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 200 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  SU 520460 A, 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 импульс 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 SU 335015 A, 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 и, как следствие 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 одновременно изменении направления потока 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 содержит герметичный корпус и вал, вращающийся от мотор-редуктора, при этом, корпус установлен вертикально и содержит цилиндрическую обечайку, а также дно и крышку, между которыми соосно оси обечайки смонтирован в опорах подшипника вал, вращающийся в одном направлении от мотор-редуктора, размещенного на внешней стороне крышки, а на валу закреплены две симметричные лопасти и на дне имеется сливное отверстие, к которому подсоединен трубопровод слива, причем между внутренними стенками обечайки и наружными кромками лопастей имеется зазор, для уплотнения и регулировки которого по периметру каждой лопасти закреплены съемные уплотнения под углом 15° от передней плоскости каждой лопасти к задней в сторону, противоположную их вращению.
Кроме того, с внешней стороны корпуса на равном расстоянии по периметру и высоте установлены 4 взаимно перпендикулярных патрубка с фланцами, обеспечивающие за один оборот вала 4-х кратное изменение направление движения жидкости в промываемом изделии.
В частном случае, в крышке вал установлен через радиально-упорные подшипники качения и уплотнительное устройство, а на дне - через подшипник скольжения, с полостью которого совмещено сливное отверстие.
Герметичный корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, дна и крышки, является технологичной конструкцией, поэтому упрощается технология изготовления и ремонта пульсатора.
Две симметрично закрепленные лопасти на вертикальном валу, вращающемся от мотор-редуктора в одном направлении и 4 взаимно перпендикулярных патрубка с фланцами, установленные с внешней стороны на равном расстоянии на корпусе, обеспечивают за один оборот вала 4-кратное изменение направления движения жидкости в промываемом изделии.
Установка съемных уплотнений на лопастях под углом 15° от передней плоскости каждой лопасти к задней в сторону противоположную их вращению, позволяет защитить кромки уплотнений от задиров и интенсивного износа, тем самым увеличить рабочий моторесурс пульсатора.
Вертикальное положение вала, вращающегося от мотор-редуктора, позволяет установить его с сопрягаемой крышкой через радиально-упорные подшипники качения и уплотнительные устройства (например, фирмы НПО «Сфера» дистрибьютора «Aes Seal» EU), а с сопрягаемым дном - через подшипник скольжения, с полостью которого совмещено сливное отверстие и трубопровод слива. Таким образом, в 2 раза сокращается количество уплотнительных устройств, наличие которых значительно усложняет и удорожает конструкцию пульсатора. Уменьшение количества уплотнений также способствует увеличению моторесурса пульсатора.
В результате, предлагаемой группой изобретений решаются задачи по разработке высокопроизводительного надежного и недорогого пульсатора с возможностью регулирования периодических импульсов давления промывочной воды в широком диапазоне, при одновременном изменении направления потока только в полости промываемого изделия без изменения направления потока прямоточного промывочного стенда.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:
Фиг. 1. Общий вид пульсатора.
Фиг. 2. Вид сверху
Фиг. 3. Сечение А-А. Разрез пульсатора по уплотнению вала на крышке.
Фиг. 4. Сечение Б-Б. Разрез пульсатора по подшипнику скольжения вала на дне.
Фиг. 5. Вид В. Крепление уплотнения к лопасти.
Фиг. 6. Схема работы пульсатора и его подключения к прямоточному промывочному стенду и промываемому изделию.
Пульсатор с возможностью регулирования импульсов давления промывочной воды при одновременном изменении направления потока только в полости промываемого изделия, без изменения направления потока в прямоточном промывочном стенде состоит из следующих основных частей.
Пульсатор выполнен в виде герметичного корпуса 1, состоящего из цилиндрической обечайки 2, дна 3, крышки 4, патрубков 5 и фланцев 6. На крышке 4 размещен вертикально на радиально-упорных подшипниках качения 7 вал 8, соединенный муфтой 9, с мотор-редуктором 10. Между валом 8 и крышкой 4 установлено уплотнительное устройство 11, которое защищает радиально-упорные подшипники качения 7 от протечек при вращении или остановке вала 8 в корпусе 1 (фиг. 1-3).
На дне 3 установлен подшипник скольжения 12, в который вставлен нижний конец вала 8. На дне 3, в месте расположения подшипника скольжения 12, имеется сливное отверстие 13, трубопровод слива 14, запорный клапан 15 (фиг. 1-4).
На валу 8 симметрично закреплены две лопасти 16, которые установлены с зазором 17 по периметру каждой лопасти между внутренними стенками герметичного корпуса 1 и наружными кромками лопастей 18. Для уплотнения зазора 17 по периметру каждой лопасти 16 закреплены съемные уплотнения 19 (фиг. 4, 1, 2, 3).
Обечайка 2, дно 3, крышка 4 соединены между собой через уплотнительные прокладки 20 и крепежные шпильки 21 с гайками 22 в герметичный корпус 1. Фланцы 6 приварены к патрубкам 5, которые приварены к соответствующим торцам отверстий обечайки 2 (фиг. 1).
Пульсатор оснащен необходимой системой автоматики, коммутационным обеспечением и контрольно-измерительными приборами (КИП). Все органы управления выведены на пульт управления (На графических фигурах не показаны).
Пульсатор работает следующим образом.
Перед началом работы пульсатор 28 подключается к прямоточному промывочному стенду 23, состоящему из насоса 24, бака расходного 25, промывочной камеры 26, в которой находится промываемое изделие 27.
Четыре патрубка 5 через фланцы 6 подключают к промываемому изделию 27 в промывочной камере 26 и промывочному стенду 23 по следующей схеме (фиг.6):
- пульсатор 28 - промывочный стенд 23 (с насосом 24);
- пульсатор 28 - промываемое изделие 27 (с камерой промывки 26);
- пульсатор 28 - промывочный стенд 23 (с расходным баком 25);
- пульсатор 28 - промываемое изделие 27 (с камерой промывки 26).
Затем, заполняют промывочной водой всю систему, состоящую из пульсатора 28, промывочного стенда 23 и промываемого изделия 27 вместе с промывочной камерой 26.
После этого оператор с помощью системы автоматики (СА) управления работой пульсатора 28 включает один из запрограммированных режимов промывки. Режим промывки - это определенное сочетание последовательных пусков-остановок, а также изменений числа оборотов мотор-редуктора 10, что приводит к изменению давления и направления потока промывочной воды в промываемом изделии 27 через заданные промежутки времени.
Мотор-редуктор 10, управляемый СА, вращает вал 8, с лопастями 16 только в одном направлении (фиг. 5).
При вращении лопастей 16 непрерывно меняются проходные сечения потоков промывочной воды во всех патрубках 5 пульсатора, следовательно, происходит непрерывное изменение давления в этих потоках.
При повороте лопастей 16 из положения I в положения II→III (фиг. 6-а, 6-б) и далее в положения IV→V→VI (фиг. 6-в, 6-г) происходит изменение направлений потока воды в промываемом изделии 27, то есть за 0,5 оборота лопастей 16 направление потока воды в изделии 27 и камере промывки 26 меняется 2 раза, а за 1 полный оборот лопастей 16 направление потока меняется 4 раза.
Для уплотнения зазора 17 и устранения протечек промывочной воды на наружной кромке 18 к каждой лопасти 16, закреплены съемные уплотнения 19 (например, фторопластовые, фиг. 5).
Мотор-редуктор 10 состоит из асинхронного электродвигателя, собранного с редуктором. Электродвигатель оборудован датчиком числа оборотов и преобразователем частоты для возможности регулировки числа оборотов выходного вала редуктора с помощью СА по специально разработанной программе промывки промываемого изделия 27.
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 энергозатрат, за счет регулирования импульса промывочной воды в широком диапазоне без остановки привода промывочного стенда и совмещения двух методов промывки изделий - создания периодических импульсов давления и изменения направления потока промывочной воды.
Предлагаемое изобретение позволяет осуществить адаптацию пульсатора без ущерба инфраструктуры в существующие прямоточные промывочные стенды.