УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Полезная модель относится к очистке внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений и отложений с использованием метода пневмогидравлического удара. Полезная модель может быть использована в коммунальном хозяйстве для очистки и прочистки забившихся и засорившихся канализационных труб, радиаторов центрального отопления и стояков, автономных систем теплоснабжения.
Образование загрязнений в системе отопления приводит к значительным потерям теплоотдачи носителя. Это в свою очередь увеличивает расход тепла и стоимость затрат на поддержание необходимой температуры в отапливаемых помещениях.
Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода от загрязнений с использованием пнемо-гидроудара [патент США, №1998902, "Air pressure flushing gun"].
Устройство содержит ручной насос, имеющий цилиндрический корпус, внутри которого установлен поршень, который через шток соединен с рукояткой. Корпус насоса смонтирован внутри цилиндрического баллона для накопления сжатого воздуха (ресивер или воздухосборник). На корпусе баллона установлен манометр, измеряющий давление в баллоне. Внутри баллона смонтирована выходная трубка, нижний конец которой через фланец выходит наружу в нижней части баллона. Нижний конец снабжен адаптером, позволяющим подсоединиться к трубопроводу разного диаметра. На верхнем конце выходной трубки смонтирован клапанно-спусковой механизм, подпружиненная ручка управления которого выходит наружу в верхней части баллона, рядом с рукояткой насоса.
Вручную насосом создают внутри баллона необходимое давление 5-8 атм. Далее устройство с помощью адаптера подключают к трубопроводу. Нажатием на ручку управления открывают клапанно-спусковой механизм. Воздух, выходя из баллона, резко ударяет по столбу воды в заблокированном трубопроводе. Кинетическая ударная волна распространяется по столбу воды в трубе на 98% продольно и только 2% воздействует на боковые стенки, при этом она быстро удаляет засоры и пробки и вымывает частицы загрязнений. Эффективная длина прочищаемого участка от пневмо-гидроудара составляет 50÷60 м не зависимо от конфигурации трубопроводов и элементов системы.
Недостатком данного устройства является то, что его конструкция не позволяет сформировать серию пневмоимпульсов. Запасенной энергии сжатого воздуха хватает максимум на два импульса. Причем второй импульс значительно слабее первого. Так как удаление отложений обусловлено в основном перепадом давления на поверхности трубопровода, которое создается передним и задним фронтами бегущей ударной волны, то эффективность очистки трубопровода данным устройством низкая.
Устройство не снабжено средством контроля степени очистки. Качество очистки контролируется косвенно по визуальной оценке чистоты сливаемой воды и количеству вымываемых при этом отложений. С большой вероятностью возникает необходимость повторного заполнения системы трубопровода рабочей жидкостью и повторной прочистки. При этом значительно возрастает время, необходимое для очистки трубопровода.
Кроме того, на боковые отложения воздействует незначительная часть, от запасенной и затраченной энергии.
Таким образом, устройство неэффективно расходует запасенную в баллоне энергию и неэффективно тратит рабочее время на промежуточные и вспомогательные операции, что снижает эффективность очистки.
Известно устройство для пневмо-гидравлической очистки труб [патент США, №4063317, "Hydro-pneumatic pipe, tube and drain cleaner"].
Устройство содержит компрессор, который соединен с входным воздушным каналом ресивера (воздухосборник). Входной канал ресивера снабжен входным клапаном, для ручной регулировки давления в ресивере и односторонним клапаном, для устранения утечки воздуха из ресивера во входной воздушный канал. Выходной канал ресивера снабжен выходным управляемым клапаном, для ручного механического управления выходным воздушным потоком (длительность пневмоимпульса, число пневмоимпульсов). Выходной канал снабжен также манометром, для измерения давления. Компрессор и ресивер, с входным и выходными каналами, снабженными средствами измерения давления и средствами ручного управления входными и выходными воздушными потока представляют собой пневматическую пушку. Выходной клапан соединен с гидрокоммутатором, выполненным в виде тройника, содержащего входной патрубок, выходной патрубок и патрубок для заливки жидкости и слива жидкости, который снабжен запорным вентилем. На конце выходного патрубка закреплен адаптер для подсоединения к трубопроводу с различным, диаметром.
Устройство с помощью адаптера подсоединяют к трубопроводу. Открывают запорный вентиль и в систему трубопровода заливают рабочую жидкость. Затем запорный вентиль закрывают. Открывают входной пневмоклапан и закачивают в ресивер необходимое количество воздуха с достаточным давлением. Затем, резко открывают выходной управляемый клапан и формируют ударные пневмоимпульсы в рабочую жидкость, заполняющую трубопровод. Создаваемая при этом ударная гидроволна распространяется по трубопроводу удаляет как засоры, так и отложения на стенках трубопровода.
Недостатком устройства является низкая эффективность и большое время очистки трубопровода. Как известно, максимальное очищающее воздействие на стенки трубопровода приходится в момент прохода переднего и заднего фронта ударной волны. Причем, чем круче фронты, тем сильнее очищающее воздействие. С помощью ручного рычажного управления выходным клапаном невозможно создать пневмоимпульсы с крутыми фронтами, что обуславливает низкую эффективность очистки. Невозможно также точно выдержать режим очистки, т.е. обеспечить необходимое количество пневмоимпульсов, их длительность и скважность.
Кроме того, на боковые отложения воздействует незначительная часть, от запасенной и затраченной энергии.
Устройство не содержит средств диагностики степени очистки. Качество очистки контролируется визуально по чистоте сливаемой воды и количеству вымываемых при этом отложений. С большой вероятностью возникает необходимость повторного заполнения системы трубопровода жидкостью и повторной прочистки. При этом значительно возрастает время, необходимое для эффективной очистки трубопровода.
Наиболее близким по конструктивному исполнению и технической сущности к заявляемому является устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений [патент, РФ №2179082]. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений, содержит источник сжатого воздуха (пневмотаран), который через гидрокоммутатор (гидроблок), выполненный в виде креста и адаптер (фланцевая гайка с переходником) соединяется с трубопроводом (системой отопления). Гидрокоммутатор включает четыре патрубка. Входной и выходной патрубок образуют рабочий канал. Патрубок для заливки соединен с емкостью для заливки жидкости. Сливной патрубок соединен со сливной емкостью. Входной патрубок, патрубок для заливки и сливной патрубок снабжены запорными вентилями. Открытым может быть только один из запорных вентилей, два других при этом должны быть закрыты.
Цикл очистки включает подключение устройства к очищаемому трубопроводу, заливку рабочей жидкости в систему трубопровода, рабочий режим, осуществляемый пневмо-гидроударом и слив рабочей жидкости.
Устройство посредством адаптера подключают к трубопроводу. Открывают запорный вентиль патрубка для заливки и создают соединение: емкость с рабочей жидкостью - трубопровод. Заполняют систему трубопровода рабочей жидкостью.
Открывают входной вентиль входного патрубка и создают соединение: источник сжатого воздуха - трубопровод. Источник сжатого воздуха резкой подачей под большим давлением импульсов сжатого воздуха генерирует ударные пневмоимпульсы в рабочую жидкость, заполняющую очищаемый трубопровод. Кинетическая энергия ударной гидроволны, распространяется по столбу воды в трубопроводе. Часть энергии расходуется на удаление засоров при продольном распространении гидроволны, а часть воздействует на отложения на внутренних боковых стенках. Основное воздействие на отложения осуществляется передним и задним фронтом импульса ударной гидроволны.
После очистки осуществляют слив рабочей жидкости и удаленных от стенок отложения через гидрокоммутатор, в котором открывают сливной клапан.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки, так как: во-первых, устройство не снабжено средством диагностики и контроля толщины отложений и остаточной толщины металлической стенки трубопровода, что не позволяет выбрать оптимальный режим очистки (максимальное давление в трубопроводе при пневмо-гидроударе, количество и длительность пневмоимпульсов); - во-вторых, степень очистки контролируется визуально по чистоте сливаемой воды и количеству вымываемых при этом отложений. При таком контроле с большой вероятностью возникнет необходимость повторного заполнения системы трубопровода рабочей жидкостью и повторной очистке. Либо следует осуществлять очистку с избыточным (заведомо достаточным) числом пневмоимпульсов. В обоих случаях значительно возрастает время, необходимое для эффективной очистки трубопровода.
Задача полезной модели - повышение эффективности процесса очистки за счет увеличения энергии затрачиваемой непосредственно на очистку от общей энергии, запасенной в ресивере и сокращения времени очистки за счет устранения некоторых вспомогательных операций, что обеспечивается выбором оптимального режима очистки с учетом измерений толщины отложений на внутренней стенке трубопровода и остаточной толщины металлической стенки трубопровода.
Указанная задача достигается тем, в устройстве для очистки внутренней поверхности трубопровода от загрязнений, содержащем источник сжатого воздуха, который через входной и выходной патрубки крестообразного гидрокоммутатора и адаптер, соединен с трубопроводом, образуя при этом рабочий канал, патрубок для заливки соединен с емкостью с рабочей жидкостью, сливной патрубок соединен со сливной емкостью, причем входной патрубок, патрубок для заливки и сливной патрубок снабжены запорными вентилями, согласно полезной модели источник сжатого воздуха выполнен управляемым, в рабочем канале перед гидрокоммутатором установлена насадка-сопло, а после гидрокоммутатора установлен датчик давления, на поверхности трубопровода установлен датчик-толщиномер.
Кроме того, устройство снабжено дисплеем, информационные входы которого дистанционно соединены с информационными выходами датчика давления и датчика-толщиномера.
Установка в рабочем канале насадки-сопла позволило сформировать вогнутый/выпуклый фронт ударной пневмогидроволны, что увеличило долю энергии, расходуемую на удаление отложений на боковых стенках трубопровода на 6-8%.
Установка на поверхности трубопровода датчика-толщиномера позволяет оценить техническое состояние трубопровода за счет измерения толщины отложений на внутренней стенке трубопровода и остаточной толщины металлической стенки трубопровода. Эта информация обеспечивает выбор оптимального режима очистки и сокращает время рабочего режима очистки. Кроме того, текущие и контрольные замеры устраняют вспомогательные операции и дополнительно сокращают время полного цикла очистки.
Дополнительным преимуществом заявляемого устройства является то, что очистку можно проводить при работающей отопительной системе или системах ХВС и ГВС. Информация с датчика давления и датчика-толщиномера позволяет оператору выбрать необходимо приращение давления ΔР над существующим давлением в рабочей системе. Причем приращение давления ΔР, которое определяет силу гидроудара, выбирается исходя из состояния стенок трубопровода, толщины отложений и величины давления в рабочей системе.
Устройство дает большой экономический эффект. Известно, что накипь обладает в 200-300 раз худшей проводимостью тепла, чем металл. При больших загрязнениях теплоноситель - горячая вода, перестает эффективно отдавать тепло в окружающую среду. Слой накипи толщиной в 1 мм влечет за собой увеличение расхода топлива на 2,5%, а толщиной 4 мм - на 7,5%, что соответствует перерасходу мазута в котельных на 770 кг/сутки.
Очистка системы отопления, водоснабжения в 8-10 раз дешевле, чем замена труб, а эффект от очистки сравним с заменой на новые трубы, так как очистка производится до металла. Используемая устройством технология позволяет производить очистку посекционно, без разбора очищаемых труб, радиаторов, теплообменников и при действующей системе.
Сущность устройства для очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена блок схема устройства;
на фиг.2 дана блок схема управляемого источника сжатого воздуха (пневмопушка).
Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода содержит (фиг.1) управляемый источник 1 сжатого воздуха (пневмопушка), который через сменную насадку (сопло) 2, гидрокоммутатор 3 и адаптер 4 соединен с трубопроводом 5 (батареей центрального отопления). Гидрокоммутатор 3 представляет собой крестовину, содержащую четыре патрубка 6, 7, 8 и 9. На концах патрубков 6, 8 и 9 установлены запорные вентили соответственно 10, 11 и 12. Открытым может быть только один из запорных вентилей, два других при этом должны быть закрыты. Запорный вентиль 10, патрубки 6 и 7 образуют рабочий канал гидрокоммутатора 3. Запорный вентиль 11 и патрубок 8 образуют канал заливки рабочей жидкости в систему трубопровода 5. Запорный вентиль 12 и патрубок 9 образуют канал слива рабочей жидкости из системы трубопровода 5.. В рабочем канале установлен датчик давления 13, а на поверхности трубопровода 5 установлен датчик-толщиномер 14. Выходы датчика 13 давления и датчика-толщиномера 14 дистанционно электрически соединены с переносным дисплеем 15.
Управляемый источник 1 сжатого воздуха (может быть выполнен на базе пневмопушки “Storm”, предназначенной для хранения сжатого воздуха и последующего его освобождения в очень короткий временной интервал) содержит (фиг.2) компрессор 16, который через возвратный клапан 17 подключен к ресиверу 18, выход которого через быстродействующий пневматический клапан 19 большого проходного сечения с электромагнитным приводом, соединен с выходом источника 1 сжатого воздуха. Ресивер 18 снабжен датчиком 20 давления, выход которого электрически соединен с информационным входом регулятора 21. Управляющий выход регулятора 21 соединен с управляющим входом компрессора 16. Управляемый вход быстродействующего пневматического клапана 19 является управляющим входом 22 управляемого источника 1 сжатого воздуха.
Сменная насадка-сопло 2 содержит внутренний канал с переменным по его длине сечением, внутри которого установлены вставки. Переменное сечение и вставки создают разные по скорости движения слои воздушного потока, в результате чего на выходе сопла 2 создается вогнутый или выпуклый фронт волны. Такой фронт волны создает пневмо-гидроудар, в котором энергия, воздействующая на боковые отложения на внутренней поверхности трубопровода, возрастает на 6-8%
Устройство работает следующим образом.
Полный цикл очистки трубопровода и восстановления системы отопления содержит несколько операций. Управляя запорными вентилями 10, 11 и 12 последовательно формируют необходимый канал (контур) для полного цикла очистки: слив воды из трубопровода 5 (системы отопления), заполнение системы трубопровода 5 рабочей жидкостью (холодной или горячей водой), рабочий режим, включающий ударное воздействие сжатым воздухом, слив загрязнений в емкость (или в дренаж) через сливной патрубок 9 и клапан 12.
Устройство для очистки (фиг.1) подсоединяют через адаптер 4 к трубопроводу 5, сливному коллектору (на чертеже не показан) и к емкости с рабочей жидкостью (на чертеже не показана). Закрывают вентили 10 и 12 соответственно на патрубках 6 и 9, получая тем самым канал заливки: рабочая жидкость - трубопровод 5. Заполняют всю систему трубопровода 5 рабочей жидкостью - горячей или холодной водой. Закрывают вентиль 11 на патрубке 8 и открывают вентиль 10 на патрубке 6, получая тем самым рабочий канал: управляемый источник 1 сжатого воздуха - трубопровод 5.
Закрепляют датчик-толщиномер 14 к внешней поверхности трубопровода 5. В качестве датчика-толщиномера 14 может быть использован ультразвуковой толщиномер 38DL фирмы Plus Olympus с датчиками М2017 или М2091. Прибор использует прогрессивные алгоритмы измерения толщины слоя оксида/накипи на внутренней поверхности бойлерных труб. Одновременно прибор измеряет остаточную толщину металла бойлерной трубы или трубопровода. Прибор может передавать измеренную информацию по встроенному цифровому или аналоговому интерфейсу, а также дистанционно по высокочастотному каналу. На основании величины остаточной толщины металла трубопровода 5 и толщины слоя оксида/накипи на внутренней поверхности трубопровода 5 оператор может оценить состояние трубопровода 5 и выбрать режимы очистки: максимальную величину давления ΔР, длительность импульса, необходимое количество импульсов для полного цикла очистки. Ориентировочно опытные данные показывают, что каждый импульс ΔР=6÷7 атмосфер снимает 0,4÷0,5 мм отложений. Увеличение давления до ΔР=8÷10 атмосфер снимает 0,5÷0,9 мм отложений.
На основе выбранного алгоритма и режимов оператор воздействует на управляющий вход 22 управляемого источника 1 сжатого воздуха. Включается электромагнитный привод (на чертеже не показан) и быстродействующий пневматический клапан 19 с широким сечением открывается (срабатывает ударно-спусковой механизм).
В зависимости от рабочего давления, остаточной толщины металла и степени отложений в трубопроводе формируется соответствующий рабочий цикл пневмо-гидравлических ударов. Короткий импульс сжатого воздуха выстреливается в трубу, где порождает кинетическую волну, распространяющуюся по трубам со скоростью около 1500 м/с. Кинетическая ударная волна распространяется по столбу воды в трубе продольно и удаляет как засоры и пробки, так и слой оксида/накипи и отложений на внутренней поверхности трубопровода. Эффективная длина ударного воздействия составляет 50÷60 метров не зависимо от конфигурации трубопровода. Датчик 13 давления в рабочем канале позволяет отслеживать характеристики ударного воздействия и текущее давление в системе.
После окончания рабочего режима цикла очистки могут быть произведены контрольные измерения толщины слоя оксида/накипи на внутренней поверхности бойлерных труб и остаточной толщины металла бойлерной трубы или трубопровода 5. Это даст информацию об эффективности проведенной очистки. При необходимости рабочий режим цикла очистки, может быть осуществлен повторно, без замены рабочей жидкости в системе трубопровода, и с другими характеристиками ударного воздействия.
Для удобства и оперативности получения измеряемой информации введен дисплей 15, который по каналу связи соединен с датчиком 13 давления и датчиком-толщиномером 14.
Затем вентиль 9 на патрубке 5 закрывают, вентиль 11 сливного патрубка 6 открывают, при этом формируется сливной канал трубопровод 5 - емкость для слива или дренаж. Загрязнения сливают.