ГИДРОБАРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
HYDROBARODYNAMIC DEVICE FOR CLEANING OF INNER SURFACE OF PRESSURE PIPELINES

Изобретение относится к области очистки внутренних поверхностей напорных трубопроводов от отложений. Отложения образуются за счет осаждения частиц транспортируемого продукта и последующего прилипания их к стенке трубы. Зарастание трубы отложениями приводит к уменьшению проходного сечения трубы, снижению ее производительности, повышению энергоемкости процесса.
Известны устройства для очистки внутренних поверхностей напорных трубопроводов, использующие гидробародинамический эффект.
Устройство [1] состоит из струеформирующей манжеты, штока и центратора-кавитатора. Недостатком этого устройства является низкая эффективность очистки при встрече с твердыми карбонатными отложениями. Низкая эффективность обусловлена недостаточной кинетической энергией струй выбрасываемых манжетой и направленных на разрушение отложений.
Известно устройство, реализованное в гидробародинамическом способе очистки внутренней поверхности трубопроводов [2] - прототип.
Устройство состоит из струеформирующей манжеты, штока и кавитатора-ограничителя хода. Шток выполнен со сквозным каналом, который снабжен эластичным тором, в котором внутренний диаметр в исходном состоянии равен нулю, а при воздействии на тор повышенного расхода и давления рабочего агента, внутренний диаметр тора открывается и он пропускает через себя излишки рабочего агента. При этом увеличивается скорость вхождения рабочего агента в конусные канавки манжеты и соответственно на выходе из них, что позволяет увеличить кинетическую энергию струй, не увеличивая скорости движения устройства по трубе. Однако это устройство сложно реализовать на практике, так как сложно подобрать эластичные свойства торса и исходное давление газа в нем.
Надежность тора в абразивной среде низка, так как в трубопроводе, как правило, присутствует вместе с водой песок, окалина, галька и прочие включения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства. Технический результат достигается за счет того, что полый шток устройства снабжен подпружиненным стаканообразным цилиндром, который перекрывает отверстия цилиндрической рабочей камеры, являющейся продолжением полого штока и ступенеобразно превышающей его диаметр, причем подпружиненный стаканообразный цилиндр, его дно и ступень рабочей камеры образуют управляющую камеру, соединенную с полостью штока и далее с полостью манжеты, а дно рабочей камеры, через переходник, соединено с кавитатором-ограничителем хода.
Более подробно сущность изобретения будет описана ниже.
На фиг.1 представлен схема гидробародинамического устройства очистки внутренней поверхности напорных трубопроводов.
Устройство состоит из струеформирующей манжеты 1, содержащей пружинные элементы 2, расположенные в два ряда в шахматном порядке и образующие в сопряжении с трубопроводом 3 клиновидные щели (см. схему А). Внутренняя полость манжеты покрыта эластичным элементом 4. К манжете 1 прикреплен полый шток 5, оканчивающийся рабочей камерой 6, которая ступенеобразно превышает диаметр штока 5. Камера 6 имеет отверстия 7. К дну камеры 6 прикреплен переходник 8 с кавитатором-ограничителем хода 9.
На штоке 5 установлен стаканообразный цилиндр 10, подпружиненный пружиной 11 и перекрывающий отверстия 7 рабочей камеры 6. Подпружиненный стаканообразный цилиндр 10 и ступень рабочей камеры 6 образуют управляющую камеру, которая через отверстия 12 штока 5 соединяется с полостью штока 5 и далее с полостью манжеты 1.
Рабочая камера 6 снабжена ограничителем хода 13 цилиндра 10. На фиг.1 показаны также отложения 14, уменьшающие проходное сечение трубопровода 3. Работает устройство следующим образом.
Через приемную камеру (на фиг.1 не показана) устройство заводят в трубопровод 3 с предварительно счищенной заходной частью. Далее подают рабочий агент (как правило воду) на манжету 1. При перепаде давления перед манжетой 1 и за ней, равном (0,2-0,6) МПа манжета 1 начинает движение, а в клиновидных щелях (см. схему А) вода, разгоняясь, образует гидробародинамические струи, разрушающие отложения 14.
1
1
Из баланса потоков на входе и выходе клиновидной щели можно записать: , где; V - скорость входа рабочего агента в щель; S - поперечная площадь входа в щель;
2
V - скорость выхода рабочего агента из щели;
2
S - поперечная площадь выхода из щели.
Из (1) следует, что
1
1
2
2
Пусть V=1 м/с, a S/S=2, тогда V=2 м/с.
кин 2
Кинетическая энергия струи прямо пропорциональна квадрату ее скорости, то есть ; тогда Е=4.
1
2
кин.2
Если V увеличить до 2 м/с, то V=4 м/с, Е=16, то есть энергия с струи возрастает в 4 раза.
Таким образом, эффективность работы устройства главным образом зависит от скорости вхождения рабочего агента в клиновидную щель. Для достижения этой цели повышают расход и давление рабочего агента.
Однако при этом на манжету начинают действовать большая сила, скорость движения манжеты по трубопроводу возрастает, качество очистки стенки трубы снижается, образование струй нарушается и устройство заклинивает в сужении трубы. Возникает аварийная ситуация. Устройство извлекают из трубы и работу начинают сначала.
В предлагаемом устройстве такого не происходит. При повышении расхода и движения рабочего агента происходит следующее.
Рабочий агент в начале работы поступает в полый шток 5 и далее в рабочую камеру 6, отверстия которой закрыты стаканообразным цилиндром 10. Рабочий агент поступает также через отверстия 12 в управляющую камеру, образованную ступенью рабочей камеры 6, стаканообразным цилиндром 10 и его дном. Ограничитель хода 13, цилиндра 10, гарантирует наличие полости управляющей камеры в исходном состоянии устройства. Воздействуя на дно стаканообразного цилиндра 10, давление рабочего агента перемещает цилиндр 10 в левую сторону, сжимая пружину 11.
Отверстия 7 открываются и излишки расхода и давления рабочего агента сбрасываются наружу в область переходника 8 и кавитатора-ограничителя хода 9. При этом скорость движения устройства по трубопроводу не возрастает, перепад давлений до и после манжеты остается прежний, но за счет повышенного расхода рабочего агента возрастает скорость вхождения его в гидробародинамические клиновидные щели (см. схему А) и соответственно возрастает скорость выхода струй из этих щелей. Струи повышенной мощности разрушают крепкие (карбонатные) отложения, а кавитатор-ограничитель хода 9 создаст в струях турбулентные завихрения и кавитационные схлопывания образующихся вакуумных полостей, которые усиливают эффект разрушения отложений 14.
Таким образом, устройство позволяет достигать технический результат, то есть повысить эффективность работы устройства.
В связи с тем, что конкретная манжета может использоваться только под конкретный условный диаметр Ду трубопровода, то для работы необходимо иметь набор типо-размеров манжет.
Разработаны и используется на практике параметрический ряд манжет под Думм = 50, 65, 80, 150 и т.д.
В предлагаемом изобретении, та часть устройства, которая осуществляет сброс излишка давления и расхода может быть использована одна на нескольких типо-размерах манжет. Например, для Ду = 50, 65 и 80.
Для других размеров другая и так далее. Для этого типо-размеры манжет использующие одну общую часть сброса рабочего агснта должны иметь одинаковые присоединительные размеры.
Такая взаимозаменяемость позволяет упростить конструкцию всего устройства и параметрического ряда в целом, что также работает на достижение технического результата.
Устройство промыщленно применимо, так как может быть изготовлено в условиях механических мастерских.
Источники информации
1
1. Патент России №2009729, В08В 9/04 C от 24.04.1992 «Гидробародинамическое устройство очистки внутренней поверхности трубопроводов».
1
2. Патент России №2055652 С, В08В 9/04 от 12.03.92 «Гидробародинамический способ очистки внутренней поверхности трубопроводов» - прототип.