КОРПУС МОДУЛЯ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ АППАРАТУРЫ

Область техники
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована при обследовании внутренней поверхности дымовых труб без остановки технологического процесса.
Предшествующий уровень техники
Известен модуль для размещения исследовательской аппаратуры, содержащей корпус в виде кожуха с полусферической и цилиндрической формы с элементами крепления к поддерживающему устройству(см. патент на изобретение России №2010027 кл. G12B 9/10, 1991 г.)
Также известен корпус модуля для размещения исследовательской аппаратуры, выполненный в виде кожуха с головной полусферической частью и цилиндрической частью, на боковой которой укреплены плоские кольцевые элементы, а в хвостовой части размещены элементы крепления троса для соединения с поддерживающим устройством (см. журнал "Конверсия в машиностроении", №1, 2002 г., Москва, "Информ-конверсия", стр.60-67, Диагностический комплекс "Сканлайнер" для обследования футеровки дымовых труб без остановки технологических процессов")
Наиболее близким техническим решением является техническое решение по патенту РФ №2256241 (кл. G12B 9/10, 2003 г.), принятое за прототип, в котором корпус модуля для размещения исследовательской аппаратуры выполнен в виде кожуха полусферической и цилиндрической формы с элементами крепления к поддерживающему устройству, а на цилиндрической боковой части установлено не менее двух дисков, причем первый наибольший диск диаметром (4-6)d (где d - диаметр цилиндрической части), закреплен на расстоянии (0,3-0,92)d от переднего торца цилиндрической части корпуса. Последовательно за этим диском на расстоянии (1,4-1,6)d закрепляется второй диск диаметром (2,8-3,2)d. Если длина цилиндрической части небольшая, то достаточно двух дисков. При большой длине этой части устанавливается на таком же расстоянии третий диск уже меньшего диаметра.
В донной области цилиндрической части размещена система развертки лазерного луча, а в полусферической части система приема лазерного луча. Для повышения чувствительности измерительной системы длина цилиндрической части, определяющая расстояние между источником и приемником лазерного луча, выбирается в пределах (3,1-5,4)d.
Однако это устройство не во всех случаях обеспечивает возможности проведения исследований в восходящем неравномерном закрученном потоке. Имеют место развитие неустойчивости, появление значительных колебаний модуля, которые могут привести к удару модуля о стенки исследуемой трубы и, следовательно, к разрушению модуля. При больших колебаниях невозможно осуществлять достоверный съем информации - изображения оказывается смазанными, снижается точность измерения величины дефектов футеровки.
Для высоких труб становится крайне критическим становится продолжительность обследования футеровки из-за увеличения времени воздействия нагретого кислотосодержащего воздуха на корпус модуля.
Раскрытие полезной модели
Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемая полезная модель, является:
- повышение устойчивости модуля в восходящем неравномерном закрученном потоке/
Решение задачи достигается тем, что элементы крепления поддерживающих тросов устанавливаются на расстоянии (0,8-1.6)d от заднего торца цилиндрической части корпуса модуля. На цилиндрической части корпуса модуля устанавливается от двух до трех дисков. Диски представляют собой плоские кольцевые элементы, ориентированные нормально к продольной оси цилиндрической части так, что оси симметрии кольцевых элементов совпадают с продольной осью цилиндрической части.
Первый наибольший диск диаметром (4-6)d (где d - диаметр цилиндрической части), закреплен на расстоянии (0,3-0,92)d от переднего торца цилиндрической части корпуса. Последовательно за этим диском на расстоянии (1,4-1,6)d закрепляется второй диск диаметром (2,8-3,2)d.
При длине цилиндрической части корпуса модуля L большей или равной 4,5 d, на расстоянии равном (1,4-1,6)d от второго диска устанавливают третий диск диаметром (1,6-2)d.
Полусферическая часть корпуса модуля выполнена из прозрачного, термостойкого и стойкого к агрессивным, кислотосодержащим средам, материала, физические параметры которого, такие, как коэффициент прозрачности и показатель преломления, слабо меняются до температур примерно 250°C. \в качестве таких материалов могут быть взяты такие материалы как «фторопласт 50», «поливинилацетат», или «поликарбонат».
Материал полусферической части корпуса модуля может быть таким же, как и материал цилиндрической части, при этом для обеспечения приема излучения в полусферической части корпуса модуля делают ряд небольших отверстий, закрытых прозрачным материалом, например, термостойким стеклом.
Краткое описание чертежей
Общий вид корпуса модуля для размещения исследуемой аппаратуры с двумя дисками показан на фиг.1 - вид корпуса сбоку.
Где:
1 - головная полусферическая часть корпуса модуля;
2 - цилиндрическая часть корпуса модуля;
3 - элементы крепления троса 4 для соединения с удерживающим устройством;
4 - трос;
5 - первый плоский кольцевой элемент (диск);
6 - второй плоский кольцевой элемент;
7 - система развертки лазерного луча;
8 - система приема лазерного луча.
Общий вид корпуса модуля для размещения исследуемой аппаратуры с тремя дисками показан на фиг.2 - вид корпуса сбоку.
Где:
9 - третий плоский кольцевой элемент.
В донной области цилиндрической части 2 размещена система 7 развертки лазерного луча, а в полусферической части 1 система приема лазерного луча 8.
Вариант осуществления полезной модели
Для повышения чувствительности измерительной системы в широком диапазоне диметров исследуемого канала (трубы) желательно увеличивать расстояние между источником и приемником лазерного луча, поэтому длина L цилиндрической части 2 выбирается в пределах (3,1-5,4)d, при этом, при длине L меньшей или равной 4,12d для обеспечения устойчивости в восходящем, неравномерном и закрученном газовом потоке достаточно установить два плоских кольцевых элемента (диска). При длине L большей 4,5d необходима установка третьего кольцевого элемента (диска). В диапазоне длин цилиндрической части модуля L равной (4,12-4,5)d возможно установка как двух, так и трех плоских кольцевых элементов (дисков).
Диаметр d цилиндрической части 2 не менее диаметра головной полусферической части 1, в которой и размещается приемник лазерного луча. Наружные диаметры плоских кольцевых элементов (дисков) 5, 6, 8 и их размещение на боковой поверхности цилиндрической части 2 определяются из условия обеспечения устойчивости модуля с исследовательской аппаратурой в восходящем, закрученном, неравномерном потоке, а также эти элементы (диски) не должны мешать лазерным лучам от системы 7 попадать в приемник 8, размещенный в головной полусферической части 1.
Условие необходимости установки третьего кольцевого элемента (L больше или равно 4,5d) определяется из необходимости создания застойной зоны с возвратными течениями в области донной части корпуса модуля.
x
x
2
Проведенные аэродинамические исследования модели модуля показали, что устойчивость при соблюдении указанных геометрических параметров корпуса модуля обеспечивается при условии, что вес модуля не менее, чем в пять раз должен превышать силу его аэродинамического сопротивления, когда он находится в восходящем газовом потоке. Эта сила аэродинамического сопротивления может быть рассчитана по зависимости X=C·(ρ·V/2)·S, где ρ - плотность набегающего потока, V - скорость набегающего газового потока, S - характерная площадь поперечного сечения модуля (например, площадь наибольшего плоского кольцевого элемента), C - коэффициент лобового сопротивления модуля (зависит от геометрии модуля и определяется или экспериментально, или в первом приближении его можно принять равным 2). При расчетах сила выражается в Ньютонах (см. Н.Ф. Краснов и др. «Прикладная аэродинамика», Высшая школа, 1974 г., стр.155-158).
цм
Положение центра масс модуля х составляет не более половины длины L цилиндрической части 2 от плоскости соединения с головной полусферической частью 1., т.е. на расстоянии не более половины длины цилиндрической боковой части 2 от ее переднего торца.
Полусферическая часть корпуса модуля выполнена из прозрачного, термостойкого и стойкого к агрессивным, кислотосодержащим средам, материала, физические параметры которого, такие, как коэффициент прозрачности, слабо меняются примерно в пределах температур газового потока дымовых труб. Это позволяет увеличить исследования труб без снижения качества изображения.
В частном случае в качестве такого материала может быть взят фторопласт 50. В другом частном случае в качестве такого материала может быть взят поливинилацетат. В третьем частном случае в качестве такого материала может быть взят поликарбонат.
В частном случае материал полусферической части корпуса модуля может быть таким же, как и материал цилиндрической части, при этом для обеспечения приема излучения в полусферической части корпуса модуля делают ряд небольших отверстий, закрытых прозрачным материалом, например, термостойким стеклом.
Промышленная применимость
Проведенные аэродинамические испытания модели модуля, имеющего корпус указанной конфигурации, показали, что модуль устойчив в восходящем, неравномерном и завихренном газовом потоке.
Прототип полезной модели успешно был использован для обследования дымовых труб высотой до 100 и более метров. Отработана методика его применения на обследовании более сотни действующих дымовых труб на промышленных объектах России и за рубежом. Среди них такие, как Западно-Сибирский, Нижнетагильский, Кузнецкий металлургические комбинаты, «Норильский никель» и Астраханский газоперерабатывающий завод, агломерационная фабрика в г. Эрегли (Турция).
Модуль оснащается оборудованием и доставляется наверх трубы с помощью специального подъемно-транспортного механизма, который состоит из крана-манипулятора и грузовой лебедки. Кран-манипулятор монтируется на оголовке трубы и может перемещаться в любом направлении. Обслуживающий персонал (операторы) находятся на верхней рабочей площадке и у основания трубы, где установлена грузовая лебедка.
Далее модуль краном-манипулятором заводится и опускается в действующую трубу. По требованиям технологии контроля футеровки, параметрам среды внутри дымовой трубы и техническим характеристикам сканирующего аппарата его скорость спуска в режиме записи не должна превышать 10 м/мин, отклонение от вертикальной оси не более 0,5 м, а частота вращения относительно нее должна быть не более 6 об/мин. Тогда записываемое изображение не окажется смазанным. Это как раз и обеспечивается аэродинамической формой модуля.