Устройство для кавитационной очистки цилиндрических емкостей

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЕМКОСТЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Вострова Регина Николаевна Кравцов Александр Геннадьевич Овчинников Константин Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для кавитационной очистки цилиндрических емкостей, включающее моющий агрегат, гидронасос среднего давления, устройство для подогрева воды, соединительные шланги среднего давления, вертлюг, бак-отстойник для сбора отработанной жидкости и повторного ее использования, электрическое пусковое устройство, отличающееся тем, что имеет кавитирующие насадки гидромониторов, которые выполнены с возможностью варьирования их ориентации по отношению к стенке емкости, что дает возможность вращательного и поступательного движения моющего агрегата за счет реакции кавитирующих струй. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что моющий агрегат содержит три гидромонитора, смонтированные на полой станине под углом 120, а станина центрируется тремя телескопическими подпружиненными опорами с шаровыми катками на концах.(56) 1. А.с. СССР 1175576, МПК 08 3/02, 1985. 2. А.с. СССР 1202638, МПК 08 3/02, 1986. 3. Патент РФ 2084296, МПК 08 9/00,08 1/00, 1997. 4. Патент РФ 2254176, МПК 08 7/04, 2005. 5. Патент РФ 2201329, МПК 24 5/04, 2003. 6. Патент РФ 2263570, МПК 24 1/00,24 С 11/00, 2005. 7. Заявка РФ 2002125782, МПК 08 3/02, 2004 (прототип). Полезная модель относится к устройствам очистки с использованием кавитационного эффекта труб большого диаметра и цилиндрических емкостей от грязи и ржавчины, а также к мойке с использованием кавитационного эффекта железнодорожных цистерн и мелких нефтеналивных танков без внутренних перегородок и ребер жесткости от тяжелых углеводородов и органических масел. Проблема очистки металлических поверхностей труб большого диаметра и цилиндрических емкостей от грязи, ржавчины и органических загрязнений достаточно актуальна для техники, особенно в случаях, когда предполагается нанесение на эти поверхности антикоррозионных покрытий. Обычно очистку производят с помощью разнообразных технических приспособлений более или менее сложной конструкции. Известно устройство для мойки емкостей 1, содержащее полый вал и предусматривающее возможность вращения относительно опоры. На одном конце вала смонтирована моечная головка с реактивными соплами. Свободный конец вала размещен в опоре, к нему же подсоединяется шланг подачи моющей жидкости. Специальные гидротурбинки обеспечивают вращение вала относительно опоры и реактивных сопел относительно моющей головки. Недостаток - недостаточная применимость при очистке крупногабаритных изделий. Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода 2, состоящее из корпуса на роликовых опорах, внутри которого работает гидротурбина, связанная с очистительным узлом. Относительно небольшие размеры устройства исключают его применение для мойки нефтеналивных цистерн. Известны 3 способ очистки различных поверхностей изделий и устройство для его осуществления. Используется возбуждение пульсаций в потоке перекачиваемой моющей жидкости путем подачи в поток жидкости газа высокого давления и дросселирования газожидкостной смеси на выходе. Устройство очистки поверхности содержит системы подачи жидкости и сжатого газа с обратными клапанами, направляющий патрубок с двумя фланцами для подсоединения к промываемому изделию и системе подачи жидкости, а также выпускную трубу для подачи газа. Кавитатор с выпускной трубой могут быть установлены непосредственно на входе и выходе промываемого трубопровода. Группа изобретений 4 относится к очистке от внутренних отложений поверхностей различных полых изделий, преимущественно трубопроводов. Применяют прокачку через внутреннюю полость очищающей среды и создание в среде, заполняющей внутреннюю полость очищаемого изделия, ударных волн высокого давления посредством формирования на входе в полость изделия ударных импульсов основной или дополнительной очищающей среды. Формирование требуемой частоты следования ударных импульсов и их амплитуды осуществляют в диапазонах соответственно 1-1000 Гц, 4-1000 кгс/см 2, обеспечиваемых пульсатором, посредством блока управления. Устройство для осуществления способа содержит пульсатор в виде ротора с приводом и расположенного соосно ротору статора. Способ 5 предусматривает воздействие на обрабатываемую поверхность высокотемпературной высокоскоростной двухфазной струи, состоящей из газообразных продуктов сгорания топлива и частиц абразива. 2 89532013.02.28 Для очистки труднодоступных поверхностей известен способ 6, в котором на обрабатываемую поверхность изделия подают рабочий агент - пульпу в виде 20-30 раствора абразивных частиц в воде - и осуществляют двухэтапное перемещение по поверхности с частицами агента с различной дисперсностью частиц. В качестве последних используют карбид кремния и электрокорунд, а устройство для осуществления способа содержит ванну для установки обрабатываемых изделий, емкость для рабочего агента, крыльчатку для перемещения рабочего агента по поверхности обрабатываемых изделий, установленную на валу с приводом, и средства контроля очистки. Перемещение рабочему агенту сообщают крыльчаткой, помещенной в кожух. Недостатки этих технических решений малая степень автоматизации процесса очистки поверхностей, применение очищающих сред сложного состава. Прототипом является устройство 7 для очистки поверхностей изделий с использованием эффекта кавитации, реализуемого гидромонитором, выбрасывающим через соплокавитатор кавитирующую струю. Способ очистки с помощью устройства-прототипа заключается в комбинированном многостадийном использовании термохимического гидродинамического при низком и высоком давлении нагнетания моющего раствора и других жидкостей и кавитационного эффекта при воздействии на загрязненную поверхность. Процесс очистки в одном устройстве разделен на три стадии воздействие струйным способом раствора воды с поверхностно-активным химическим моющим веществом, нагретым до 60 под давлением 0,3 МПа в течение пяти минут, воздействие жидкостью(например, водой) из специального гидромонитора под давлением до 20 МПа в течение пяти минут, воздействие на поверхности изделий, погруженных в жидкость при помощи специального гидромонитора, нагнетающей кавитирующей струей высокого давления до 20 МПа через сопло-кавитатор, при этом осуществляется химическое модифицирование активно кавитирующих пузырьков путем подачи в струю жидкости (например, воды) высокого давления одного или нескольких газов, например углекислого газа. Для обеспечения работы гидромонитора устройство комплектуется растворным баком с блоком нагрева и регулирования температуры, гидронасосом, электрическим шкафом с пультом управления. Устройство (в частности, гидромонитор) может быть использовано для ручной мойки нефтеналивных цистерн с ребрами жесткости на внутренней поверхности. Недостаток прототипа - отсутствие возможности перевода в автоматический режим операций по очистке поверхностей, а также необходимость постоянного присутствия оператора внутри очищаемого объекта, что создает тяжелые и небезопасные условия труда. Цель заявляемой полезной модели - автоматизация очистных и моечных операций,особенно при массовой подготовке нефтеналивных цистерн к перевозке легких углеводородов и прочих жидких веществ, что ведет к значительному удешевлению работ за счет сокращения времени на основные операции и снижения энергетических затрат на нагрев рабочего тела (воды). Поставленная цель достигается за счет того, что предлагается устройство для очистки цилиндрических емкостей, в котором вместо термохимического действия на загрязненную поверхность моющих агентов предусмотрено гидродинамическое воздействие в режиме кавитационного эффекта при невысоких температурах (30-40 С) с одновременной автоматизацией процесса мойки. Такое воздействие обеспечивается с помощью кавитирующих насадков гидромониторов, которые выполнены с возможностью варьирования их ориентации по отношению к стенке емкости. Это дает возможность вращательного и поступательного движения моющего агрегата за счет реакции кавитирующих струй, причем поступательное и вращательное движение моющего агрегата осуществляется за счет взаимодействия кавитирующих струй с обмываемой поверхностью. На фиг. 1 изображена схема устройства для кавитационной очистки цилиндрических емкостей. Устройство включает в себя следующие узлы и детали собственно моющий агрегат гидронасос (давление 2-4 атм.) узел подогрева воды соединительные шланги сред 3 89532013.02.28 него давления вертлюг бак-отстойник для сбора отработанной жидкости и повторного ее использования, электрическое пусковое устройство. Моющий агрегат представляет собой полую станину 1 из двух половин, соединенных болтами через термо- и водостойкую прокладку. Размер станины подбирается таким, чтобы моечный агрегат в собранном виде свободно проходил через горловину емкости. По периметру станины через 120 располагаются приспособления 2 для шарнирного крепления и фиксации телескопических подпружиненных распорок 3, оканчивающихся шаровыми опорами 4, обеспечивающими вращение моечного агрегата и одновременное перемещение его по горизонтали. Между ними, также через 120, располагаются приспособления для крепления и фиксации держателей 5 кавитирующих насадков 6 гидромониторов. Держатели насадков могут быть трубчатыми или иного профиля, с возможностью изменения длины и поворота на 180 в плоскости, перпендикулярной плоскости станины. У оснований держателей насадков устраиваются гнезда 7 для ввинчивания штуцеров 8. Аналогичные штуцеры имеются у самих кавитирующих насадков 6. Соединяются они армированными гибкими шлангами среднего давления 9. Сопло кавитирующего насадка 6 должно располагаться под углом к подводящему каналу и ориентироваться по отношению к стенке емкости таким образом,чтобы за счет реакции струи обеспечивалось вращательное и поступательное движение моющего агрегата. Вариант устройства отличается тем, что моющий агрегат содержит три гидромонитора, смонтированные на полой станине под углом 120, а станина центрируется тремя телескопическими подпружиненными опорами с шаровыми катками на концах. На фиг. 2 изображена схема устройства в другой проекции, где 10 - приспособления для шарнирного крепления, 11 - телескопические подпружиненные распорки, 12 - шаровые опоры, 13 - гнезда для ввинчивания штуцеров. Описанный моющий агрегат идентифицируется с трехствольным гидромонитором с кавитирующим насадком и по достигаемому результату схож с прототипом. Гидронасос среднего давления и устройство для подогрева воды должны быть подобраны из числа серийно выпускаемых. Вертлюги требуемых параметров широко применяются в легких буровых установках вращательного бурения с промывкой, особенно в подземных горных выработках. Давление в гидросистеме рекомендуется регулировать с помощью трехзаходного крана и манометра, установленных на гидронасосе, который обычно монтируется непосредственно на баке-отстойнике. Бак-отстойник рекомендуется делать двухсекционным, но перегородка не должна быть сплошной, а должна содержать щель по ширине бака размером 100 мм, отстоящую от дна на 100-150 мм. Щель закрывается сеткой, покрытой активным сорбентом, например активированным углем. Ориентировочный размер ячеек сетки 0,5-1 мм. Желательно использовать не единичную сетку, а пакет сеток - фильтр. Забор воды производится из условно первой секции, а отработанная (грязная) вода сбрасывается во вторую. Легкая нерастворимая фракция скапливается на поверхности воды,твердые частицы опускаются на дно, растворимые вещества фиксируются фильтром. Приведем пример осуществления очистки поверхностей с помощью заявляемой полезной модели. Моющий агрегат в сложенном виде опускают через горловину внутрь емкости (цистерны), поворотом на 90 телескопические распорки фиксируют в плоскости станины(гидрораспределителя). Поворачивают держатели кавитирующих насадков на 180 в направлении передней торцевой поверхности цистерны и фиксируют в этом положении. Придвигают агрегат на требуемое расстояние и присоединяют к одной из муфт вертлюг с нагнетательным шлангом. Включают насос и с участием оператора отмывают торцевую поверхность и прилегающую к ней стенку на расстоянии 0,5 м. После этого держатели с кавитирующими насадками приводят в вертикальное положение и фиксируют их. Переставляют вертлюг на противоположную сторону гидрораспределителя, включают насос, и установка продолжает работать в автономном режиме. По достижении моющим агрегатом задней торцевой поверхности поворачивают держатели кавитирующих насадков на 90 и 4 89532013.02.28 производят действия, аналогичные описанным выше. После завершения мойки складывают телескопические распорки, обвязывают вместе с держателями кавитирующих насадков и извлекают моющий агрегат через горловину наружу. Заявляемая полезная модель позволяет автоматизировать процесс мойки железнодорожных цистерн и других цилиндрических емкостей без внутренних ребер жесткости, исключает необходимость постоянного присутствия оператора внутри емкости. На оператора возложены контрольные функции запуск и остановка агрегата, наблюдение за работой всех блоков, устранение мелких неполадок и т.д. Основной технический результат заключается в повышении производительности и качества очистки, снижении стоимости моечных работ и времени оборачиваемости цистерн. Полезная модель может быть использована в машиностроении, при хранении и переработке нефти и нефтепродуктов, на транспорте и т.п. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5