Устройство для гидродинамической очистки поверхностей под водой
DEVICE FOR HYDRODYNAMIC CLEANING OF SURFACES UNDER WATER

Изобретение относится к технологическим устройствам для гидродинамической очистки поверхности корпусов судов, причалов, пристаней, опор мостов и других, погруженных в воду конструкций от биологического обрастания, коррозии и иных загрязнений с помощью затопленной кавитирующей струи.
Из существующего уровня техники известен инструмент для очистки поверхностей, содержащий ствол и гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему через отверстие в стволе на срединном участке ствола, и рукоятку, установленную на стволе, на срединном его участке [1].
Недостатком такого инструмента является низкая производительность при очистке поверхностей, находящихся под водой, что обуславливается наличием одного сопла и, соответственно, малой площадью очищаемой поверхности.
Известно гидродинамическое устройство для очистки поверхности имеющее корпус, снабженный рукояткой и соединенный с источником рабочей жидкости, по крайней мере, одно сопло для формирования кавитирующей струи рабочей жидкости, соединенным с корпусом посредством подводящего трубопровода [2].
Недостатком такого устройства является низкая эффективность конструкции, так как поток воды на диск с соплами попадает с поворотом на 900, из-за чего теряется часть водяного напора, а наплавление действия струи вынуждает водолаза вертикально держать инструмент при очистке, что усложняет его работу.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для гидродинамической очистки поверхностей [3], содержащее корпус и рабочую форсунку, внутри корпуса-рукоятки расположен трубчатый элемент, соединенный с одной стороны через соответствующий канал подачи рабочей жидкой среды и гибкий шланг с камерой высокого давления, а с другой стороны через выходной коллектор - с рабочим стволом, связанным с каналом рабочей головки, рабочая головка содержит защитный кожух, выполненный в виде диффузора, жестко связанного с корпусом рабочей головки, выполненного цилиндрическим и соединенного с рабочим стволом, вторую рабочую форсунку и насадок с осевым отверстием, диаметр которого соответствует внешнему диаметру цилиндрического корпуса головки, насадок установлен на цилиндрическом корпусе головки с обеспечением возможности его вращения и с обеспечением герметизации канала подачи рабочей жидкой среды, внутри насадка выполнена расширительная камера, сообщающаяся через радиальные отверстия и глухое осевое отверстие, выполненные в корпусе рабочей головки, с каналом подачи рабочей жидкой среды в рабочем стволе, при этом в насадке под углом к горизонтальной оси выполнены отверстия, сообщающиеся с расширительной камерой, причем в упомянутых отверстиях закреплены рабочие форсунки посредством резьбового соединения через соответствующие уплотнительные элементы.
Недостатком такого устройства является недостаточная производительность из-за использования только двух рабочих форсунок и ненадежность механизма, обеспечивающего их вращение.
Технической проблемой, разрешаемой настоящим изобретением, является создание устройства для гидродинамической очистки поверхностей под водой, обеспечивающего повышенную производительность и качество проводимых работ.
Техническим результатом, обеспечивающим разрешение указанной технической проблемы, является усовершенствование конструкции устройства для эффективного использования гидродинамического, кавитационного и вибрирующего действия вращающихся затопленных струй при подводной очистке.
Указанный результат достигается в предлагаемом, устройстве для гидродинамической очистки поверхностей под водой состоящем из рукоятки, ствола, вращающейся головки, содержащей форсунки, и защитного кожуха, выполненного в виде диффузора. Внутри рукоятки расположен трубчатый элемент, по которому рабочая жидкая среда поступает в ствол, соединенный с одной стороны с головкой, а с другой стороны с соплом-компенсатором, установленном в противоположном направлении. Форсунки смещены относительно центра головки по взаимно перпендикулярным направлениям, их оси лежат в параллельных плоскостях и симметричных форсунок образуют угол 0°-180° друг с другом.
Для обеспечения вращения без вибраций и биений устройство содержит дополнительный роторный механизм, установленный между стволом и головкой.
Для повышения манёвренности устройства и контроля за процессом истечения рукоятка выполнена в виде пистолетного крана.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - Конструкция предлагаемого устройства;
Фиг. 2 - Схема роторной головки.
Гидродинамическое устройство (Фиг. 1) содержит рукоятку 1, выполненную в виде пистолетного крана, ствол 2 и головку 3. Соединительный узел 4 служит для подключения шланга высокого давления к рукоятке. Внутри рукоятки расположен трубчатый элемент (не показан), по которому рабочая жидкая среда поступает в ствол 2 с внутренним каналом. Ствол 2 с одной стороны соединен с шаровым краном 5 для регулировки противодавления сопла-компенсатора 6, а с другой стороны со штуцером 7 предназначенным для соединения рукоятки 1 и роторного механизма 8, выполненного с резьбой 9 для крепления головки 3.
Две пары симметричных форсунок 10 и 11, смещенные относительно оси роторного механизма, и соответственно центра головки, по взаимно перпендикулярным направлениям. Если ось ОZ на чертеже перпендикулярна плоскости головки 3, то форсунки 10 смещаются по оси ОХ в противоположных направлениях, а форсунки 11 смещаются по оси OY. Головка 3 позволяет изменять углы фиксации симметричных форсунок от 0° до 180° относительно друг друга. Однако оси форсунок лежат в параллельных плоскостях, которые перпендикулярны плоскости головки 3.
Величина угла α между форсунками 10 влияет на частоту вращения роторного механизма 8. Угол β между форсунками 11 определяет степень силового воздействия на поверхность очистки. Углы выбираются в зависимости от типа загрязнения и характеристик установки высокого давления.
Защитный кожух, выполненный в виде диффузора, с отверстиями для выхода продуктов очистки 12, связан с роторным механизмом 8 посредством резьбового соединения 13.
Основные элементы роторного механизма (Фиг. 2) составляют корпус 14 и центральная ось 15. Ось 15 имеет внутренний канал 16, по которому проходит жидкость в головку 3, соединяющуюся при помощи резьбы 9, и посадочные места для трех подшипников 17-19. Подшипники 17, 19 - шариковые радиальные однорядные, подшипник 18 - шариковый упорный однорядный. Корпус 14 в свою очередь имеет «карманы» согласно допускам соответствующих подшипников для обеспечения вращения и отсутствия биений в устройстве, и резьбовое соединение 13, которое служит для крепления защитного кожуха 12. Подшипники разделены шайбой 20 и закреплены фиксатором 21 с защитной шайбой 22, который имеет резьбу 23 для подсоединения к штуцеру 7. Конструкции обеспечивают герметичность манжеты 24 и уплотнительные кольца 25. В единое целое роторный механизм собирается и зажимается гайкой 26.
Предлагаемое устройство для гидродинамической очистки поверхностей работает следующим образом.
Рабочая жидкая среда под высоким давлением поступает по гибкому шлангу (не показан) в соединительный узел 4. После этого во внутренний канал рукоятки пистолетного крана 1 и далее в ствол с внутренним каналом 2. Из ствола 2 рабочая жидкость в одну сторону постает через штуцер 7, в роторный механизм 8 и далее через головку 3 в форсунки 10 и 11, из которых она выходит под давлением с высокой скоростью и достигает очищаемой поверхности. В противоположную сторону через шаровой кран 5 поступает в сопло-компенсатор 6 для уравновешивания реактивной силы, возникающей при работе форсунок 10 и 11. Шаровой кран 5 служит для регулировки напора струи противодавления.
Форсунки 10 и 11 имеют специальный профиль внутренних полостей, обеспечивающих образование кавитирующей струи на выходе форсунок.
Направление струи задается углами α и β в зависимости от характера и степени обрастания поверхности. Изменением углов в интервале от 0° до 180° водолаз регулирует скорость вращения роторного механизма и силу, действующую на обрастание. Таким образом, контролирует гидродинамическое, вибрационное и кавитационное воздействие на поверхность очистки.
Роторный механизм 8 выполнения по схеме на фиг. 2 может приобретать частоту вращения до 3600 об/мин при этом не совершать биений в руках водолаза. Работая под водой, водолаз легко может поворачивать устройство и контролировать процесс истечения рукояткой пистолетного крана 1.
В результате производительность и эффективность очистных работ, проводимых с помощью предлагаемого устройства, повышается в сравнении с прототипом.
Для изготовления деталей устройства используются материалы из металлов, не подверженных коррозии, например нержавеющая сталь и алюминий. Кроме того, используются стандартные детали: пистолетный и шаровой краны, подшипники.
Апробация устройства выполнена в Черном море в районе Керченского полуострова. Установка высокого давления обеспечивала рабочей жидкости (морской воде) давление 100 атм и расход 70 л/мин, что способствовало образованию кавитирующих струй, вытекающих из форсунок. При обрастаниях поверхности ракушками (мидии, балянус и т.п.) углы α и β устанавливаются менее 90°, что уменьшает скорость вращения, но увеличивает силовой эффект. Для обрастаний водорослями углы α и β устанавливались более 90°, что увеличивает скорость вращения, но снижает силовой эффект. Точные значения параметров зависят от степени и типа обрастания, характеристик установки, условий очистки и навыков водолаза.
1. Пат. 2232694 Российская Федерация, МПК B63B 59/00, B63B 59/08, B63С 11/52, B08B 3/02. Гидродинамический безреактивный инструмент для очистки поверхности / Ларин В. И.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Легранпроект». - № 2003116918/11; заявл. 06.06.2003; опубл. 20.07.2004, Бюл. № 20. - 10 с.
2. Пат. 2163877 Российская Федерация, МПК B63B 59/00. Инструмент для подводной очистки поверхности и сопло для инструмента / Игнатьев А.В., Кузин В.С., Харламов А.И.; заявитель и патентообладатель Игнатьев А.В., Кузин В.С., Харламов А.И.. - № 2200018166/28; заявл. 12.07.2000; опубл. 10.03.2001, Бюл. № 7. - 5 с.
3. Пат. 2236980 Российская Федерация, МПК B63B 59/00, B08B 3/02, B08B 3/04. Устройство для гидродинамической очистки поверхностей / Шуранов В.М.; заявитель и патентообладатель Шуранов В.М. - № 2002125729/11; заявл. 27.09.2002; опубл. 27.09.2004, Бюл. № 27. - 6 с.