и каналом в ступенчатом поршне с нагнетательной камерой, причем площадь кольцевой поверхности впускного клапана со стороны нагнетательной камеры и площадь торцовой поверхности неподвижного поршня меньше кольцевой площади первой ступени ступенчатого клапана.

На чертеже схематично изображено заявляемое устройство в положении заполнения воздухом нагнетательной камеры.

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с установленными на нем манжетами 2 и 3. В корпусе имеются рабочая камера 4, последовательно соединенная с ней посредствам ступенчатого поршня 5 нагнетательная камера 6 и пневматическая ударная камера 7.

В передней части камеры 7 размещена подпружиненная относительно корпуса 1 наковальня 8 с жестко закрепленным на ней рабочим органом 9 с режущими элементами 10. Пневматическая камера 7 имеет радикальные отверстия 11 в корпусе 1 для выхлопа сжатого воздуха и торцовое хвостовое отверстие 12, перекрываемое впускным клапаном 13, размещенным в нагнетательной камере 6 и связанным с помощью телескопического штока 14 со ступенчатым поршнем 5, который размещен в рабочей камере 4, со стороны первой ступени 15. При этом камера 6 соединена с полостью 16 второй ступени 17 поршня 5 кольцевым зазором 18, перекрытым первой ступенью 15 поршня 5. Последний со стороны второй ступени 17 выполнен с внутренним цилиндром 19, взаимодействующим с неподвижным поршнем 20 с образованием полости 21, которая соединена каналом 22 в корпусе 1 с внешним источником сжатого воздуха (на чертеже не показан) и каналом 23 в ступенчатом поршне 5 с нагнетательной камерой 6. Площадь первой ступени 15 поршня 5 превышает площадь кольцевой поверхности впускного клапана 13 со стороны нагнетательной камеры и превышает площадь торцовой поверхности неподвижного поршня 20 на 10-15%.

Устройство работает следующим образом. Его устанавливают в очищаемый трубопровод 24, к штуцеру 25 присоединяют шланг от источника сжатого воздуха. Воздух от источника высокого давления через штуцер 25 и канал 22 поступает в полость 21. В трубопровод подают воду. Под давлением струи воды в кольцевой щели между манжетами 2 и 3 и стенкой трубопровода 24 разгоняются до 60...70 м/с и смывают разрушенные отложения. При встрече с твердыми и вязкими отложениями, например плотной глиной, песком в смеси с мазутом и др., режущие элементы 10 упираются в отложения и устройство останавливается на некоторое время. Поступающий в полость 21 воздух толкает поршень 5 вперед, при этом закрываются клапанная пара первой ступени 15 поршня 5 и отверстие 12 впускным клапаном 13. Далее сжатый воздух через канал 23 поступает в камеру 6 под давлением до 40 МПа. При выравнивании давления воздуха в камере 6 и в полости 21 поршень 5 сдвигается в сторону полости 26 за счет разницы давления на первую ступень 15 поршня 5 и кольцевую поверхность впускного клапана 13. В этот момент открывается кольцевой зазор 18, через который воздух попадает на вторую ступень 17 поршня 5. При этом площадь воздействия и сила давления воздуха, вытекающего из нагнетательной камеры 6, резко возрастают и, следовательно, возрастает скорость движения поршня 5 в сторону полости 26, сжимая в ней воздух, играющий в этот момент роль демпфера. Ступенчатый поршень 5 полностью выбирает свободный ход телескопического штока 14 и, увлекая за собой шток 14, открывает отверстие 12. При этом воздух под давлением из нагнетательной камеры 6 устремляется в ударную камеру 4 и через радиальные отверстия 11, создавая пневмовзрыв, разрушает вязкие отложения 27, которые смешиваются с водой и выносятся из рабочей зоны струями воды из кольцевой щели манжеты 2. Резкое увеличение давления воздуха в ударной камере 7 создает также ударную силу на наковальню 8 с размещенным на ней рабочим органом 9, который ударяет по отложениям и разрушает их. После выхлопа воздуха из ударной и нагнетательной камер 6 и 7 давление в них падает и весь цикл повторяется с частотой от 1 до 5 с в зависимости от входного давления воздуха, колеблющегося в пределах от 5 до 40 МПа.

Таким образом, предлагаемое устройство гарантированно обеспечивает высокое качество очистки трубопроводов от вязких, плотных и твердых отложений, эффективно работает в любых условиях, что не удается достичь известными способами и устройствами.