КАНАЛОПРОМЫВОЧНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ НАСАДОК
DUCT-FLUSHING REVERSING ADAPTER

Изобретение относится к области коммунального машиностроения, а именно, к рабочему оборудованию каналоочистительных машин.
Известны каналопромывочные реверсивные насадки, содержащие корпус с водоподводящим отверстием в задней части, группы передних и задних сопел, поочередно сообщающихся с водоподводящим отверстием с помощью размещенного в корпусе механизма переключения струй с золотником и пружиной. Механизм переключения открывает при повышенном давлении жидкости в насадке заднюю группу сопел, а при пониженном давлении - переднюю [патент США №3165109, НКИ 134-167, 1965 г.]. Недостатком этого устройства является необходимость переключения давления подаваемой жидкости с повышенного на пониженное для работы струй либо задних, либо передних сопел. Кроме того, работа передних струй на пониженном давлении недостаточно эффективна при воздействии на препятствия.
Известны каналопромывочные реверсивные насадки, содержащие корпус с водоподводящим отверстием в задней части, группу задних и группу передних сопел, направленных соответственно в сторону и от водоподводящего отверстия и поочередно сообщающихся с водоподводящим отверстием с помощью расположенного в корпусе механизма переключения струй. Этот механизм включает золотник с внутренним водоводом, пружину, шарики, переднюю и заднюю зубчатые коронки, причем передняя имеет чередующиеся по окружности короткие и длинные пазы для размещения шариков [насадок «Таран» ДКТ-238 фирмы ООО «Доркомтехника» - прототип].
Недостатком этого технического решения, принятого за прототип, является снижение эффективности воздействия передних струй на преграду за счет отброса корпуса насадка реактивными силами передних струй от размываемой преграды.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание каналопромывочного реверсивного насадка, который при работе передних струй не удаляется от препятствия за счет реактивных сил передних струй и эффективно его размывает, используя полное давление жидкости, подводимой к насадку.
Поставленная задача достигается тем, что в каналопромывочном реверсивном насадке, содержащем корпус с водоподводящим отверстием в его задней части, группу задних сопел, расположенных в задней части корпуса и направленных в сторону водоподводящего отверстия, группу передних сопел, расположенных в передней части корпуса и направленных от водоподводящего отверстия, и механизма реверсивного переключения этих групп сопел, включающего золотник с внутренним водоводом, пружину, шарики, переднюю и заднюю зубчатые коронки, причем передняя имеет чередующиеся по окружности короткие и длинные пазы для размещения шариков, передняя часть корпуса содержит дополнительную группу сопел, направленных в сторону водоподводящего отверстия и сообщающихся с группой передних сопел.
1
1
2
2
2
3
1
1
1
2
При этом задние сопла имеют суммарную площадь выходных отверстий s и углы наклона сопел к оси насадка α, дополнительные сопла имеют суммарную площадь выходных отверстий s и углы наклона сопел к оси насадка α, передние сопла имеют суммарную площадь выходных отверстий S и углы наклона сопел к оси насадка α;, и соотношение площадей и углов определяется формулой 0≤(s cosα-S cosα)/s cosα≤0,3. Кроме того в насадке выполняется соотношение суммарных площадей выходных отверстий сопел передних и задних групп s=S+s.
2
2
1
1
2
2
1
1
Испытания в реальных условиях предложенных реверсивных насадков с соотношениями (s cosα-S cosα)/s cosα=0 и (s cosα-S cosα)/s cosα=0,3 показали, что при переключении струй с задних сопел на передние, движения или отброса насадка назад не происходит и передние струи при полном давлении жидкости, подводимой к насадку, эффективно воздействуют на препятствие, размывая и разрушая его с минимального расстояния.
Каналопромывочный реверсивный насадок иллюстрируется чертежами: на фиг.1 схематично изображен каналопромывочный реверсивный насадок в разрезе, на фиг.2 - насадок в режиме работы задних струй (в разрезе) и на фиг.3 - насадок в режиме работы передних струй (в разрезе). На фиг.4 показан каналопромывочный насадок фирмы «Доркомтехника» - насадок ДКТ-238 «Таран».
1
1
2
Каналопромывочный реверсивный насадок включает корпус 1 с водоподводящим отверстием 2 в задней части, группу передних сопел 3, группу дополнительных сопел 4 и группу задних сопел 5. Дополнительные сопла 4 и задние сопла 5 направлены в сторону водоподводящего отверстия 2, а передние сопла 3 - в противоположную сторону. В корпусе 1 расположен механизм переключения струй, содержащий золотник.6 с внутренним водоводом 7, пружину 8, шарики 9, заднюю коронку 10 и переднюю коронку 11 с чередующимися по окружности короткими 12 и длинными пазами 13. Суммарная площадь задних сопел 5 равна s, суммарная площадь дополнительных сопел 4, направленных к водоподводящему отверстию 2, - S и суммарная площадь передних сопел 3, направленных от водоподводящего отверстия 2, - S2. Задние, дополнительные и передние сопла имеют углы наклона к оси насадка соответственно α, α и α.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы насадок стыкуется с рукавом высокого давления каналоочистительной машины. Насадок вводят в очищаемый трубопровод или канал, включают насос высокого давления и по рукаву в насадок подается рабочая жидкость (вода). Под давлением жидкости золотник 6 с шариками 9 перемещаются к передней части насадка, сжимая пружину 8 (фиг.2).
Шарики 9 попадают в длинные пазы 13 передней коронки 11 и золотник 6 прижимается к передней части корпуса 1, перекрывая подачу жидкости через водовод 7 золотника 6 к группам передних 3 и дополнительных сопел 4. При этом задний конец золотника 6 открывает канал, соединяющий водоподводящее отверстие 2 с группой задних сопел 5. Под воздействием реактивных сил струй, вытекающих из группы задних сопел 5, насадок с рукавом высокого давления перемещается вперед по очищаемому трубопроводу. Одновременно струи задних сопел 5 смывают загрязнения со стенок трубопровода.
При встрече насадка с засором или препятствиями в виде отложений в трубопроводе насадок с рукавом высокого давления останавливается, упираясь в препятствие. Оператор каналоочистительной машины кратковременно сбрасывает давление в рукаве. Под действием пружины 8 золотник 6 с шариками 9 перемещается в исходное положение, прижимаясь к задней коронке 10 с осевым поворотом (фиг.1). Оператор вновь увеличивает давление жидкости в рукаве до рабочего. Золотник 6 перемещается вперед, обжимая пружину 8. При этом шарики 9 попадают в короткие пазы 12 передней коронки 11 до упора, фиксируя золотник 6 в положении, показанном на фиг.3. В таком положении золотник 6 разобщает водоподводящее отверстие 2 с группой задних сопел 5. Рабочая жидкость, пройдя через водовод 7 золотника 6, подается к группам передних 3 и дополнительных 4 сопел, которые под действием давления жидкости формируют струи, передние из которых направлены вперед для размыва преграды, а дополнительные - направлены назад для удержания насадка у преграды за счет реактивных сил.
Условие баланса реактивных сил передней и дополнительной групп сопел можно представить уравнением Жуковского [Жуковский Н.Е. О реакции вытекающей и втекающей жидкости (Статья первая и вторая). Собрание сочинений, том III, М. - Л., 1949.] в виде:
2
1
2
2
1
1
2
1
1
2
1
2
1
1
2
2
2
R-R=ρVs cosα-ρVS cosα=0 или s cosα2-S cosα=0, где R и R - суммы реактивных сил струй по оси насадка соответственно передней и дополнительной групп сопел; ρ - плотность жидкости; V - средняя скорость струй при выходе из сопел, определяемая давлением жидкости перед соплами; s и s - суммы площадей выходных сечений соответственно передней и дополнительной групп сопел; α и α - углы наклона к оси насадка осей соответственно передней и дополнительной групп сопел.
тр
В реальных условиях при работе передних и дополнительных струй насадку помогают удерживаться на месте механические силы трения насадка и рукава высокого давления в трубе R, величина которых может достигать значения 0,3R, где R - суммарная реактивная сила по оси насадка струй задних сопел.
тр
2
Таким образом, по формуле R≤0,3R=0,3 ρVs cosα, где s - суммы площадей выходных сечений сопел задней группы, а α - углы наклона этих сопел к оси насадка, условием баланса реактивных и механических сил при работе групп передних и дополнительных сопел является соотношение сил
2
1
2
2
1
1
тр
2
2
2
0≤R-R=ρVscosα-ρVscosα≤R≤0,3R=0,3ρVscosα.
2
2
1
1
После преобразования имеем 0≤(s cos α-s cos α)/s cos α≤0,3.
При обеспечении такого баланса сил насадок удерживается непосредственно у препятствия, эффективно размывая его. Затем оператор повторяет сброс и подачу давления в рукаве, осуществляя реверс струй, и насадок устремляется вперед по трубопроводу, очищая его от загрязнений. После прохода насадка по очищаемому интервалу трубопровода оператор вытягивает насадок из трубопровода за рукав высокого давления. При этом струи задней группы сопел окончательно смывают загрязнения со стенок трубопровода и гидротранспортируют загрязнения к колодцу.
Каналопромывочный реверсивный насадок позволяет за счет реактивных сил струй передних и дополнительных сопел конструкции удерживаться у препятствия в канале и эффективно его размывать, используя полное давление жидкости, подводимой к насадку.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
1
В качестве примеров исполнения каналопромывочных реверсивных насадков можно представить два насадка. Первый - с минимальными усилиями трения насадка и рукава высокого давления по трубе. Он имеет девять задних сопел диаметрами 1,6 мм, наклоненных к оси насадка на углы α=15°. (Суммарная площадь этих сопел s=9 π1,6/4=18,1 мм. Произведение s cos α=18,1 cos 15°=17,5 мм). У насадка имеются пять передних сопел с диаметрами 1,6 мм, наклоненных к оси насадка на углы α=30° (Суммарная площадь этих сопел s=5 π1,6/4=10,1 мм. Произведение s cos α=10,1 cos 30°=8,7 мм) и четыре дополнительных сопла с диаметрами 1,6 мм, наклоненных к оси насадка на углы α=5° (Суммарная площадь этих сопел s=4 π1,6/4=8,0 мм. Произведение s1 cos α=8,0 cos 5°=8,0 мм).
2
2
1
1
Выполняется основное условие 0≤(s cos α-s cos α)/s cos α≤0,3, а именно, минимальное соотношение (8,7-8,0)/17,5=0,04≈0. При этом обеспечивается баланс реактивных сил передних и дополнительных струй и сил трения насадка с рукавом в трубе.
1
2
2
2
2
Кроме того, s=s+s=18,1 мм=8,0 мм+10,1 мм. Равенство суммарных площадей задних и передних сопел обеспечивает приемлемое равенство рабочих давлений при реверсе струй из задних и передних сопел насадка.
2
2
2
2
1
Второй пример насадка дан с учетом максимального использования сил трения для баланса реактивных сил струй. Он имеет десять задних сопел диаметром 1,9 мм с суммарной площадью s=28,4 мм и углами наклона α=25°, шесть передних сопел диаметром 1,9 мм суммарной площадью 17,0 мм и углами наклона α=0° и пять дополнительных сопел диаметром 1,7 мм суммарной площадью 11,4 мм и углами наклона α=30°.
1
2
2
2
1
1
2
2
2
Здесь также выполняется условие равенства площадей s=s+s=28,4 мм=11,4 мм+17,0 мм. Кроме того, основное условие 0≤(s cos α-s cos α)/s cos α≤0,3 выполняется при максимальном значении отношения (17,0-9,8)/25,7=0,28≈0,3.