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

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 трубопроводов использующие гидробародинамический эффект.
Устройство, реализованное в способе [1], состоит из струеформирующей манжеты, штока и подпружиненного центратора-кавитатора, выполняющего роль ограничителя хода устройства.
Недостатком устройства является то, что при встрече его с твердыми (карбонатными) отложениями требуется сложная технологическая манипуляция давлением и расходом рабочего агента, прежде чем устройство разрушит отложения и продолжит свой путь дальше по трубопроводу.
Устройство реализованное в способе [2] - прототип, 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 давления и расхода рабочего агента внутренний диаметр тора открывается и он пропускает через себя излишки рабочего агента. При этом увеличивается скорость вхождения рабочего агента в клиновидные канавки манжеты, что влечет за собой и увеличение скорости струй на выходе из клиновидных канавок. В итоге эффективность струй возрастает и они разрушают твердые (карбонатные) отложения.
Однако это устройство трудно реализовать на практике, так как сложно подобрать эластичные свойства тора и исходное давление газа в нем.
В связи с тем, что в рабочем агенте встречаются включения инородных тел - песок, окалина и прочее, надежность тора будет низкой.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что полый шток устройства оканчивается сопловой(ыми) насадкой(ами), направленной(ыми) на периферийную часть кавитатора-ограничителя хода, который снабжен пружиной, упирающейся в насадку (и), и толкателем, входящим в полость штока и оканчивающимся клапаном, отсекающим полость манжеты от сопловой(ых) насадки(ок).
Более подробно сущность изобретения будет описана ниже.
На фиг.1 представлен схематический чертеж гидробародинамического устройства очистки внутренней поверхности 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 каналы. Внутренняя поверхность манжеты покрыта эластичным элементом 4. К манжете 1 прикреплен полый шток 5, оканчивающийся сопловой насадкой 6, которая может быть выполнена как в виде конуса, внутри которого имеется клиновидная конусная щель (см. фиг.1), так и в виде отдельных конусных сопел брандспойтов (на фиг.1 не показаны).
Внутри сопловой насадки 6 проходит толкатель 7, снабженный клапаном 8 и соединенный с кавитатором-ограничителем хода 9, подпружиненным пружиной 10.
Трубопровод 3 имеет отложения 11, уменьшающие его проходное сечение.
Работает устройство следующим образом. Через приемную камеру (на фиг.1 не показано) устройство заводят в трубопровод 3, с предварительно очищенной заходной частью. Далее на устройство, со стороны манжеты 1, подают рабочий агент (как правило, воду). При перепаде давления перед манжетой 1 и за ней, равном (0,2-0,6) МПа, манжета 1 начинает движение, а в клиновидных каналах вода разгоняется и образует на выходе из клиновидных каналов гидробародинамические струи, разрушающие отложения 11.
При встрече устройства с твердыми (карбонатными) отложениями кавитатор-ограничитель хода 9 упирается в эти отложения и устройство останавливается. Расход и давление рабочего агента при проведении работ контролируются, и при уменьшении расхода становится ясно, что устройство остановилось, упершись в твердые отложения.
Из баланса потоков рабочего агента на входе и выходе клиновидного канала можно записать:
1
где V - скорость входа рабочего агента в клиновидный канал,
1
S - поперечная площадь входа в клиновидный канал,
2
V - скорость выхода рабочего агента из клиновидного канала,
2
2
1
S - поперечная площадь выхода из клиновидного канала. Из (1) следует, что V=V.
1
2
Пусть V=1,5 м/с, а , тогда V=3 м/с.
1
2
Если V увеличить до 2 м/с, то V будет 4 м/с.
кин.1
кин.2
Поскольку кинетическая энергия струй пропорциональна квадрату ее скорости, то Е=9 ед., а Е=16 ед., то есть энергия струй возросла почти в 2 раза при увеличении скорости входа воды в клиновидные каналы манжеты всего на 0,5 м/с.
Отсюда видно, что для более эффективного разрушения отложений необходимо повышать скорость вхождения рабочего агента в клиновидные каналы манжеты 1.
Для достижения этой цели повышают расход и давление рабочего агента. При этом не манжету 1 начинает действовать большая сила, которая проталкивает устройство в сужение трубы, и его заклинивает там.
Возникает аварийная ситуация. Устройство извлекают из трубы и работу начинают сначала.
В предлагаемом устройстве, при повышении давления и расхода рабочего агента происходит следующее. Манжета 1 через полый шток 5 и сопловую насадку 6 сжимает пружину 10.
Толкатель 7 вместе с клапаном 8 перемещается внутрь полого штока 7 (на фиг.1 показано пунктирными линиями), и рабочий агент устремляется в сопловую насадку 6, где, разгоняясь согласно формуле (1) и вырываясь наружу, начинает разрушать отложения 11.
Резко увеличивается скорость потока рабочего агента при вхождении в клиновидные канавки манжеты, еще больше увеличивается скорость струй рабочего агента при выходе из этих канавок. Скорость струй на выходе из канавок может составить 50 м/с и более.
Резко возрастает кинетическая энергия струй манжеты 1, что и повышает эффективность работы устройства.
При этом струи манжеты 1 и сопловой насадки 6 действуют в одном направлении, что еще больше повышает эффективность разрушения отложений 11, а кавитатор-ограничитель хода 9 создает повышенной мощности турбулентное завихрение, в котором происходит кавитационное схлопывание образующихся вакуумных пузырьков (полостей), которые, в дополнение к вышеперечисленным эффектам, усиливают суммарный эффект разрушения отложений 11.
В связи с тем что тяга реактивных струй сопловой насадки 6 направлена против движения устройства, сила прижатия устройства к отложениям 11 уменьшается, что снижает вероятность заклинивания устройства в сужении трубопровода 3. Повышается надежность работы устройства.
После разрушения отложений 11, пружина 10 выдвигает кавитатор-ограничитель хода 9 в исходное состояние. Клапан 9 запирает сужение (седло) в полом штоке, отсекает полость манжеты 1, куда изначально поступает рабочий агент, от сопловой насадки 6. Действие струй сопловой насадки 6 прекращается. Цикл закончен. Устройство продолжает работу в обычном режиме до встречи со следующим препятствием.
Таким образом, достигнут технический результат - повышение эффективности и надежности работы устройства.
В связи с тем что в устройстве отсутствуют уплотнительные элементы, а абразивные частицы, попадающие в рабочий агент, не причиняют вреда металлическим частям устройства, это дополнительно повышает надежность его работы.
Устройство может быть изготовлено в условиях механических мастерских, то есть обладает промышленной применимостью.
Источники информации
1. Пат. RU 2008105 C1, В08В 9/04, от 12 августа 1991 г.
Гидробародинамический способ Ежова очистки внутренней поверхности трубопроводов.
2. Пат. RU 2055652 C1, В08В 9/04, от 12 марта 1992 г.
Гидробародинамический способ очистки внутренней поверхности трубопроводов - прототип.