СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЕМКОСТИ
METHOD OF CLEANING VESSEL INNER SURFACE

Изобретение относится к различным областям промышленности, прежде всего, авиационной и ракетно-космической. В частности, изобретение относится к устройствам для очистки баков высокого давления (далее по тексту - емкость), предназначенных для хранения рабочих жидкостей двигательных блоков или рабочих жидкостей газореактивных двигателей системы коррекции космических аппаратов (КА).
Из уровня техники известно устройство (патент RU №2449067 С1) с конструкцией типа «пьяная бочка» со смещением оси вращения относительно оси симметрии прокручиваемой емкости. Подобная конструкция будет промывать всю внутреннюю поверхность емкости, только если она будет заполнена жидкостью до оси вращения, т.е. если нет ограничений по массе промывочной жидкости.
При заполнении емкости малым объемом промывочной жидкости (в пределах от 1/20 до 1/10 объема), как требуется в нашем случае, поверхность, расположенная напротив осей вращения в этой конструкции, промываться не будет.
Также известно устройство (заявка RU №2000131161) для перемешивания, в котором барабан с помещенными в него изделиями содержит две вращающиеся части, причем одна из частей является механизмом перемешивания, помещенным внутрь барабана, с осью, наклоненной по отношения к вертикали. Подобная конструкция, как и ряд других, например US 2010051057 А1, US 20040238009, предполагает размещение различных моющих устройств внутри очищаемой емкости. Для емкостей с патрубками малого диаметра порядка 8-12 мм поместить внутрь какое-либо моющее устройство не представляется возможным.
Прототипом заявляемого объекта является устройство для мойки бочек, по а.с. СССР N 189379. Известное устройство содержит пространственную раму, смонтированную с возможностью вращения, зажим для крепления емкости и привод вращения. Недостатками устройства является, то, что как и в предыдущих конструкциях имеет место вращение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при заполнении емкости малым объемом промывочной жидкости (в пределах от 1/20 до 1/10 объема), и малых скоростях вращения, как требуется в нашем случае, получим одинаковую траекторию прохождения промывочной жидкости, не захватывающую всю внутреннюю поверхность.
Данное изобретение взято также в качестве прототипа к способу очистки внутренней поверхности емкости. Способ очистки емкости осуществляют следующим образом. Бочку закрепляют в раме, заливают в нее моющую жидкость (15-25 л), кладут отрезок стальной цепи и включают электродвигатель. Центр тяжести рамы смещен относительно ее оси вращения, поэтому при вращении кронштейна рама с емкостью совершает сложное вращение в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения кронштейна (вертикальной плоскости). Недостатком данного способа является обязательное наличие внутри емкости цепи, качество очистки будет обеспечиваться именно динамикой движения цепи. В нашем случае поместить внутрь какое-либо моющее устройство не представляется возможным.
Емкость представляет собой тонкостенный сосуд сферической формы, объемом до 400 л, оснащенный двумя патрубками малого диаметра 8-10 мм для заправки и подключения к системам КА соответственно. При изготовлении и испытании емкости, после операций сварки и сборки, внутреннюю ее поверхность очищают от загрязнений посредством промывки и обезжиривания различными промывочными жидкостями (например, хладон, вода, спирт). Для осуществления тщательной очистки внутренней поверхности, емкость приводят во вращение. В целях ограничения динамических нагрузок, в частности, на тонкостенную емкость, очистку проводят, заполняя промывочной жидкостью в пределах не более чем на 1/20-1/10 объема емкости и при малых скоростях вращения. Кроме этого, технологические требования к емкости накладывают жесткие ограничения по времени нахождения в ней промывочных жидкостей.
Выполнение данных технологических операций при повышенных требованиях по чистоте и по допустимым нагрузкам представляет серьезную проблему. При простой прокрутке емкости при малой скорости и небольшом объеме промывочной жидкости внутренняя поверхность будет промываться не полностью. Прокрутка емкости со сменой оси прокрутки и направления вращения приводит к увеличению длительности технологического цикла, связанного с большим количеством манипуляций, и не всегда гарантирует результат, так как процесс получается прерывистый, загрязнения успевают осесть на внутреннюю поверхность, причем на места, которые уже были в траектории прохождения промывочной жидкости. Кроме этого технологические требования к емкости накладывают жесткие ограничения по времени на нахождение в ней промывочных жидкостей во избежание коррозии внутренней поверхности.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении качества выполнения операций очистки внутренней поверхности емкости и сокращения времени на эти операции.
Поставленная задача решается за счет того, что емкость заправляют промывочной жидкостью, закрепляют на раме, смонтированной с возможностью вращения, включают электродвигатель, при этом производят вращение емкости в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; на кольце рамы располагают противоположно и жестко закрепляют два колеса, ставят их на кольцевую направляющую станины; емкость закрепляют на кольце рамы под углом к горизонтальной поверхности таким образом, чтобы мнимая ось, проходящая через точки крепления емкости, и мнимая ось, проходящая через точки крепления колес, не совпадали; движением колес запускают вращение рамы по кольцевой направляющей станины и вращение кольца рамы вокруг оси, соединяющей точки крепления колес. Таким образом, производят движение емкости вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, в то время как при установке емкость закрепляют под углом к горизонтальной поверхности путем вращения вокруг мнимой оси, проходящей через точки крепления емкости к кольцу. Устройство очистки внутренней поверхности емкости, содержащее раму, смонтированную с возможностью вращения, устройство для крепления емкости и привод вращения; на кольце рамы противоположно расположены и жестко закреплены два колеса, поставленные на кольцевую направляющую станины, и введены фиксаторы наклона емкости.
Изобретение поясняется чертежом.
Устройство очистки внутренней поверхности емкости состоит из круглой станины 1, привода 2, круглой рамы 3 с колесами 4, которые располагают противоположно, крепят к кольцу 5 и ставят на кольцевую направляющую станины 1. Емкость 7 крепится с помощью технологического кольца 8 с осями 9 к кольцу рамы 5; с помощью двух фиксаторов наклона 6 устанавливают угол наклона емкости относительно горизонтальной поверхности. Фиксаторы наклона 6 конструктивно решены следующим образом. Они представляют собой пластины круглой формы с отверстиями по периметру, закрепленные на технологическом кольце 8 для крепления емкости 7. Технологическое кольцо 8 имеет две оси 9, лежащие на одной мнимой оси (на чертеже - ось X), противоположно направленные наружу от технологического кольца 8; на кольце 5 выполнены отверстия под эти оси. Кроме этого на кольце 5 также выполнены отверстия для фиксаторов наклона 6. Путем вращения емкости вокруг оси Х выбирают угол наклона, при этом совмещают отверстия, расположенные по периметру пластин, и отверстия на кольце 5 и фиксируют угол наклона посредством установки двух шпилек в отверстия. Угол наклона емкости, точки крепления емкости к кольцу и скорость вращения выбирают экспериментально в процессе отработки.
Способ очистки внутренней поверхности емкости осуществляется небольшим количеством промывочной жидкости (1/20-1/10 от объема) в соответствии с технологическим заданием следующим образом:
- на поверхности емкости 7 устанавливают технологическое кольцо 8, имеющее две диаметрально расположенные оси 9, противоположно направленные наружу от технологического кольца 8;
- емкость 7 крепится на кольце 5 с возможностью установки угла наклона емкости относительно горизонтальной поверхности с помощью фиксатора наклона 6 посредством вращения емкости 7 вокруг оси X;
- вращением колес 4 круглая рама 3 приводится в движение вокруг ее центра симметрии с осью симметрии (на чертеже - ось Z);
- кольцо 5 имеет жесткое крепление с двумя колесами 4, при движении которых по кольцевой направляющей станины 1 происходит вращение кольца 5 с наклонной емкостью 7 вокруг оси симметрии, проходящей через центры вращения колес 4 (на чертеже - ось Y). Точки крепления емкости 7 к кольцу 5 и точки крепления колес 4 не совпадают и, предпочтительно, чтобы оси, их соединяющие, были расположены между собой перпендикулярно.
Таким образом, привод 2 вращает круглую раму 3 с колесами 4 по кольцевой направляющей станины 1 вокруг оси Z. Колеса 4 вращают кольцо 5 с наклонной емкостью 7 вокруг оси Y. Емкость 7, угол наклона которой относительно горизонтальной поверхности устанавливают путем вращения емкости вокруг оси Х (в плоскости ZOY), совершает одновременное вращение в двух других плоскостях (вокруг взаимно перпендикулярных осей Y и Z), что позволяет эффективно осуществлять ее промывку и добиваться высокой чистоты внутренних поверхностей.
Промывка может осуществляться при таких скоростях вращения, когда промывочная жидкость находится в нижней части емкости 7, и когда емкость 7, закрепленная под углом относительно одной из осей, совершает одновременное вращение вокруг двух других осей так, что промывочная жидкость проходит такую траекторию, при которой гарантированно омывается вся внутренняя поверхность емкости. В конце процесса емкость останавливают в положении патрубком вниз и сливают промывочную жидкость.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет осуществлять очистку внутренних поверхностей емкостей, в том числе имеющих патрубки малого диаметра порядка 8-10 мм, с соблюдением требований и ограничений по времени нахождения в емкости промывочных жидкостей и по величине динамических нагрузок на внутреннюю поверхность емкости.