УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОАБРАЗИВНОЙ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области очистки внутренней поверхности труб от консервирующей смазки, коррозии, различных отложений, остатков старых лакокрасочных антикоррозионных покрытий и т.д. в различных отраслях промышленности - нефтехимической, газовой, пищевой и т.д.
Известны устройства [патент РФ №2184002, МПК В08В 9/02, 5/00, опубл. 27.06.2002, БИ №18], [патент РФ №2282504, МПК В08В 9/032, В08В 5/00, опубл. 27.08.2006, Бюл. №24], которые содержат термогазогенератор и эжектор. В камеру сгорания термогазогенератора подаются углеводородное горючее и воздух. Продукты сгорания истекают через сопло и используются в эжекторе, расположенном на выходе сопла, в качестве рабочего тела для транспортировки абразива и разгона его частиц до высоких скоростей в камере смешения. Устройство с помощью штанги вводится внутрь трубы и совершает продольное перемещение, одновременно осуществляется вращение трубы с помощью привода. Высокоскоростная и высокотемпературная струя продуктов сгорания и частиц абразива воздействует на внутреннюю поверхность труб.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для очистки внутренней поверхности труб от отложений [патент РФ №2363569, МПК В24С 5/04, В08В 9/04 опубл. 10.08.2009 г., которое принято в качестве прототипа.
Устройство содержит термогазогенератор, включающий камеру сгорания, установленную с зазором относительно корпуса термогазогенератора, сопло для выхода высокотемпературного газа, патрубок подвода воздуха, сообщенный с зазором между корпусом термогазогенератора и камерой сгорания. На входе в камеру сгорания со стороны торцевой стенки термогазогенератора установлены топливная форсунка и элемент зажигания. Со стороны выхода сопла установлен эжектор с камерой смешения.
Эжектор имеет полый лоток для подачи абразива с поперечным сечением в форме полумесяца, расположенный вдоль корпуса термогазогенератора и охватывающий его. Вход лотка сопрягается с патрубком подачи абразива, расположенным со стороны торцевой стенки термогазогенератора, а выход подсоединен к эжектору, патрубок подвода воздуха также установлен с торцевой стороны термогазогенератора. Благодаря уменьшению поперечных габаритных размеров устройство позволяет расширить диапазон диаметров очищаемых труб в сторону уменьшения.
Данное устройство обеспечивает высокое качество очистки, при этом наименьшие диаметры очищаемых труб ограничены возможностью свободного расположения устройства внутри трубы, т.е. поперечными габаритными размерами устройства. Наибольший поперечный габаритный размер устройства определяются суммой следующих составляющих: поперечных размеров внутренней полости корпуса газогенератора и внутренней полости лотка эжектора, двух толщин стенки газогенератора и.двух толщин стенки лотка эжектора, а также неизбежного зазора между корпусом газогенератора и лотком эжектора.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в уменьшении поперечных габаритных размеров устройства путем исключения из числа его составляющих одной стенки и зазора между корпусом газогенератора и. лотком эжектора, что позволяет увеличить диапазон диаметров очищаемых труб в сторону уменьшения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для термоабразивной очистки внутренней поверхности труб от отложений, содержащем расположенные в корпусе камеру сгорания с отверстиями в стенке для подвода воздуха, форсункой горючего и свечей зажигания на входе, сопло для выхода продуктов сгорания, установленное на выходе камеры сгорания, смесительную камеру, установленную в торцевой стенке корпуса со стороны выхода сопла, при этом камера сгорания установлена в корпусе с образованием охватывающего ее по периметру канала, сообщенного с системой подачи воздуха, новым является то, что охватывающий камеру сгорания канал ограничен расположенной в области сопла герметичной перегородкой, образующей с торцевой стенкой корпуса полость, в которой расположены выход сопла и вход смесительной камеры, и которая сообщена с герметичным каналом, смежным с корпусом и выполненным заодно с ним с внешней его стороны и сообщенным с системой подачи абразива.
Сопло для выхода продуктов сгорания выполнено сверхзвуковым расширяющимся.
Сопло для выхода продуктов сгорания выполнено звуковым нерасширяющимся.
Сопло для выхода продуктов сгорания выполнено сужающимся. Выходная часть смесительной камеры выполнена в виде диффузора. Выход смесительной камеры выполнен с косым срезом. Сопло для выхода продуктов сгорания выполнено с косым срезом, а смесительная камера установлена под углом относительно продольной оси сопла с поворотом в сторону скошенной части среза сопла.
Сопло для выхода продуктов сгорания установлено под углом к продольной оси камеры сгорания.
Сопло для выхода продуктов сгорания выполнено изогнутым, с образованием криволинейного канала.
Смесительная камера выполнена изогнутой, с образованием криволинейного канала.
Со стороны передней части камеры сгорания расположена предкамера, в которой установлены форсунка горючего и свеча зажигания. Суть полезной модели поясняют фиг.1-8
На фиг.1 показаны продольный и поперечный разрезы устройства с соплом сверхзвуковым расширяющимся.
На фиг.2а - сопло суживающееся.
На фиг 2б - сопло звуковое нерасширяющееся.
На фиг.3 - сопло, установленное под углом к продольной оси камеры сгорания.
На фиг.4 - сопло, выполненное изогнутым, с образованием криволинейного канала.
На фиг.5 - смесительная камера, выполненная изогнутой, с, образованием криволинейного канала.
На фиг.6 - смесительная камера, выход которой выполнен в виде диффузора.
На фиг.7 - сопло, выполненное с косым срезом, и смесительная камера, выполненная с косым срезом.
На фиг.8 - предкамера, расположенная в передней части камеры сгорания и в которой установлены форсунка горючего и свеча зажигания.
Устройство имеет единый корпус 1. Смежно с ним с внешней его стороны выполнен герметичный канал 12. Канал 12 выполнен заодно с корпусом 1 и имеет общую с ним стенку 16. Таким образом, наибольший поперечный габаритный размер устройства определяются суммой следующих составляющих: поперечных размеров внутренней полости корпуса 1и внутренней полости герметичного канала 12, толщины стенки корпуса 1, толщины стенки 2 герметичного канала 12 и толщины общей стенки 16.
Миделевое сечение устройства примерно соответствует поперечному сечению внутренней поверхности очищаемой трубы, может иметь форму окружности (фиг.1в) или оваловидную (фиг.1б). В корпусе 1 в соответствии с его формой расположена камера сгорания 5 с образованием охватывающего ее по периметру канала 4, а на ее выходе - сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания. В торцевой стенке корпуса 1 со стороны выхода сопла 6 установлена смесительная камера 11. В передней части камеры сгорания 5 установлены форсунка горючего 9 и свеча зажигания 10. Для подвода воздуха в камеру сгорания 5 в ее стенке выполнены отверстия 7. Канал 4 сообщен с системой подачи воздуха с помощью патрубка 8 и ограничен расположенной в области сопла 6 герметичной перегородкой 3, образующей с торцевой стенкой корпуса 1 полость 14. В полости 14 с одной стороны расположен срез сопла 6, а с другой, на выходе сопла 6, расположен вход смесительной камеры 11. Вход смесительной камеры 11 установлен по направлению истекающей из сопла 6 струи высокотемпературных продуктов сгорания. Входная часть смесительной камеры 11 через полость 14 и канал 12 сообщена с системой подачи абразива с помощью патрубка 13.
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено сверхзвуковым расширяющимся. (Фиг.1)
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено звуковым нерасширяющимся. (Фиг.2б)
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено сужающимся. (Фиг.2а)
Выходная часть смесительной камеры 11 выполнена в виде диффузора. (Фиг.6)
Выход смесительной камеры 11 выполнен с косым срезом. (Фиг.7)
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено с косым срезом, а смесительная камера 11 установлена под углом относительно продольной оси сопла 6 с поворотом в сторону скошенной части среза сопла 6. (Фиг.7)
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания установлено под углом к продольной оси камеры сгорания. (Фиг.3)
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено изогнутым, с образованием криволинейного канала. (Фиг.4)
Смесительная камера 11 выполнена изогнутой, с образованием криволинейного канала. (Фиг.5)
Со стороны передней части камеры сгорания 5 расположена предкамера 15, в которой установлены форсунка горючего 9 и свеча зажигания 10. (Фиг.8)
Смесительная камера 11 устанавливается по направлению истекающей из сопла 6 струи высокотемпературных продуктов сгорания. При этом угол установки (или суммарный угол установки) смесительной камеры 11, полученный за счет выполнения сопла 6 с косым срезом, установки сопла 6 под углом к продольной оси камеры сгорания 5, выполнения сопла 6 изогнутой, выполнения смесительной камеры 11 изогнутой, ограничен внутренним диаметром очищаемой трубы (условием размещения устройства внутри очищаемой трубы).
Поперечное сечение устройства, выполненное в форме окружности (фиг.1в), наиболее близко соответствует сечению внутренней поверхности очищаемой трубы, но в этом случае камера сгорания 5 и сопло 6 оказываются более сложными в изготовлении. Оваловидное поперечное сечение устройства (фиг.1б) в меньшей степени соответствует сечению внутренней поверхности очищаемой трубы, но камера сгорания 5, сопло 6 оказываются более технологичными в изготовлении.
Устройство работает следующим образом. Устройство закрепляется на штанге, предназначенной для продольного перемещения его внутри очищаемой трубы. Патрубки 8, 13, форсунка горючего 9 подключаются к системам подачи соответственно воздуха, абразивного материала и горючего. Трубе придается вращательное движение, устройство вводится внутрь очищаемой трубы. В камеру сгорания 5 подается горючее через форсунку 9 и воздух через отверстия 7 в стенках камеры сгорания 5 в соотношении, обеспечивающем образование «богатой» горючей смеси, которая поджигается с помощью свечи зажигания 10. После воспламенения горючей смеси увеличивается подача воздуха, соотношение расходов горючего и воздуха устанавливается соответствующей рабочему режиму, устройство выводится на рабочий режим. Образовавшиеся в камере сгорания 5 высокотемпературные продукты сгорания разгоняются в сопле 6 и используются в смесительной камере 11 в качестве эжектирующего газа. Смесительная камера 11 установлена по направлению истекающей из сопла 6 струи продуктов сгорания. Возникающий эффект эжекции образует в полости 14 и в канале 12 разрежение. За счет этого осуществляется транспортировка абразива из бункера системы подачи абразива через канал 12 в полость 14, а из нее - в смесительную камеру 11. В смесительной камере 11 происходит смешение потока продуктов сгорания и абразива, при этом частицы абразива разгоняются до высоких скоростей. Поток смеси высокотемпературного и высокоскоростного газа и абразива направляется на очищаемую поверхность.
Для достижения высокого скоростного напора потока в камере сгорания 5 создается давление, обеспечивающее в его сопле 6 сверхкритический перепад давлений; При истечении из суживающегося, сопла 6 (фиг.2а), или звукового нерасширяющегося сопла 6 (фиг.2б), работающих на сверхкритическом перепаде давлений, струя продуктов сгорания, имеющая на срезе сопла 6 скорость звука, продолжает расширяться, скорость ее становиться сверхзвуковой, а площадь сечения - большей, чем площадь выходного сечения сопла 6. При истечении из сверхзвукового расширяющегося сопла 6 (фиг.1) струя имеет сверхзвуковую скорость.
Выходная часть смесительной камеры 11 выполнена в виде диффузора (фиг.6). При работе смесительной камеры 11 на критическом режиме на выходе смесительной камеры 11 достигается сверхзвуковая скорость потока, при расширении которого в выходной части смесительной камеры 11, выполненной в виде диффузора, скоростной напор потока увеличивается.
При использовании устройства для очистки внутренней поверхности труб малых диаметров, где устройство не может быть повернуто под углом к образующей трубы, а располагается вдоль трубы, поток смеси высокотемпературного и высокоскоростного газа и абразива воздействует на очищаемую поверхность под небольшим углом, практически касательно. Увеличение угла воздействия потока смеси газов и абразива на очищаемую поверхность обеспечивается следующим образом. Выход смесительной камеры 11 выполнен с косым срезом (фиг.7). При работе смесительной камеры 11 на критическом режиме на выходе смесительной камеры 11 достигается сверхзвуковая скорость потока,, при расширении которого в косом срезе выхода смесительной камеры 11 происходит поворот потока в сторону скошенной части косого среза, угол воздействия высокотемпературного и высокоскоростного потока продуктов сгорания и абразива на очищаемую внутреннюю поверхность трубы увеличивается.
Сопло 6 для выхода высокотемпературных продуктов сгорания выполнено с косым срезом (фиг.7), а смесительная камера 11 установлена - под углом относительно продольной оси сопла 6 с поворотом в сторону скошенной части среза сопла. В камере сгорания 5 создается давление, обеспечивающее в сопле 6 сверхкритический перепад давлений. При истечении из суживающегося сопла 6 с косым срезом, или звукового нерасширяющегося сопла 6 с косым срезом, работающих на сверхкритическом перепаде давлений, газ расширяется в косом срезе и приобретает сверхзвуковую скорость, и среднее направление струи отклоняется от оси сопла 6 в сторону скошенной части среза сопла 6. При истечении из сверхзвукового расширяющегося сопла 6 с косым срезом сверхзвуковая струя газа отклоняется от оси сопла 6 в сторону скошенной части среза сопла 6. Отклоненная сверхзвуковая струя продуктов сгорания истекает в качестве эжектирующего газа в смесительную камеру 11, установленную по оси отклоненной струи, и высокотемпературный и высокоскоростной поток смеси продуктов сгорания и абразива воздействует на очищаемую поверхность под углом.
Высокоскоростной и высокотемпературный поток смеси продуктов сгорания и абразива направляется под углом на очищаемую поверхность при установке сопла 6 под углом к продольной оси камеры сгорания 5 с поворотом к очищаемой поверхности (фиг.3), при выполнении сопла 6 изогнутым с образованием криволинейного канала с изгибом в сторону очищаемой поверхности (фиг.4), при выполнении смесительной камеры 11 изогнутой в сторону очищаемой поверхности (фиг.5). При этом суммарный возможный угол установки смесительной камеры 11, установленной по направлению истекающей из сопла 6 струи продуктов сгорания, ограничен, условием размещения устройства внутри очищаемой трубы.
Предкамера 15, (фиг.8) расположенная в передней части камеры сгорания 5, работает следующим образом. В камеру сгорания 5 газогенератора подаются горючее через форсунку 9, и воздух через отверстия 7. В полости предкамеры 15 создается более «богатая», чем в объеме основной камеры сгорания 5 горючая смесь, которая поджигается с помощью свечи зажигания 10. После этого происходит воспламенение смеси в основной камере сгорания.
При применении устройства в составе автоматизированных линий. очистки труб для повышения информативности возможна также установка датчика наличия пламени в камере сгорания, например термопары, со стороны передней стенки камеры сгорания.
В предлагаемом устройстве достигается уменьшение поперечных габаритных размеров за счет того, что устройство выполнено в едином корпусе и отсутствует отдельно выполненный эжектор, детали которого выступают за пределы корпуса устройства. Для доставки абразива к входу смесительной камеры предназначен герметичный канал, смежный с корпусом и выполненный заодно с ним с внешней его стороны.
Отсутствуют выполненные отдельно от корпуса магистрали, расположенные вдоль корпуса и огибающие его и предназначенные для транспортировки абразива. Свеча зажигания, форсунка горючего, датчик наличия пламени, патрубки для подключения к системам подачи воздуха, абразива расположены с передней торцевой стороны корпуса устройства в пределах его миделевого сечения.
Таким образом, предлагаемое устройство, предназначенное для очистки внутренних поверхностей труб от отложений, за счет уменьшения поперечных габаритных размеров увеличивает диапазон диаметров очищаемых труб в сторону уменьшения.