ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ БЕЗРЕАКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2004 года по МПК B63B59/00 B63B59/08 B63C11/52 B08B3/02 

Изобретение относится к гидрокавитационному оборудованию и может быть использовано для подводной очистки сложных поверхностей, в том числе для очистки поверхности судов и различных подводных частей сооружений, например, причалов, пристаней и т.п.

Известен гидродинамический безреактивный инструмент для очистки поверхностей, содержащий ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол, рукоятку, установленную на стволе, регулятор расхода воды (Патент РФ №2168441, В 63 В 59/00, 50/06, В 63 С 11/52, опубл. 2001 г.).

В этом техническом решении рукоятка подсоединена на конце ствола, противоположном гидрокавитационному соплу. Шланг для подачи воды закреплен на торце рукоятки, внутри которой выполнен канал для подачи воды в ствол. Регулятор расхода воды установлен на стволе между рукояткой и гидрокавитационным соплом. Регулятор расхода в этом инструменте выполнен в виде эжектора, образованного осесимметричными каналами, параллельными оси ствола, с регулировочным кольцом, взаимодействующим с упомянутыми каналами.

Ограничениями этого технического решения являются: поток воды в эжектор попадает с поворотом на 180°, из-за чего теряется часть водяного напора; каналы выполнены цилиндрическими, малого диаметра, что также приводит к большим потерям давления; конструкция корпуса эжектора не позволяет организовать качественное смешивание эжектирующего и эжектируемого потоков; трудно регулируется тяга эжектора из-за малых проходных сечений каналов; расположение эжектора в головной части инструмента приводит к тому, что его каналы постоянно забиваются продуктами разрушения биообрастаний (рабочее гидрокавитационное сопло обычно располагается на расстоянии ~ 100 мм от зоны разрушения биообрастаний и вокруг него образуется облако из разрушенных остатков обрастании, ржавчины, краски и т.п.), расположение регулятора расхода воды в области рабочего потока воды, подаваемой в сопло, не позволяет эффективно гасить реактивную составляющую струи при изменении расстояния от гидрокавитационного сопла до зоны обработки.

Известно подводное чистящее ружье, содержащее ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, а другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему на срединном участке ствола, рукоятку, установленную на стволе на срединном его участке (Патент Германии №1531571, В 63 В 59/00, опубл. 1971 г.).

В этом техническом решении для компенсации реактивной составляющей струи в хвостовой части ствола установлено компенсационное сопло, к которому подводится вода высокого давления. Для увеличения тяги струи применен инжектор, в который подается воздух по трубопроводу, сообщенному с воздушной массой над поверхностью воды.

Ограничениями устройства являются: неудобство пользования, т.к. необходимо выводить трубопровод над поверхностью воды; невозможность регулирования тяги инжектора (отсутствует система регулировки), особенно с изменением глубины погружения (меняется количество инжектируемого воздуха из-за изменения противодавления окружающей среды); сложность конструкции.

Известен инструмент для подводной очистки поверхности, содержащий ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, а другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему на срединном участке ствола, рукоятку, установленную на стволе на срединном его участке, эжектор, установленный в стволе на его хвостовом участке (Патент США №4716849, В 63 В 59/00, опубл. 1988 г.).

Преимуществом этого технического решения перед другими является использование эжектора, установленного в хвостовой части ствола, что позволяет эффективно гасить реактивную составляющую от струи воды высокого давления, вытекающей из гидрокавитационного сопла. Корпус эжектора в этом устройстве установлен внутри ствола на пилонах.

Ограничением этого технического решения является то, что эжектор не имеет системы для регулирования тяги эжектора, что не позволяет компенсировать реактивную составляющую от рабочей струи, например, при изменениях расхода воды через гидрокавитационное сопло, при изменении расстояния от гидрокавитационного сопла до зоны обработки (длины рабочей струи), при изменении глубины погружения и т.д. Кроме того, из-за использования эжектора в виде хвостовой насадки конструкция является достаточно сложной и громоздкой. Из-за отсутствия системы регулировки тяги эжектора снижается производительность и номенклатура выполняемых работ.

Наиболее близким техническим решением является инструмент для подводной очистки поверхности, содержащий ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, а другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему через отверстие в стволе на срединном участке ствола, рукоятку, установленную на стволе на срединном его участке, эжектор, выполненный с эжектирующим соплом и с эжектируемым соплом, установленный на участке между шлангом и свободным концом ствола и выполненный с регулируемой тягой (расходом воды) посредством регулятора (патент РФ №2122960, В 63 В 59/00, опубл. 1998 г.).

В этом техническом решении регулятор может быть выполнен в двух вариантах.

В первом варианте выполнения инструмента регулятор содержит два диска с секторными окнами, неподвижный диск и подвижный диск. Подвижный диск поджимается к неподвижному с помощью пружины и шайбы при закручивании гайки. Положение подвижного диска относительно неподвижного фиксируется пальцем с рукояткой, вворачиваемым через ограничительный паз в глухое резьбовое отверстие, расположенное во входном торце корпуса эжектируемого сопла.

Во втором варианте регулятор образован закреплением на эжектирующем сопле с помощью пилонов цилиндрического корпуса, который имеет на цилиндрической поверхности сквозной паз ограниченной длины, выполненный по винтовой линии. Внутрь корпуса вставлено по ходовой посадке эжектируемое сопло со смесительной камерой. Соединение эжектируемого сопла и корпуса имеет герметизирующее уплотнение, а на боковой поверхности эжектируемого сопла имеется глухое резьбовое отверстие, в которое через паз ввернут палец с рукояткой.

Преимуществами этого инструмента перед другими являются обеспечение компенсирования реактивной составляющей от рабочей струи при изменениях расхода воды через гидрокавитационное сопло, при изменении расстояния от гидрокавитационного сопла до зоны обработки, при изменении глубины погружения водолаза или при изменении скорости течения.

Ограничениями этого технического решения являются:

- в эжекторе используется обычное эжектирующее сопло, которое хотя уменьшает расход эжектирующей жидкости, но одновременно увеличивает скорость струи, выходящей из свободного конца ствола. Вытекающая острая струя воды под напором воздействует на водолаза, что может привести к нарушению его экипировки и к травмированию водолаза;

- поток воды в смесительную камеру эжектора, вовлекаемый с внешней стороны инструмента в обоих вариантах исполнения регулятора, подается перед срезом эжектирующего сопла, поэтому регулятор имеет незначительный диапазон регулирования расхода воды (тяги). В результате снижается номенклатура и производительность выполняемых работ, например, при изменении расстояния от гидрокавитационного сопла до зоны обработки, при увеличении глубины погружения водолаза или при изменении скорости течения окружающей водолаза воды;

- регулятор имеет большие поперечные габариты, что ухудшает эргономику инструмента, кроме того, он имеет сложную конструкцию и требует дополнительной фиксации водолазом положения отдельных подвижных частей регулятора, что усложняет работу водолаза под водой.

Решаемая изобретением задача - повышение номенклатуры и производительности выполняемых работ, улучшение эргономических характеристик.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - увеличение диапазона регулирования тяги, повышение безопасности, уменьшение габаритов и упрощение конструкции.

Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается тем, что в известном инструменте для подводной очистки поверхности, содержащем ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, а другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему через отверстие в стволе на срединном участке ствола, рукоятку, установленную на стволе на срединном его участке, эжектор, выполненный с эжектирующим соплом и эжектируемым соплом, установленный на участке между шлангом и свободным концом ствола и выполненный с регулируемым расходом воды посредством регулятора, согласно изобретению эжектирующее сопло эжектора выполнено в виде гидрокавитационной форсунки, а регулятор выполнен из гильзы, установленной на стволе и в которой выполнены окна на участке между гидрокавитационной форсункой и эжектируемым соплом, при этом в стволе выполнены ответные окна, а гильза установлена с возможностью изменения площади перекрытия ее окон и ответных окон ствола.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- был введен элемент для подсоединения шланга к стволу, который выполнен с возможностью поворота шланга вокруг продольной оси ствола и с возможностью вращения шланга вокруг поперечной оси ствола;

- элемент для подсоединения шланга к стволу был выполнен из фитинга, установленного с возможностью вращения на наружной поверхности ствола в области рукоятки и снабженного уплотнительными кольцами, установленными между фитингом и стволом, и был выполнен из вертлюга, снабженного штуцером и установленного с возможностью вращения снаружи фитинга, вертлюг снабжен уплотнительными прокладками, установленными между фитингом и вертлюгом, в фитинге и вертлюге выполнены связанные между собой каналы, сообщенные соответственно с отверстием в стволе и с полостью шланга через штуцер;

- был введен ложемент-упор, установленный со стороны свободного конца ствола на его наружной поверхности и выполненный с возможностью перемещения и фиксирования его положения вдоль продольной оси ствола.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает продольное сечение инструмента;

фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1;

фиг.4 - элемент для подсоединения шланга к стволу.

Инструмент для подводной очистки поверхности (фиг.1) содержит ствол 1. Гидрокавитационное сопло 2 установлено в стволе 1 на одном его конце, а другой конец ствола 1 выполнен свободным. Шланг 3 предназначен для подачи воды в ствол 1 и подсоединен к нему через отверстие 4 в стволе 1 на срединном участке ствола 1. Рукоятка 5 установлена на стволе 1 на срединном его участке. Эжектор 6 выполнен с эжектирующим соплом 7 и с эжектируемым соплом 8. Эжектор 6 установлен на участке между шлангом 3 и свободным концом ствола 1 и выполнен с регулируемым расходом воды посредством регулятора.

Эжектирующее сопло 7 эжектора 6 выполнено в виде форсунки (эжектируемое сопло 8 эжектора 6 полностью установлено за гидрокавитационной форсункой по ходу воды). Регулятор выполнен из гильзы 9, установленной на стволе 1. В гильзе 9 выполнены окна 10, расположенные вдоль продольной оси ствола 1 на участке между эжектирующим соплом 7 и эжектируемым соплом 8 (фиг.1, 3). В стволе 1 выполнены ответные окна 11, а гильза 9 установлена с возможностью изменения площади перекрытия ее окон 10 и ответных окон 11 ствола 1.

Ствол 1 может быть выполнен единым или составным за счет установки корпуса эжектора 6.

Может быть введен элемент 12 для подсоединения шланга 3 к стволу 1. Элемент 12 (фиг.1, 2, 4) выполнен с возможностью поворота шланга 3 вокруг продольной оси ствола 1 и с возможностью вращения шланга 3 вокруг продольной оси канала 18 фитинга 13, сообщенного с полостью шланга 3. Возможно использование различных известных из уровня техники конструктивных поворотных элементов, исключающих перекручивание проводов, шлангов и т.п., использующихся обычно и в бытовой технике. Однако для дополнительного упрощения конструкции целесообразно использовать элемент 12, конструктивно специально сопряженный со стволом 1.

Элемент 12 для подсоединения шланга к стволу может быть выполнен из фитинга 13, установленного на наружной поверхности ствола 1 в области рукоятки 5. Фитинг 13 снабжен уплотнительными кольцами 14, установленными между фитингом 13 и стволом 1. Вертлюг 15 установлен снаружи фитинга 13 и снабжен штуцером 16. Уплотнительные прокладки 17 вертлюга 15 установлены между фитингом 13 и вертлюгом 15. В фитинге 13 выполнен канал 18 (один радиальный, сообщенный с одним или несколькими продольными), а в вертлюге 15 выполнен канал 19 (продольный). Канал 18 с противоположных своих сторон сообщен с каналом 19 и сообщен с отверстием 4 в стволе 1. Канал 19 сообщен с каналом 18 и полостью шланга 3 через штуцер 16. Для сообщения канала 18 с каналом 19 и отверстием 4 могут быть дополнительно выполнены соответствующие кольцеобразные канавки. Таким образом, элемент 12 (фиг.1, 2, 4) выполнен с возможностью поворота шланга 3 вокруг продольной оси ствола 1 и с возможностью вращения шланга 3 вокруг продольной оси фитинга 13 (поперечной оси ствола 1).

Для удобства работы в конструкцию может быть введен ложемент-упор 20 (фиг.1), установленный со стороны свободного конца ствола 1 на его наружной поверхности. Ложемент-упор 20 выполнен с возможностью перемещения и фиксирования его положения вдоль продольной оси ствола 1 посредством винта 21.

Инструмент работает следующим образом (фиг.1).

Вода под заданным давлением поступает по шлангу 3 в штуцер 16 и по каналу 19 вертлюга 15 в канал(ы) 18 фитинга 13. По каналу 18 фитинга 13 она далее поступает в отверстие(я) 4 ствола 1. Поток воды разветвляется на два потока. Один поступает по стволу 1 в гидрокавитационное сопло 2, а другой - в гидрокавитационную форсунку (эжектирующее сопло 7). Истекая из гидрокавитационного сопла 2, кавитирующая струя направляется на обрабатываемую поверхность. Под воздействием кавитирующей струи происходит очистка поверхности от биологических обрастании, отслоившейся краски, ржавчины.

При истечении воды из гидрокавитационного сопла 2 и попадании ее на обрабатываемую поверхность возникает сила реакции, которая через инструмент (через рукоятку 5) передается водолазу. Для компенсации этой реактивной силы установлена гидрокавитационная форсунка. Второй поток воды под рабочим давлением вытекает из гидрокавитационной форсунки и попадает в эжектируемое сопло 8 эжектора 6. На входе эжектируемого сопла 8 создается разрежение и окружающая инструмент вода всасывается через окна 10 гильзы 9 и ответные окна 11 ствола 1 в эжектор 6, где смешивается со струей воды, вытекающей из гидрокавитационной форсунки (гидрокавитационная форсунка может быть выполнена с идентичными техническими параметрами гидрокавитационного сопла 2). Струя воды, вытекающая из эжектора 6, создает силу, компенсирующую реактивную силу кавитирующей струи из гидрокавитационного сопла 2.

Для регулирования расхода воды через эжектор 6 на стволе 1 установлена гильза 9 с окнами 10. При повороте гильзы 9 вокруг продольной оси ствола 1 (фиг.3) происходит изменение проходного сечения окон 10 и ответных окон 11 ствола 1. Тем самым изменяется подсос окружающей воды в эжектор 6 и регулируется тяга эжектора 6. Поскольку вода всасывается в смесительную камеру эжектора через окна 10 и ответные окна 11 непосредственно между срезом гидрокавитационной форсунки и входным срезом эжектируемого сопла 8, значительно увеличивается диапазон регулирования тяги (расхода).

Внутренний диаметр D_k корпуса эжектора 6 выбирается из условия D_k=10-15 d_ф, где d_ф - внутренний выходной диаметр гидрокавитационной форсунки. Диаметр D_эж сопла 8 эжектора 6 D_эж=4-7 d_ф, а расстояние l от среза гидрокавитационной форсунки до эжектируемого сопла 8 эжектора 6 - l=4-7 d_ф.

Использование гидрокавитационной форсунки (вырабатывающей кавитирующую струю) в эжекторе 6 позволяет резко уменьшить воздействие высоконапорной струи из гидрокавитационного сопла 2 на водолаза. Подача окружающей воды в эжектор 6 позволяет не только регулировать его тягу и уменьшить скорость струи воды, вытекающей из свободного конца ствола 1, но за счет использования кавитирующей струи гидрокавитационной форсунки уменьшить воздействие этой струи на водолаза. Это связано с различным механизмом воздействия кавитирующей струи и обычной струи на упругую и мягкую поверхность, которой является экипировка водолаза. На практике в зоне обработки поверхности максимальная интенсивность схлопывания кавитационных пузырьков возникает на расстоянии L от обрабатываемой поверхности, равном L=(40-60)d_ф. При этом интенсивное схлопывание пузырьков (микровзрыв) происходит, если подстилающая поверхность с биобрастаниями является достаточно жесткой. Если водолаз подставляет руку под кавитирующую струю в области гидрокавитационного сопла 2, то он практически не испытывает никакого воздействия кавитирующей струи. Если же струя является высоконапорной и обычной (при использовании обычного эжектирующего сопла 7, как в ближайшем аналоге), то такая струя проявляет режущие свойства и способна травмировать водолаза. Выполнение эжектирующего сопла 7 эжектора 6 в виде гидрокавитационной форсунки позволяет значительно увеличить диапазон регулирования тяги, а значит и расширить номенклатуру и производительность выполняемых работ, и в то же время обеспечить безопасность проведения работ. Так как технические параметры гидрокавитационной форсунки (эжектирующего сопла 7) соответствуют техническим параметрам гидрокавитационного сопла 2, то удается компенсировать реактивную составляющую струи практически на любых режимах работы инструмента.

Свободное вращение фитинга 13 вокруг продольной оси ствола 1 и вращение вертлюга 15 (фиг.4) вокруг продольной оси фитинга 13 позволяют водолазу выполнять рабочие движения инструментом в любой плоскости. Этим устраняется сопротивление жесткого шланга 3 высокого давления, а расположение фитинга 13 на стволе 1 в районе рукоятки 5 позволяет получить уравновешенный инструмент и улучшить его эргономические характеристики.

Для удобства удержания инструмента используется ложемент-упор 20 (фиг.1), который упирается в предплечье водолаза.

Таким образом, заявленный инструмент прост и надежен в эксплуатации, обеспечивает необходимую безопасность работы водолаза, повышает качество и эффективность очистных работ, обладает более высокими органомическими характеристиками и расширяет номенклатуру выполняемых работ.

Наиболее успешно заявленный гидродинамический безреактивный инструмент для очистки поверхности может быть промышленно применим для подводной очистки различных поверхностей, преимущественно для очистки корпусов судов и разнообразных по форме подводных частей гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к гидрокавитационному оборудованию и может использоваться для создания инструментов для очистки надводных и подводных поверхностей судов и гидротехнических сооружений. Инструмент для подводной очистки поверхности имеет ствол и гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце. Другой конец ствола выполнен свободным. Инструмент для подводной очистки поверхности также имеет 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. Инструмент имеет эжектор, выполненный с эжектирующим соплом и эжектируемым соплом, установленный на участке между шлангом и свободным концом ствола и выполненный с регулируемым расходом воды посредством регулятора. Эжектирующее сопло эжектора выполнено в виде гидрокавитационной форсунки, а регулятор выполнен из гильзы, установленной на стволе. В гильзе выполнены окна на участке между гидрокавитационной форсункой и эжектируемым соплом, при этом в стволе выполнены ответные окна. Гильза установлена с возможностью изменения площади перекрытия ее окон и ответных окон ствола. Технический результат реализации изобретения заключается в увеличении диапазона регулирования тяги, в повышении безопасности эксплуатации инструмента, а также в уменьшении его габаритов и упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Инструмент для подводной очистки поверхности, содержащий ствол, гидрокавитационное сопло, установленное в стволе на одном его конце, а другой конец ствола выполнен свободным, шланг, предназначенный для подачи воды в ствол и подсоединенный к нему через отверстие в стволе на срединном участке ствола, рукоятку, установленную на стволе, на срединном его участке, эжектор, выполненный с эжектирующим соплом и эжектируемым соплом, установленный на участке между шлангом и свободным концом ствола и выполненный с регулируемым расходом воды посредством регулятора, отличающийся тем, что эжектирующее сопло эжектора выполнено в виде гидрокавитационной форсунки, а регулятор выполнен из гильзы, установленной на стволе и в которой выполнены окна на участке между гидрокавитационной форсункой и эжектируемым соплом, при этом в стволе выполнены ответные окна, а гильза установлена с возможностью изменения площади перекрытия ее окон и ответных окон ствола.2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что введен элемент для подсоединения шланга к стволу, который выполнен с возможностью поворота шланга вокруг продольной оси ствола и с возможностью вращения шланга вокруг поперечной оси ствола.3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что элемент для подсоединения шланга к стволу выполнен из фитинга, установленного с возможностью вращения на наружной поверхности стола в области рукоятки и снабженного уплотнительными кольцами, установленными между фитингом и стволом, и выполнен из вертлюга, снабженного штуцером и установленного с возможностью вращения снаружи фитинга, вертлюг снабжен уплотнительными прокладками, установленными между фитингом и вертлюгом, в фитинге и в вертлюге выполнены связанные между собой каналы, сообщенные соответственно с отверстием в стволе и с полостью шланга через штуцер.4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что введен ложемент-упор, установленный со стороны свободного конца ствола на его наружной поверхности и выполненный с возможностью перемещения и фиксирования его положения вдоль продольной оси ствола.