ПУЛЬСАТОР
PULSATOR

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к методам промывки контурных систем атомных паропроизводящих установок (АППУ), и может быть использовано при промывке трубопроводов и систем гидравлики различных транспортных объектов, а также при ремонте энергетических и транспортных систем.
Ресурс и эксплуатационная надежность оборудования систем различного назначения зависит от чистоты внутренних полостей, тщательной очисткой которых можно предотвратить преждевременное изнашивание ответственных элементов и увеличить продолжительность их безотказной работы. Именно поэтому, требования к чистоте внутренних полостей и трактов являются обязательными практически для всех систем и энергоустановок, включая атомные. Эти требования изложены в соответствующих нормативных документах.
Современные методы промывки можно разделить на проточные и интенсивные. Продолжительность промывки систем проточным методом достаточно велика, а примерная трудоемкость промывки трубопроводных магистралей гидросистем может составлять до 40% от общих затрат времени на изготовление и сборку всего агрегата. Мощность электропривода прямоточного промывочного стенда в судостроении может достигать более 100 кВт, поэтому затраты на электроэнергию в масштабах судостроительного завода весьма значительны.
Указанные недостатки метода прямоточной промывки можно значительно уменьшить, используя метод интенсивной промывки. Для интенсивной промывки в прямоточные промывочные стенды включают устройства интенсификации промывки трубопроводов и систем.
Известно несколько методов интенсивной промывки трубопроводов и систем. Из этих методов наибольшее практическое распространение получили промывка методом пульсирующего потока и промывка методом изменения направления движения моющей среды.
Пульсирующий поток моющей среды возникает от работы пульсатора, который подключается к прямоточному стенду промывки непосредственно в тракт или параллельно тракту. При работе пульсатора возникает поток с пульсирующим расходом и давлением моющей среды.
Измененное направление потока моющей среды создается с помощью системы переключателей, устанавливаемых непосредственно в тракте прямоточного промывочного стенда, при этом для изменения направления потока необходимо выключать электропривод стенда для избежания гидроудара.
Известен гидропульсатор по а.с. №520460, обеспечивающий пульсирующий поток моющей среды (рабочей жидкости), содержащий цилиндрический корпус с радиально расположенными впускными и выпускными рабочими окнами и сообщающееся с ними распределительное окно, выполненное на наружной цилиндрической поверхности золотника, вращающегося внутри корпуса. Распределительное окно золотника выполнено профилированным в соответствии с формой заданного импульса моющей среды, а в корпусе в зоне выпускного рабочего окна размещено устройство для изменения формы этого рабочего окна, выполненное, например в виде набора профилированных пластин, фиксируемых в положениях, определяемых требуемой для данного импульса формой окна.
Недостатками данного пульсатора являются:
- моющая среда при работе пульсатора движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, и, как следствие, необходимо дополнительное время для их промывки;
- заданная форма импульса давления моющей среды определена профилем распределительного окна во вращающемся золотнике и набором профильных пластин в зоне выпускного рабочего окна корпуса, поэтому пульсатор не имеет возможности регулирования импульса давления в широком диапазоне без остановки самого процесса промывки полостей.
Известно устройство, изменяющее направление движения потока моющей жидкости в промываемом изделии и промывочном стенде с помощью системы клапанов, соединенных в гидравлический мост (Ж. «Судостроение». №6. 2011 г. (ноябрь-декабрь), с.56).
Недостатком данного устройства являются:
- при промывке полостей с использованием этого устройства не возникает импульса изменения давления моющей среды, что замедляет отрыв частиц от отмываемых поверхностей;
- перед переключением направления движения моющей жидкости для исключения явления гидроудара необходимо останавливать процесс промывки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пульсатор по А.с. №335015, принятый за прототип.
Этот пульсатор содержит корпус, включающий последовательно расположенные, сообщающиеся камеру высокого давления и камеру пульсаций, проходящий через камеры вал, установленный на валу в камере высокого давления вращающийся диск с окнами и размещенный между вращающимся диском и камерой пульсаций неподвижный диск с окнами, идентичными окнам вращающегося диска и расположенными на том же расстоянии от оси вала, что и окна вращающегося диска. Окна каждого из дисков имеют различный размер и расположены на неподвижном диске по радиусу, в порядке увеличения или уменьшения их размера, а на вращающемся диске - по спирали, в порядке, обеспечивающем при вращении диска совмещение его окон с окнами одинакового размера неподвижного диска.
Однако прототип обладает следующими недостатками:
- при работе пульсатора моющая среда движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, поэтому необходимо дополнительное время для их промывки;
- заданная форма импульса давления моющей среды определена количеством и диаметрами отверстий окон, которые расположены на вращающемся и неподвижном дисках, поэтому пульсатор не имеет возможности регулирования импульса давления в широком диапазоне без остановки самого процесса промывки и замены вращающегося и неподвижного дисков с другим количеством и диаметрами отверстий.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокопроизводительного, надежного и сравнительно недорогого пульсатора с возможностью регулирования периодических импульсов давления промывочной воды в широком диапазоне при одновременном изменении направления потока за один оборот вала привода пульсатора только в полости промываемого изделия, без изменения направления потока прямоточного промывочного стенда.
Основной технический результат, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, заключается в повышении эффективности промывки изделий за счет:
- совмещения двух методов промывки изделий - создания периодических импульсов давления и изменения направления потока моющей среды;
- регулирования импульса давления промывочной жидкости в широком диапазоне без остановки привода прямоточного промывочного стенда.
Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что пульсатор выполнен в виде корпуса с герметичными камерами пульсаций, в которых соосно им смонтированы вращающиеся от двигателя валы с неподвижно установленными на них дисками. Кроме того, корпус выполнен из 4-х сообщающихся и в плане симметрично расположенных на взаимно перпендикулярных осях вертикально установленных цилиндрических камер пульсаций, соединенных попарно двумя параллельными верхними патрубками и перпендикулярно им - двумя параллельными нижними патрубками. Диски установлены под углом к валам таким образом, чтобы их верхний край находился ниже верхнего патрубка, а нижний край - выше нижнего патрубка, а зазор между внутренней стенкой камеры и наружной кромкой диска должен быть не более 2 мм, причем диски вращаются синхронно и в одну сторону со скоростью не более 1 об/мин, кроме того, по диагоналям корпуса с внешней стороны каждой камеры установлены на половине их высоты наружные патрубки.
В частном случае у пульсатора на концах наружных патрубков установлены фланцы.
В другом частном случае валы с дисками вращаются от общего привода, например, мотор-редуктора через систему зубчатых передач.
В третьем частном случае профили дисков камер пульсаций выполнены в виде зет-образной формы.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:
Фиг.1 Общий вид пульсатора.
Фиг.2 Сечение A-A, поперечный разрез пульсатора по верхним патрубкам.
Фиг.3 Сечение B-B (повернуто на 90°), продольный разрез камеры пульсаций.
Фиг.4 Схема работы пульсатора и его подключение к промывочному стенду и промываемому изделию. Максимальный поток моющей жидкости в промываемом изделии в направлении A.
Фиг.5 Схема работы пульсатора и его подключение к промывочному стенду и промываемому изделию. Поток моющей жидкости в промываемом изделии отсутствует.
Пульсатор состоит из следующих составных частей.
Пульсатор выполнен в виде корпуса (Фиг.1), который состоит из четырех камер пульсаций 1. Каждая камера пульсаций имеет вращающийся вал 2 с диском 3, по одному верхнему 5 и по одному нижнему отверстию 7, через которые камеры попарно соединяются друг с другом верхними 4 и нижними 6 патрубками для внутреннего гидравлического соединения четырех камер пульсаций. Для внешнего гидравлического соединения наружные патрубки 8 оснащены фланцами 9 и через фланцевые соединения 10 соединены с промываемым изделием 11 и промывочным стендом 12 (Фиг.4, 5).
Камера пульсаций 1 выполнена в виде обечайки и двух крышек - верхней 13 и нижней 14. В верхней крышке 13 и нижней крышке 14 имеются подшипниковые узлы и уплотнения, предназначенные для вращения в них валов 2, а также для герметизации зазоров поверхностей вращения в подшипниковых узлах.
В средней части вращающегося вала 2 под углом к нему закреплен диск 3, причем верхний и нижний края каждого диска могут быть изогнуты и иметь боковой профиль зет-образной формы. Зазор между внутренней стенкой обечайки каждой камеры пульсаций 1 и наружной кромкой вращающихся дисков 3 должен быть не менее 2 мм.
Пульсатор оснащен необходимой системой автоматики, коммутационным обеспечением и контрольно-измерительными приборами (КИП), все органы управления выведены на пульт управления (не показаны).
Пульсатор работает следующим образом.
Перед началом работы пульсатор подключается к промывочному стенду 12, состоящему из насоса, бака расходного и промывочной камеры, и к промываемому изделию 11 по схеме, изображенной на Фиг.4, 5. Четыре наружных патрубка 8 через фланцевые соединения 10 подключают к промываемому изделию 11 и промывочному стенду 12 по следующей схеме: пульсатор - промывочный стенд 12, пульсатор - промываемое изделие 11; пульсатор - промывочный стенд 12; пульсатор - промываемое изделие 11. Затем заполняют промывочной водой всю систему, состоящую из пульсатора, промывочного стенда и промываемого изделия.
После этого оператор с помощью системы автоматики (СА) управления работой пульсатора включает один из запрограммированных режимов промывки. Режим промывки - это определенное сочетание последовательных пусков-остановов, а также изменений числа оборотов мотор-редуктора, что приводит к изменению давления и направления потока промывочной воды в промываемом изделии 11 через заданные промежутки времени. При этом максимальная скорость оборотов валов с дисками, полученная расчетным путем, не должна быть более 1 об/мин во избежание возникновения гидроудара.
Мотор-редуктор, управляемый СА, вращает ведущий вал с ведущей шестерней. От ведущего вала через зубчатое зацепление вращение передается одновременно четырем ведомым шестерням, закрепленным на валах 2, что приводит к вращению всех четырех вращающихся дисков 3 с одинаковой частотой вращения. Вращаясь внутри каждой камеры пульсаций 1, диск 3 (Фиг.4) подходит к проходному сечению наружного патрубка 8 поочередно то верхней, то нижней полкой, тем самым происходит гидравлическое соединение наружного патрубка 8 то с нижним патрубком 6, то с верхним патрубком 4 каждой камеры пульсаций 1 и соответствующее изменение потока (Фиг.4, 5). Синхронное вращение дисков 3 во всех четырех камерах пульсаций 1 приводит к запрограммированному реверсу потока воды в промываемом изделии 11.
Схема потоков промывочной воды при различных положениях дисков 3 изложена на фиг.4, 5. Данная схема потоков отображает максимальную подачу промывочной воды и направление потока в промываемом изделии 1 в направлении A, а при повороте вращающихся дисков 3 на 180° в камерах пульсаций 1 (Фиг.4 относительно Фиг.5) происходит максимальная подача воды в противоположном A направлении.
При вращении дисков 3 непрерывно изменяются проходные сечения потоков промывочной воды в патрубках 4, 6, 8 и, следовательно, происходит непрерывное изменение давления, а через каждые 0,5 оборота дисков 9 происходит изменение направления потока промывочной воды в промываемом изделии 11, патрубках 4, 6, 8 и камерах пульсаций 1 (Фиг.4, 5).
При вращении дисков происходит одновременное и периодическое перекрытие потока моющей жидкости, поступающей из промывочного стенда и промываемого изделия, в верхнее или нижнее отверстия каждой камеры пульсации, чем обеспечивается изменение направления потока моющей жидкости только в промываемом изделии.
Зазор между внутренней стенкой каждой камеры пульсаций и наружной кромкой вращающихся дисков должен быть не менее 2 мм, чтобы при изменении направления потока моющей жидкости создавался режим неполного гидроудара и таким образом отсутствовали условия для разрушения промываемого изделия.
В качестве привода вращающегося вала 2 может быть использован мотор-редуктор, состоящий из асинхронного электродвигателя, собранного вместе с двухступенчатым коническим редуктором. Электродвигатель оборудован датчиком числа оборотов и оснащен преобразователем частоты для возможности регулировки числа оборотов. Управление мотор-редуктором осуществляется с помощью системы управления по специально разработанной программе. Мотор-редуктор через ведущий вал с ведущей шестерней и зубчатое зацепление связан с ведомыми шестернями камер пульсаций 1, одновременно вращающими валы 2 всех четырех камер пульсаций 1.
Предлагаемое изобретение обеспечивает создание надежного, сравнительно недорогого пульсатора с возможностью подключения к системам прямоточного промывочного стенда и промываемого изделия, обеспечивающего значительное сокращение времени промывки изделия и экономию электроэнергии, за счет регулирования импульса промывочной воды в широком диапазоне без остановки привода прямоточного промывочного стенда, а также совмещения двух методов промывки изделий - создания периодических импульсов давления и изменения направления потока промывочной воды.