УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к вспомогательным устройствам для погрузочно-разгрузочных работ, а именно к устройствам для ускорения разгрузки емкостей с затвердевающими материалами, для зачистки отложений на различных поверхностях, в том числе в топках котлов.
Также данное устройство может применяться в размывочных, разгрузочных, зачистных, горнодобывающих, намывных строительных и других работах, в орошении, а также в пожаротушении внутри недоступных для человека помещений.
Известно устройство по авторскому свидетельству СССР №996286, В65D 88/74, 1983 г. для подачи текучей среды по двум коническим поверхностям с горизонтальной осью за счет вращения от реактивных сил ротора с наклонными к оси вращения соплами. Устройство вводится на жестком трубопроводе в люк емкости. Недостаток данной конструкции - трудность погружения в затвердевший продукт, выброс продукта в люк емкости вдоль разогретой поверхности вертикального трубопровода, особенно вначале, ограниченные количество направлений подачи струй и дальность их действия, перерасход энергии.
Известны также устройства, содержащие пару расположенных на роторе с горизонтальной осью сопл, вращающихся от давления текучей среды и поворачивающих ротор через зубчатую передачу вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью подающего текучую среду вертикального трубопровода [http://www.nipom.ru/files/smi/2_oil_gas_3_2006.pdf]. Такие машинки широко применяются для промывки транспортных и других емкостей, поскольку в автоматическом режиме последовательно шаг за шагом омывают теоретически всю сферу вокруг себя. Недостаток этих устройств - нерациональное использование энергии, когда нет необходимости омывать все вокруг. Кроме того, если вначале продукт твердый, возникает проблема даже начать процесс. Реально машинки используют только для зачистки моющей жидкостью, когда емкость освобождена от продукта.
Известно устройство для размыва затвердевающих продуктов в емкости, свидетельство на полезную модель RU №24456, опубликовано 10.08.2002 г., которое содержит трубопровод, на выходном вертикальном конце его закреплена подвижная головка с несколькими разнонаправленными соплами, вращающаяся вокруг вертикальной оси от реактивных сил вытекающих струй, обеспечивая автоматическую подачу жидкости вдоль горизонтальной плоскости и конических поверхностей. Недостатками этого устройства являются также трудность погружения в затвердевший продукт, выброс продукта и пара в люк полной емкости, особенно в начале процесса разогрева, слабое воздействие затопленных струй на самые удаленные от сопл или не находящиеся на направлениях струй участки емкости, а следовательно, перерасход энергии и времени.
Наиболее близким по достигаемому результату является устройство по авторскому свидетельству СССР №1373637, опубликовано 15.02.1998 г., состоящее из вертикальной трубы, образующей с помощью тройника и патрубков Т-образную штангу, к которой прикреплены парораспределители с закрывающими элементами и муфтой. В последнюю ввернута откидная труба с соплами, которая с помощью тяг связана с надетой на штангу трубой с ручкой. На трубе в кронштейне установлен с возможностью поворота захват с рукояткой. На конце трубы имеется штуцер. Недостатками такого устройства являются сложность и громоздкость, трудность погружения в затвердевший продукт вначале, ограниченность направлений подачи струй, перерасход времени и энергии.
Задача полезной модели - создание устройства простого по конструкции и позволяющего повысить эффективность процесса размыва за счет автоматического перемещения сопл, подающих рабочую текучую среду в оптимальные для данной емкости зоны, снизить время и трудоемкость установки устройства в рабочее положение, исключить выброс продукта из люка емкости, ускорить выход на рабочий режим.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемой полезной модели, содержащей трубу, по меньшей мере одно сопло, кронштейн и дополнительные звенья: входное, по меньшей мере одно промежуточное и выходное, которые соединены между собой шарнирами, снабженными вставками, а труба изготовлена из гибкого и упругого материала и размещена внутри звеньев, причем сопло или несколько сопл жестко связаны с выходным концом трубы и выходным звеном, а кронштейн шарнирно связан с входным звеном.
Сущность полезной модели состоит в том, чтобы использовать реактивную силу струи текучей среды из сопл для перемещения этих сопл по оптимальным направлениям для конкретной задачи за счет предсказуемой деформации гибкого подающего трубопровода. Например, для размыва и ускоренного слива затвердевшего материала наподобие мазута из железнодорожной цистерны сопло, вставляемое через верхнюю горловину и выдающее нагретую размывающую струю, в идеале должно само курсировать от одного торца цистерны вдоль ее нижней поверхности до другого торца и обратно (именно в этих зонах наибольшее количество отложений), пока весь материал не станет расплавленным. При размыве распределенного по плоскому дну цилиндрического или другой формы резервуара затвердевшего осадка в условиях весьма ограниченного количества отверстий для ввода размывающих сопл также необходимо для качественной зачистки, чтобы эти сопла (в количестве от одного до нескольких штук) в автоматическом режиме двигались параллельно дну и охватили воздействием интенсивных струй максимальную его площадь.
На фиг.1 показан общий вид полезной модели; на фиг.2 показана схема траекторий при работе предлагаемого устройства в цистерне с затвердевшим продуктом; фиг.3 изображена емкость в разрезе вертикальной плоскостью и устройство внутри емкости в общем виде, а также схема его движения в плоскости чертежа при мойке стен и дна емкости, которая может быть в плане круглой или прямоугольной; при этом круговой стрелкой показано, что плоскость движения устройства может поворачиваться вокруг вертикальной оси; на фиг.4 показан разрез цилиндрического резервуара горизонтальной плоскостью и схема движения одного из двух устройств по дну резервуара при размыве придонных отложений; на фиг.5 показано устройство в виде гидромонитора для направления струи в пределах сектора на плоскости или в пределах конуса в пространстве.
Устройство (фиг.1) содержит сопло 1, жестко закрепленное на выходном звене 2, которое шарнирно связано с промежуточным звеном 3. Промежуточных звеньев 3 может быть одно или несколько, на фиг.1 изображено три. Входное звено 4 одним концом связано шарнирно с промежуточным звеном 3, другим концом - с кронштейном 5. Взаимный поворот звеньев ограничивается вставками 6, закрепленными на осях шарниров 7. Рабочая среда подается по трубе 8, проходящей внутри звеньев к соплу 1.
Устройство в данном случае работает следующим образом. По затвердевшей поверхности продукта звенья последовательно от выходного звена 2 с соплом 1 до входного звена 4 легко продвигаются от горловины в сторону левого торца цистерны 9, как схематично показано на фиг.2, положение п.1. Если продукт твердый, подача рабочей среды, например водяного пара, в сопло 1 сначала невелика и нужна лишь для разогрева звеньев, создания небольшого жидкого объема вокруг них и сопла 1, продвижения в позицию п.1, после чего кронштейн 5 крепят на горловине цистерны ее штатным крепежом (на фигуре не показано). Расход пара выбирают по инструкции по эксплуатации, исходя из того, чтобы устройство за короткое время проплавило часть продукта и погрузилось в положение п.3, при этом сила реакции струи достаточна лишь для колебаний выходного звена 2 и соседнего с ним. Начало разогрева проходит вдали от горловины цистерны и не вызывает выброса продукта из нее, что является существенным положительным результатом по сравнению с аналогами.
Прогрев зоны вокруг выходного звена 2 приводит к тому, что пар захватывает жидкость и прокачивает ее через сопло 1, реактивная сила R от струи расплавленного продукта из сопла 1 поднимает последние звенья 2 и 3 между нижним п.3 и верхним п.6 положениями. В момент выхода сопла 1 в воздух над поверхностью продукта струя жидкости прерывается, возникает сильный звук паровой струи. Это служит сигналом для оператора об окончании первого этапа и необходимости доведения давления (и расхода) пара до номинального. В тот же период времени ближние к горловине звенья: входное 4 и два промежуточных 3, находящиеся в более вязкой жидкости, постепенно силой тяжести погружаются в глубину и как бы провисают (положения п.5 и п.6 на фиг.5). Этому способствуют периодические колебания звеньев 2 и 3 между положениями п.3 и п.6 с резким уменьшением реактивной силы в момент выхода сопла 1 в воздух над поверхностью жидкости и стремление упругой трубы 8 распрямиться в зоне соединения звеньев 4 и 3.
В положении п.6 форма устройства временно фиксируется благодаря вставкам 6, ограничивающим взаимный поворот звеньев, реактивная сила R, увеличившаяся при достижении номинального расхода текучей среды, создает момент вращения всего устройства вокруг оси 10 на кронштейне 5 в зоне горловины, и оно проходит положения п.6, п.7 и п.8 без изменения формы, проплавляя плоский проход в середине цистерны горячими звеньями 2, 3, 4 и струей горячего продукта из сопла 1. Достигнув днища, сопло 1 скользит по нему, и выходное звено 2 в целом поворачивается относительно соседнего звена 3 - положение п.9. Проделав проход в правой половине цистерны (положения п.10 - п.14), устройство сперва вытягивается, упираясь звеньями в верхнюю поверхность цистерны, затем прогибается в обратную сторону от силы тяжести звеньев 3-4 и начинает поворачиваться налево (положения п.15 - п.17). В левой половине оно повторяет симметрично те же движения, что и справа, и так действует автоматически до полного размыва твердых фракций на торцах и днище, перемешивая и прогревая весь продукт до необходимой температуры, что можно контролировать снаружи пирометром.
После этого расход пара снижается до минимального, продукт сливается из клапана цистерны, и стенки внутри цистерны кратковременно пропариваются через ставшее неподвижным устройство.
Прекратив подачу пара, кронштейн 5 отвинчивают от горловины, а устройство с помощью лебедки (это штатное изделие на фиг.2 не показано) вынимают за кронштейн из цистерны и переводят в нерабочее положение.
Устройство в виде гидромонитора для направления струи текучей среды в пределах остроугольного сектора на плоскости или в пределах конуса - в пространстве - работает следующим образом (фиг.5). Текучая среда подается с определенным давлением на входное звено 4, жестко соединенное с корпусом 11. По упругой трубе 8, находящейся в положении п.1, текучая среда поступает в ускоряющее сопло 1. Возникающая реактивная сила сжимает трубу 8 по оси, вследствие чего она теряет устойчивость. От изгиба трубы 8 реактивная сила меняет направление и стремится увеличить прогиб, пока труба 8 не столкнется со стенкой корпуса 11 (положения п.2 или п.3). Любое из этих положений неустойчиво, поскольку линия приложения реактивной силы изгибает трубу 8 уже в противоположном направлении. Таким образом, во все время подачи текучей среды сопло 1 будет автоматически совершать колебания в пределах, ограниченных плоским или конусовидным корпусом 11, омывая заданную область.
Таким образом, благодаря отличительным признакам устройства достигаются задачи полезной модели: снижение времени и трудоемкости установки устройства в рабочее положение и самого технологического процесса, исключение разбрызгивания продукта через горловину, подача текучей среды во все заданные зоны в автоматическом режиме и вследствие этого ускорение размыва и перемешивания продукта, либо другой технологический и экономический эффект в зависимости от назначения устройства.