УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОАБРАЗИВНОЙ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR TUBE INNER SURFACE THERMO ABRASIVE CLEANING OF SEDIMENTS (VERSIONS)

Изобретение 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 газогенератора 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. Устройство позволяет качественно очищать внутреннюю поверхность труб различного диаметра. Ограничений в сторону больших диаметров нет. Наименьшие диаметры очищаемых труб ограничены поперечными габаритными размерами устройства.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению 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, но при обработке труб с внутренним диаметром, близким к поперечным габаритам устройства, устройство располагается вдоль оси трубы, при этом рабочая струя газов и абразива воздействует на очищаемую поверхность трубы по касательной под маленьким углом, что ограничивает производительность очистки.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в увеличении производительности очистки внутренних поверхностей труб за счет увеличения угла воздействия высокотемпературного и высокоскоростного потока смеси газов и абразива на очищаемую поверхность и увеличения скоростного напора потока.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для термоабразивной очистки внутренней поверхности труб от отложений (вариант 1), содержащем газогенератор и эжектор, в корпусе газогенератора с зазором относительно его стенок установлены камера сгорания с отверстиями для подвода воздуха, топливную форсунку и свечу зажигания, сопло газогенератора, зазор между камерой сгорания и внутренней стенкой газогенератора сообщен с системой подачи воздуха, эжектор установлен со стороны выхода сопла газогенератора, имеет камеру смешения и сообщен с системой подачи абразива, сопло газогенератора выполнено с косым срезом, а камера смешения эжектора установлена под углом относительно продольной оси сопла газогенератора с поворотом в сторону скошенной части среза сопла газогенератора.
Выход камеры смешения выполнен с косым срезом, направление скоса которого совпадает с направлением скоса сопла газогенератора.
Устройство для термоабразивной очистки внутренней поверхности труб от отложений (вариант 2) содержит газогенератор и эжектор, в корпусе газогенератора с зазором относительно его стенок установлены камера сгорания с отверстиями для подвода воздуха, топливную форсунку и свечу зажигания, сопло для выхода высокотемпературного газа, зазор между камерой сгорания и внутренней стенкой газогенератора сообщен с системой подачи воздуха, эжектор установлен со стороны выхода сопла газогенератора, имеет камеру смешения и сообщен с системой подачи абразива, сопло газогенератора выполнено с прямым срезом, а камера смешения на выходе имеет косой срез.
Для вариантов 1 и 2 общими признаками являются следующие.
Сопло газогенератора выполнено сужающимся, или сверхзвуковым расширяющимся, или звуковым нерасширяющимся.
Сопло газогенератора установлено под углом к продольной оси камеры сгорания.
Сопло газогенератора выполнено изогнутым, с образованием криволинейного канала.
Камера смешения эжектора выполнена изогнутой, с образованием криволинейного канала.
Выходная часть камеры смешения выполнена в виде диффузора.
Со стороны передней части камеры сгорания расположена предкамера, в которой установлены форсунка горючего и свеча зажигания.
Суть изобретения поясняют фиг.1-8.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства (вариант 1) с соплом газогенератора сверхзвуковым расширяющимся.
На фиг.2 - продольный разрез устройства (вариант 2) с соплом газогенератора сверхзвуковым расширяющимся.
На фиг.3 - различные формы исполнения сопла газогенератора: 3а - суживающееся, 3б - звуковое нерасширяющееся.
На фиг.4 - сопло газогенератора, установленное под углом к продольной оси камеры сгорания.
На фиг.5 - сопло газогенератора, выполненное изогнутым, с образованием криволинейного канала.
На фиг.6 - камера смешения эжектора, выполненная изогнутой, с образованием криволинейного канала.
На фиг.7 - камера смешения эжектора, выход которой выполнен в виде диффузора.
На фиг.8 - предкамера, расположенная со стороны передней части камеры сгорания, в которой установлены форсунка горючего и свеча зажигания.
Устройство (вариант 1) содержит газогенератор, внутри корпуса 1 которого в соответствии с его формой с зазором 2 относительно его стенок установлены камера сгорания 3 и сопло газогенератора 4. Для подвода воздуха в камеру сгорания 3 в ее стенке выполнены отверстия 6. Зазор 2 между корпусом газогенератора 1 и камерой сгорания 3 сообщен с системой подачи воздуха с помощью патрубка 5. В передней части камеры сгорания 3 установлены топливная форсунка 7 и свеча зажигания 8. Со стороны задней части камеры сгорания 3 расположено сопло газогенератора 4 с косым срезом на выходе. На выходе сопла газогенератора 4 расположен эжектор 9 с камерой смешения 10, которая установлена под углом относительно продольной оси сопла газогенератора 4 с поворотом в сторону скошенной части среза сопла газогенератора 4, по направлению истекающей из сопла газогенератора 4 струи высокотемпературных продуктов сгорания. Входная часть камеры смешения 10 сообщена с системой подачи абразива с помощью патрубка 11.
Выход камеры смешения 10 выполнен с косым срезом, направление скоса которого совпадает с направлением скоса сопла газогенератора 4.
Устройство (вариант 2) содержит газогенератор, внутри корпуса 1 которого в соответствии с его формой с зазором 2 относительно его стенок установлены камера сгорания 3 и сопло газогенератора 4. Для подвода воздуха в камеру сгорания 3 в ее стенке выполнены отверстия 6. Зазор 2 между корпусом газогенератора 1 и камерой сгорания 3 сообщен с системой подачи воздуха с помощью патрубка 5. В передней части камеры сгорания 3 установлены топливная форсунка 7 и свеча зажигания 8. Со стороны задней части камеры сгорания 3 расположено сопло газогенератора 4. На выходе сопла газогенератора 4 расположен эжектор 9 с камерой смешения 10, которая установлена по направлению истекающей из сопла газогенератора 4 струи высокотемпературных продуктов сгорания. Выход сопла газогенератора 4 выполнен с прямым срезом, а камера смешения 10 на выходе имеет косой срез. Входная часть камеры смешения 10 сообщена с системой подачи абразива с помощью патрубка 11.
Для вариантов 1 и 2 общими являются следующие формы исполнения.
Сопло газогенератора 4 выполнено сужающимся (фиг.3а), или сверхзвуковым расширяющимся (фиг.1 и фиг.2), или звуковым нерасширяющимся (фиг.3б).
Сопло газогенератора 4 установлено соосно с камерой сгорания 3 (фиг.1 и фиг.2), или сопло газогенератора 4 установлено под углом к продольной оси камеры сгорания 3 (фиг.4).
Сопло газогенератора 4 выполнено изогнутым, с образованием криволинейного канала (фиг.5).
Камера смешения 10 эжектора 9 выполнена изогнутой, с образованием криволинейного канала (фиг.6).
Выходная часть камеры смешения 10 выполнена в виде диффузора (фиг.7).
В передней части камеры сгорания 3 расположена предкамера 12, выполненная в виде обечайки, установленной со стороны передней торцевой стенки камеры сгорания, и в которой установлены форсунка горючего 7 и свеча зажигания 8 (фиг.8).
Устройство (варианты 1 и 2) работает следующим образом. Устройство закрепляется на штанге, предназначенной для продольного перемещения его внутри очищаемой трубы. Патрубки 5, 11, топливная форсунка 7 подключаются к системам подачи соответственно воздуха, абразивного материала и топлива. Свеча 8 подключается к электрической системе поджига. Трубе придается вращательное движение, устройство вводится внутрь очищаемой трубы. В камеру сгорания 3 газогенератора подается топливо через форсунку 7 и воздух через отверстия 6 в соотношении, обеспечивающем образование в камере сгорания 3 «богатой» горючей смеси, которая поджигается с помощью свечи зажигания 8.
После воспламенения горючей смеси увеличивают подачу воздуха, соотношение расходов топлива и воздуха устанавливают соответствующей рабочему режиму, газогенератор выводится на рабочий режим.
Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания разгоняются в сопле газогенератора 4, а затем используются в эжекторе 9 в качестве эжектирующего газа. Эжектор 9 транспортирует абразив из бункера, разгоняет его частицы до высоких скоростей в камере смешения 10 и направляет поток смеси высокотемпературного газа и абразива на очищаемую поверхность.
При очистке внутренней поверхности труб малых диаметров, где устройство не может быть повернуто под углом к образующей трубы, и поэтому располагается вдоль трубы, увеличение угла воздействия на очищаемую поверхность и скоростного напора потока смеси происходит следующим образом.
Вариант 1. В камере сгорания 3 газогенератора создается давление, обеспечивающее в сопле газогенератора 4 сверхкритический перепад давлений. При истечении из суживающегося сопла газогенератора 4 с косым срезом, или звукового нерасширяющегося сопла газогенератора 4 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 газогенератора 4 в сторону скошенной части среза сопла газогенератора 4. При истечении из сверхзвукового расширяющегося сопла газогенератора с косым срезом сверхзвуковая струя газа отклоняется от оси сопла газогенератора 4 в сторону скошенной части среза сопла газогенератора 4.
Отклоненная сверхзвуковая струя истекает в качестве эжектирующего газа в камеру смешения 10 эжектора 9, установленную по оси отклоненной струи, и угол воздействия высокотемпературного и высокоскоростного потока смеси продуктов сгорания и абразива на очищаемую внутреннюю поверхность трубы увеличивается.
Дополнительный разворот потока смеси продуктов сгорания и абразива к очищаемой поверхности достигается при работе эжектора 9 на критическом режиме при выполнении выхода камеры смешения 10 с косым срезом, направление скоса которого совпадает с направлением скоса сопла газогенератора 4. При этом достигается сверхзвуковая скорость на выходе камеры смешения 10, и происходит разворот потока в косом срезе выхода камеры смешения 10 в направлении скоса. За счет дополнительного разворота увеличивается угол воздействия потока на очищаемую поверхность.
Вариант 2. При истечении из суживающегося сопла газогенератора 4, или звукового нерасширяющегося сопла газогенератора 4, имеющих на выходе прямой срез и работающих на сверхкритическом перепаде давлений, струя газа, имеющая на срезе сопла газогенератора 4 скорость звука, продолжает расширяться, скорость ее становиться сверхзвуковой, а площадь сечения - большей, чем площадь выходного сечения сопла газогенератора 4. При истечении из сверхзвукового расширяющегося сопла газогенератора 4, имеющего на выходе прямой срез, струя газа имеет сверхзвуковую скорость. При работе эжектора 9 на критическом режиме на выходе камеры смешения 10 достигается сверхзвуковая скорость потока, при истечении которого из камеры смешения 10 с косым срезом на выходе происходит разворот потока в сторону скоса, и угол воздействия высокотемпературного и высокоскоростного потока продуктов сгорания и абразива на очищаемую внутреннюю поверхность трубы увеличивается.
Для вариантов 1 и 2 угол воздействия потока продуктов сгорания и абразива на очищаемую поверхность увеличивается при установке сопла газогенератора 4 под углом к продольной оси камеры сгорания 3 с поворотом к очищаемой поверхности (фиг.4), при выполнении сопла газогенератора 4 изогнутым в виде криволинейного канала с изгибом в сторону очищаемой поверхности (фиг.5), при выполнении камеры смешения 10 изогнутой в сторону очищаемой поверхности (фиг.6). При этом суммарный возможный угол установки камеры смешения 10, установленной по направлению истекающей из сопла газогенератора 4 струи эжектирующего газа, ограничен условием размещения устройства внутри очищаемой трубы.
Для вариантов 1 и 2 при работе эжектора 9 на критическом режиме в диффузорной части выхода камеры смешения 10 (фиг.7) скорость потока продолжает увеличиваться, увеличивается и скоростной напор потока смеси.
В вариантах 1 и 2 предкамера 12, расположенная со стороны передней части камеры сгорания 3 газогенератора, работает следующим образом. В камеру сгорания 3 газогенератора подается топливо через форсунку 7, и воздух через отверстия 6 в соотношении, соответствующем рабочему режиму. В полости предкамеры 12 создается более «богатая», чем в объеме основной камеры сгорания 3, горючая смесь, которая поджигается с помощью свечи зажигания 8. После этого происходит воспламенение смеси в основной камере сгорания. Это обеспечивает более простой алгоритм запуска, и соответственно облегчает возможность автоматизации процесса запуска.
При применении устройства в составе автоматизированных линий очистки труб возможна также установка датчика наличия пламени в камере сгорания, например термопары, со стороны передней стенки камеры сгорания.
Таким образом, предлагаемое устройство, предназначенное для очистки внутренних поверхностей труб от отложений, за счет увеличения угла воздействия и увеличения скоростного напора потока смеси высокотемпературного газа и абразива позволяет существенно увеличить производительность очистки внутренних поверхностей труб малых диаметров.