СПОСОБ ОЧИСТКИ КАНАЛА ОТ ОТЛОЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B08B9/04 

Изобретение относится к техническим средствам очистки каналов и трубопроводов от загрязняющих отложений, образующихся на внутренних поверхностях каналов и трубопроводов в процессе их эксплуатации, в частности к способам и устройствам, реализующим принцип струйной размывки отложений, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, в металлургической промышлености, в других отраслях для восстановления пропускной способности коллекторов, шламоотводов, каналов и трубопроводов, загрязненных отложениями слоистой структуры.

Известен способ очистки трубопроводов, по которому осадок в трубопроводе размывают высоконапорной струей воды, содержащей в качестве интенсифицирующей добавки высокомолекулярный полимер, например полиакриламид.

Описанный способ требует расхода дефицитных полимеров, приготовления специальных растворов для получения рабочего агента, что практически исключает его применение для очистки габаритных каналов, коллекторов, шламоотводов, в которых скапливаются значительные массы загрязняющих отложений, для удаления которых требуется большое количество полимерного раствора.

Более близким техническим решением к заявляемому способу является способ очистки поверхностей, по которому струю рабочего агента направляют в область смыкания загрязнений с очищаемой поверхностью. Струю направляют под углом 65-75^о по отношению к очищаемой поверхности, а скорость рабочего агента, например воды, и гидродинамическую мощность струи определяют по соотношениям:
V 3/95σ^1/2 ˙ ρ^1/2 ± 2% (1) где V скорость воды в струе перед поверхностью;
σ сила сцепления единицы площади загрязнения с очищаемой поверхностью;
ρ плотность воды,
N 0,13 h² ρ^-1/2 ˙ γ^3/2 (2) где N гидродинамическая мощность струи;
h толщина загрязнения;
γ прочность загрязнения на разрыв.

В результате гидродинамического воздействия струи, имеющей указанные параметры, происходит отрыв загрязнения от очищаемой поверхности, при этом отрыв происходит монолитными частями.

Указанный способ эффективен при использовании его для очистки поверхностей от корковых загрязнений незначительной толщины, прочность которых превышает прочность их связи с очищаемой от воздействия на отложения со стороны очищаемой поверхности напряжений, перпендикулярных по отношению к загрязняющему слою, которые возникают в результате гидродинамического напора, воздействующего на зону примыкания загрязняющих отложений к очищаемой поверхности. Гидродинамическая мощность струи при прочих равных условиях зависит от квадрата толщины загрязнений и при значительных толщинах загрязнений возникает практически не решаемая проблема существенного увеличения гидродинамической мощности струи, что препятствует применению данного способа для очистки сильно загрязненных трубопроводов и каналов. Кроме того, описанный способ не эффективен при очистке каналов от слоистых отложений, например шламоотводов прокатного производства, для которых характерны слоистые отложения пластинчатых пластин окалины, так как предел прочности материалов слоистой структуры на растяжение-сжатие в поперечном направлении относительно слоев материала в несколько раз превышает предел прочности на сдвиг вдоль слоев, т.е. разрушение слоистых материалов более эффективно путем расслоения материала по сравнению с разрушением приложением нормальных по отношению к слоям материала усилий в силу анизотропности прочностных свойств слоистой структуры.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для очистки полости трубопровода (пат. США N 4058879, кл. B 08 B 9/02, 1977), выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит полый корпус с наклонными соплами, установленными на передней части корпуса, нижняя часть которого выполнена по форме нижней части поперечного сечения очищаемого канала и имеет режущие элементы. Корпус имеет привод продольного перемещения в виде реактивных сопл. Наклонные сопла, установленные в передней части корпуса, связаны с патрубком подвода рабочего агента посредством кинематической передачи, которая обеспечивает указанным соплам возможность вращения вместе с корпусом вокруг его оси и дополнительного вращения вокруг осей, параллельных оси вращения корпуса.

Указанное устройство достаточно эффективно для очистки трубопроводов от илистых отложений и рыхлых образований, слабо связанных со стенками трубопроводов, например для очистки каналов и трубопроводов мелиоративных систем. Однако применение описанного устройства для очистки каналов от слоистых отложений, например шламоотводов прокатного производства, для которых характерны слоистые отложения пластинчатых частиц окалины, не позволяет обеспечить эффективную очистку каналов с минимальными энергозатратами и достаточным уровнем производительности. Причинами являются непроизводительные расходы энергии на омывание струями всего сечения трубопровода, так как эффективное использование динамического напора струй имеет место только при воздействии струй непосредственно на загрязняющие отложения, а также тот факт, что динамическое воздействие струй, истекающих из наклонных сопл, осуществляется преимущественно в перпендикулярном направлении по отношению к слоям загрязняющих отложений, что вызывает в слоистых отложениях напряжения сжатия-растяжения в поперечном направлении относительно слоев, не оказывающие значительного разрушающего воздействия на слоистую структуру, которая характеризуется достаточно высокой прочностью слоев при слабом сцеплении слоев между собой, т.е. сильно выраженными анизотропными свойствами.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа очистки каналов от загрязняющих отложений с помощью высоконапорных струй, в котором за счет локализации зоны динамического воздействия высоконапорных струй на разрушаемые отложения, выбора оптимального направления и формы высоконапорных струй обеспечивалось бы расслоение слоистых отложений в каналах с последующим разрушением отложений с минимальными энергозатратами, а также задача создания устройства для очистки каналов от слоистых загрязняющих отложений, конструктивное выполнение которого обеспечивало бы локализацию гидродинамического воздействия высоконапорных струй на слоистые отложения, оптимальную форму струй и их ориентацию относительно слоев отложений с предварительным их расслоением с минимальными энергозатратами и высокой производительностью очистки каналов и трубопроводов от загрязняющих слоистых отложений.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки внутренней поверхности канала от загрязняющих отложений, включающем размывку отложений высоконапорными струями рабочего агента, размывку выполняют плоскими струями, которые ориентируют параллельно слоям загрязняющих отложений и направляют в торец отложений, при этом в качестве рабочего агента целесообразно использовать воздух при давлении 0,4-1,0 МПа и расходе не менее 60 м³/с на 1 м² общей площади выходных отверстий сопловых насадок, а вдоль канала создать поток воды, удаляющий разрушенные отложения.

Способ реализуется устройством для очистки внутренней поверхности каналов от загрязняющих отложений, содержащем полый коpпус, сопловые насадки, установленные на передней части корпуса, и средства подачи рабочего агента к сопловым насадкам, в котором согласно изобретению форма поперечного сечения нижней части корпуса выполнена соответствующей форме нижней части поперечного сечения очищаемого канала, передняя часть корпуса выполнена наклонной с возможностью образования режущей кромки по периметру нижней части корпуса, а сопловые насадки выполнены в виде щелей, ориентированных перпендикулярно вертикальной оси поперечного сечения корпуса, при этом целесообразно выполнить режущую кромку с углом заточки меньшим, чем угол наклона передней стенки корпуса.

Заявляемые способ и устройство для его реализации связаны единим изобретательским замыслом, так как направлены на решение единой технической задачи создание технических средств, обеспечивающих локализацию высоконапорных струй непосредственно в зоне их эффективного воздействия на разрушаемые отложения и направление указанных струй, позволяющее разрушить слоистые отложения с предварительным расслоением отложений и последующим разрушением разделенных слоев, что позволяет удалять отложения с минимальными энергозатратами и выполнять очистные работы с высокой производительностью.

Уменьшение энергозатрат связано с локализацией воздействия высоконапорных струй в пределах обрабатываемой площади торцового сечения отложений, т. е. в зоне непосредственного динамического воздействия струй на разрушаемые отложения, что исключает непроизводительные энергозатраты на омывание высоконапорными струями всего сечения очищаемого канала или трубопровода. Уменьшение энергозатрат также связано с выбором направления и формы струй плоские струи, направленные параллельно слоям отложений, в торец отложений, т.е. непосредственно на границы слоев отложений, что является наиболее рациональным для предварительного расслоения слоистых отложений с последующим разрушением разделенных слоев. Повышение производительности очистных работ обеспечивается более быстрым разрушением слоистых отложений за счет их предварительного расслоения и последующего разрушения разделенных слоев.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1, характеризующее структуру отложений; на фиг. 4 схематическое изображение заявляемого устройства; на фиг. 5 вид В на фиг. 4.

В соответствии с заявляемым способом очистки канала от загрязняющих отложений формируют плоские высоконапорные струи рабочего агента в очищаемом канале, локализуют указанные струи в пределах обрабатываемой площади торцевого сечения отложений, направляют указанные струи параллельно слоям отложений в торец отложений. При этом целесообразно с экономической точки зрения, а также с точки зрения доступности технических средств, в качестве рабочего агента использовать сжатый воздух. Наиболее рациональный режим обеспечивается при давлении воздуха 0,4-1,0 МПа и при расходе не менее 60 м³/с на 1 м² общей площади выходных отверстий сопловых насадок. Для удаления из канала разрушенных струями отложений вдоль канала создают поток воды. В соответствии с фиг. 1-3 в канал 1, содержащий слоистые загрязняющие отложения 2, устанавливают устройство 3 для очистки, которое соединяют с источником сжатого воздуха (на фиг. не показан) и с тросом 4 буксировочного устройства (на фиг. не показано). Начинают буксировку устройства 3 при помощи троса 4. При этом режущая кромка 5 устройства 3 обеспечивает заход устройства 3 в торец 6 отложений 2 и его ориентацию относительно слоев отложений 2. После этого подают сжатый воздух к устройству 3 и продолжают его буксировку. Вдоль канала 1 создают поток 7 воды. Высоконапорные струи 8, создаваемые сопловыми насадками устройства 3, сосредоточенные в пределах обрабатываемой площади торцевого сечения отложений и направленные в торец 6 отложений 2 параллельно слоям отложений, попадают на границы раздела загрязняющих отложений 2, разделяют слои в силу низкой прочности сцепления слоев между собой, деформируют разделенные слои и разрушают отложения 2, которые уносятся в виде отдельных частиц 9 потоком 7 воды за пределы канала 1.

Устройство для реализации описанного способа в соответствии с фиг. 4 и 5 содержит полый корпус 10, на передней стенке 11 которого выполнены сопла 12. Форма поперечного сечения корпуса 10 в нижней его части выполнена соответствующей форме поперечного сечения нижней части очищаемого канала, в данном случае нижняя часть корпуса 10 выполнена цилиндрической, что соответствует цилиндрической форме очищаемого канала 1. Передняя стенка 11 корпуса 10 выполнена наклонной и образует совместно с нижней частью корпуса 10 режущую кромку 5.

Угол заточки режущей кромки 5 меньше угла наклона передней стенки 11 корпуса 10, что обеспечивает облегченный режим захода корпуса 10 в торец 6 разрушаемых отложений 2. Сопла 12 размещены по площади сегмента в нижней части передней стенки 11 корпуса 10. Сопла 12 выполнены в виде щелей и ориентированы перпендикулярно оси симметрии 13 поперечного сечения корпуса 10.

Выходные отверстия сопл 12 соединены с полостью корпуса 10 сужающимися каналами 14, которые обеспечивают формирование компактных высоконапорных плоских струй на выходе сопл 12. На корпусе 10 установлен штуцер 15 для соединения внутренней полости корпуса 10 с источником сжатого воздуха, а также кронштейны 16 и 17 для соединения корпуса 10 с тросом буксировочного устройства.

Устройство работает следующим образом.

После размещения устройства в очищаемом канале, подсоединения к штуцеру 15 источника сжатого воздуха и соединения корпуса 10 через кронштейны 16 и 17 с тросом буксировочного устройства начинают буксировку устройства. Первоначально при помощи режущей кромки 5 обеспечивается заход устройства в торец 6 отложений 2 и его ориентация относительно слоев отложений 2. После этого к устройству подают сжатый воздух и продолжают буксировку устройства. Сжатый воздух через штуцер 15 поступает в полость корпуса 10, откуда через каналы 14 к выходным отверстиям сопл 12. На выходах сопл 12 формируются плоские высоконапорные воздушные струи, направленные вдоль продольной оси устройства. Динамический напор струй воздействует на торец 6 слоистых отложений 2, вызывает расслоение отложений 2 и последующее их разрушение. По мере разрушения отложений 2 устройство продвигают вдоль очищаемого канала при помощи буксировочного устройства.

Описанная конструкция обеспечивает формирование высоконапорных плоских струй рабочего агента в пределах обрабатываемой площади торцевого сечения отложений и направление указанных струй в торец отложений параллельно очищаемой поверхности, что в свою очередь, обеспечивает эффективную очистку каналов от слоистых отложений при минимальных энергозатратах и высокой производительности очистных работ.

П р и м е р. Осуществлялась очистка закрытого вспомогательного коллектора от кузнечно-штамповочного цеха к основному коллектору (АО "ГАЗ", г.Нижний Новгород). Характер загрязнений слоистые отложения шлама, содержащего преимущественно пластинки окалины. Нижняя часть коллектора выполнена в виде цилиндрического лотка с радиусом в поперечном сечении 1,2 м. Высота лотка 1,8 м, высота отложений в среднем 1,4 м. Длина очищаемого коллектора 15 м.

Очистка коллектора проводилась по заявляемому способу с применением заявляемого устройства.

Устройство выполнено в виде полого корпуса с цилиндрической нижней частью. Передняя стенка корпуса установлена под углом 30^о к продольной оси корпуса. Угол заточки режущей кромки по периметру нижней части корпуса 15^о. На передней стенке корпуса выполнены пять щелевых сопл ориентированных перпендикулярно вертикальной оси поперечного сечения корпуса. Общая площадь выходных отверстий сопл 0,018 м². После установки устройства в очищаемый коллектор и присоединения его к источнику сжатого воздуха и буксировочному устройству начинали буксировку устройства. При этом режущая кромка устройства внедрялась в торец загрязняющих отложений и обеспечивалась ориентация устройства относительно слоев отложений. После этого подавался к устройству сжатый воздух под давлением 0,8 МПа и при расходе 1,2 м³/с и продолжалась буксировка устройства. Вдоль очищаемого коллектора подавали воду, поток которой выносил разрушенные отложения за пределы коллектора. Полная очистка коллектора была выполнена за 2,5 ч. При этом было утилизировано 35 м³ отложений шлама.

Использование: очистка каналов и трубопроводов от загрязняющих отложений, имеющих слоистую структуру. Сущность изобретения: способ заключается в удалении отложений высоконапорными струями рабочего агента. Размывку выполняют плоскими струями, которые ориентируют параллельно слоям загрязняющих отложений и направляют в торец отложений. В качестве рабочего агента целесообразно использовать воздух при давлении 0,4 1,0 МПа и расходе не менее 60 м³/c на 1 м² общей площади выходных отверстий сопловых насадок. Вдоль канала подают поток воды для удаления разрушенных отложений. Устройство содержит полый корпус, на передней части которого установлены сопловые насадки, и средства подачи рабочего агента к сопловым насадкам. Форма поперечного сечения нижней части корпуса выполнена соответствующей форме нижней части поперечного сечения очищаемого канала. Передняя часть корпуса выполнена наклонной с возможностью образования режущей кромки по периметру нижней части корпуса. Сопловые насадки выполнены в виде щелей, ориентированных перпендикулярно вертикальной оси поперечного сечения корпуса. 5 ил.

1. Способ очистки канала от отложений, заключающийся в удалении отложений высоконапорными струями рабочего агента, отличающийся тем, что удаление отложений обеспечивают плоскими струями, которые ориентируют параллельно осям отложений и направляют в торец отложений, причем в качестве рабочего агента используют воздух под давлением 0,4 1,0 МПа и расходом не менее 60 м³/с на 1 м² общей площади отверстий сопловых насадок. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вдоль канала подают поток воды для выноса разрушенных отложений. 3. Устройство для очистки канала от отложений, содержащее полый корпус, нижняя часть которого выполнена по форме нижней части поперечного сечения очищаемого канала, установленные на передней по ходу перемещения устройства стенке корпуса сопловые насадки, режущие элементы на нижней части корпуса и средство подачи рабочего агента к сопловым насадкам, отличающееся тем, что передняя часть корпуса выполнена наклонной с возможностью образования режущей кромки режущего элемента по периметру нижней части корпуса, а сопловые насадки выполнены в виде щелей, ориентированных перпендикулярно вертикальной оси поперечного сечения корпуса. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что режущая кромка выполнена с углом заточки, меньшим, чем угол наклона передней стенки корпуса.