ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ И СОПЛО ДЛЯ ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2001 года по МПК B63B59/08 

Настоящее изобретение может быть использовано для очистки подводных поверхностей корпусов судов, находящихся на плаву, подводных частей гидротехнических сооружений, любых затопленных конструкций от обрастаний биологического происхождения, коррозионных корок и химических и механических отложений.

Известен инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности (патент RU 2122961, МКИ В 63 В 59/00, опубл. 10.12.98, БИ N 34), который содержит плавучий корпус в виде диска и закрепленные на нем рабочее сопло для формирования струи воды и устройство для компенсации ее реакции. Рабочее сопло и указанное устройство соединены общим гидротрактом и шлангом с водяным насосом. В нижней части корпуса установлен коллектор, на вращающейся части которого установлено рабочее сопло. Устройство для компенсации реакции струи воды в виде второго сопла также установлено на этой части коллектора. Реактивный ротор образован вместе с вращающейся частью коллектора и первым рабочим соплом путем асимметричной установки обоих сопел по отношению к оси коллектора.

Недостатком известного инструмента является применение специального устройства для компенсации реакции струи воды, использующего значительное количество гидравлической энергии (до 50%).

Известен гидрокавитационный генератор (патент RU 2034640, МКИ B 01 F 5/00, опубл. 10.05.95, БИ N 13), представляющий собой сопло-кавитатор, в корпусе которого выполнены конфузор, цилиндрический участок, расширительная камера и диффузор.

При такой конструкции сопел-кавитаторов кавитационные пузырьки образуются в основном по периферии потока, что снижает КПД сопла и требует увеличения энергетических затрат. Использование расширительной камеры, служащей дополнительной ступенью обработки и выполненной между цилиндрическим участком и диффузором, лишь незначительно повышает эффективность процесса кавитации. Кроме того, различная форма образующей расширительной камеры имеет ограничения по применению и не позволяет использовать сопло- кавитатор при работе с изменяющимися видами поверхностей и их качественного состава. При использовании таких сопел в инструментах для подводной очистки поверхности они усложняют его конструкцию, а следовательно, и удорожают ее, так как появляется необходимость применять различные дополнительные приспособления для компенсации реактивной силы, возникающей при истечении струи воды, и менять кавитаторы при работе в различных условиях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания инструмента для подводной очистки поверхности и сопла для этого инструмента, обеспечивающих частичную компенсацию реактивной силы истекающей струи воды с одновременным повышением КПД.

Поставленная задача решается тем, что у инструмента для подводной очистки поверхности, содержащего корпус, снабженный рукояткой и соединенный с источником рабочей жидкости, и по меньшей мере одно соединенное с корпусом посредством подводящего трубопровода сопло для формирования кавитирующей струи рабочей жидкости, проточный канал которого образован входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором, согласно изобретению в корпусе сопла выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала, которые сообщены с полостью расширительной камеры и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора, внутренняя поверхность которого выполнена параболической.

За счет разрежения в расширительной камере происходит подсос жидкости в каналы и как результат этого - частичная компенсация реакции струи, которая может достигать до 50%.

При наличии двух и более сопел они могут быть установлены на вращающемся диске, а при трех и более сопел - на неподвижном основании, при этом сопла располагаются друг относительно друга под одним и тем же углом, равным 360/n, где n - количество сопел.

При таком расположении сопел они компенсируют друг друга, а угол наклона к обрабатываемой поверхности компенсируется перпендикулярно установленным соплом, которое требует меньше 25% энергии.

При расположении осей сопел под углом к обрабатываемой поверхности он дополнительно снабжается регулируемым компенсатором реакции струи, а при расположении осей сопел параллельно обрабатываемый поверхности - приспособлением для прижима инструмента к обрабатываемой поверхности. Это значительно повышает производительность инструмента, удобство в работе и позволяет повысить экономию гидравлической энергии.

Поставленная задача решается также тем, что сопло, в корпусе которого выполнен проточный канал, образованный входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором, согласно изобретению в корпусе сопла выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала, которые сообщены с полостью расширительной камеры и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора, внутренняя поверхность которого выполнена параболической.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает общий вид инструмента для подводной очистки поверхности;
фиг. 2 - расположение сопел на неподвижном основании параллельно обрабатываемой поверхности;
фиг. 3 - общий вид инструмента с регулируемым компенсатором;
фиг. 4 - сопло, продольный разрез.

Инструмент для подводной очистки поверхности согласно изобретению содержит корпус 1 с закрепленной на нем рукояткой 2, сообщенный с помощью шланга 3 с источником 4 рабочей жидкости, и соединенное с корпусом 1 посредством подводящего трубопровода 5 по меньшей мере одно сопло 6 для формирования кавитирующей струи рабочей жидкости. На фиг.1 представлен инструмент с двумя соплами 6, размещенными на вращающемся диске 7, установленном на упоре 8.

При наличии трех и более сопел 6 (фиг. 2) они могут быть расположены на неподвижном основании 9 с упором 10. При этом сопла 6 расположены друг относительно друга под одним и тем же углом, равным 360/n, где n - количество сопел, например под углом 120^o при трех соплах. В этом случае одно из сопел может быть прямоточным противосоплом. При расположении осей сопел 6 параллельно обрабатываемой поверхности 11, например борту судна, инструмент дополнительно снабжен приспособлением 12 для прижима инструмента к обрабатываемой поверхности.

В случае расположения осей сопел 6 (фиг. 3) под некоторым углом α к ней, перпендикулярно к соплом 6 установлен регулируемый компенсатор 13 реакции струи, который представляет собой сопло регулируемого расхода.

Сопло 6 (фиг. 4) содержит корпус 14, в котором выполнен центральный проточный канал, образованный входным конфузором 15, прямым цилиндрическим участком 16, расширительной камерой 17 с выходным участком 18 и выходным диффузором 19, внутренняя поверхность которого выполнена параболической. В корпусе 14 вокруг диффузора 19 выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала 20, которые сообщены с полостью расширительной камеры 17 и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора 19. Оптимальное количество каналов 20 составляет 3-4, а их диаметр - 1-2 диаметра d сопла.

Предлагаемый инструмент для подводной очистки поверхности работает следующим образом.

Вода под напором по шлангу 3 (фиг. 1) подается к инструменту, а затем по трубопроводу 5 подводится к соплам 6, которыми осуществляется очистка поверхности. Каналы 20, выполненные в корпусе 14 сопла и сообщенные с полостью расширительной камеры 17, за счет подсоса жидкости извне в результате разрежения, возникающего при движении потока, обеспечивают дополнительную компенсацию реакции струи в зависимости от размера и количества каналов 20.

Сила F компенсации реакции струи рассчитывается по следующей формуле:
F≥n·f·sin α (1)
где n - количество сопел;
f - сила реакции истекающей из сопла струи;
α - угол между осью сопла и обрабатываемой поверхностью.

При расчете формы сопла 6 и соотношения его внутренних размеров критическим параметром, при котором заведомо появляется кавитация на выходе сопла, принята скорость звука в воздухе (330 м/с). При достижении этого значения скорости истечения жидкости предполагается, что по всему сечению струи, проходящей через расширительную камеру 16 (а не по ее периметру, как в прототипе), возникают условия появления кавитации, поэтому весь расчет сводится к расчету скорости истечения воды через сопло. При расположении осей сопел 6 параллельно обрабатываемой поверхности 11 инструмент имеет приспособление 12 для прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, а при расположении под некоторым углом α к ней, перпендикулярно к соплом 6, установлен регулируемый компенсатор 13 реакции струи, который представляет собой сопло регулируемого расхода.

Изобретения относятся к технологии гидродинамической очистки и касаются создания инструментов для очистки подводных поверхностей корпусов судов и гидротехнических сооружений от обрастаний, коррозионных корок и химических и механических отложений. Инструмент для этой очистки имеет корпус, снабженный рукояткой и соединенный с источником рабочей жидкости. Инструмент выполнен с по крайней мере одним соплом для формирования кавитирующей струи рабочей жидкости, соединенным с корпусом посредством подводящего трубопровода. Проточный канал сопла образован входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором. В корпусе сопла выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала. Каналы сообщены с полостью расширительной камеры. Выходные отверстия каналов направлены в сторону выхода диффузора. Внутренняя поверхность диффузора является параболической. При наличии двух и более сопел они могут быть установлены на вращающемся диске. При наличии трех и более сопел они могут устанавливаться на неподвижном основании. При этом сопла целесообразно располагать друг относительно друга под одним и тем же углом, равным 360/n, где n - количество сопел. Инструмент целесообразно снабжать регулируемым компенсатором реакции струи при расположении осей сопел под углом к обрабатываемой поверхности и снабжать приспособлением для прижима к ней в случае расположения осей сопел параллельно этой поверхности. Технический результат реализации группы изобретений состоит в создании инструмента и его сопла, обеспечивающих частичную компенсацию реактивной силы истекающей струи воды с одновременным повышением КПД. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Инструмент для подводной очистки поверхности, содержащий корпус, снабженный рукояткой и соединенный с источником рабочей жидкости, и по меньшей мере одно соединенное с корпусом посредством подводящего трубопровода сопло для формирования кавитирующей струи рабочей жидкости, проточный канал которого образован входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором, отличающийся тем, что в корпусе сопла выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала, которые сообщены с полостью расширительной камеры и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора, внутренняя поверхность которого выполнена параболической. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что при наличии двух и более сопел они установлены на вращающемся диске. 3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что при наличии трех и более сопел они установлены на неподвижном основании, при этом сопла расположены друг относительно друга под одним и тем же углом, равным 360/n, где n - количество сопел. 4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что при расположении осей сопел под углом к обрабатываемой поверхности он дополнительно снабжен регулируемым компенсатором реакции струи. 5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что при расположении осей сопел параллельно обрабатываемой поверхности он дополнительно снабжен приспособлением для прижима к обрабатываемой поверхности. 6. Сопло, в корпусе которого выполнен проточный канал, образованный входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором, отличающееся тем, что в корпусе сопла дополнительно выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала, которые сообщены с полостью расширительной камеры и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора, внутренняя поверхность которого выполнена параболической.