БЕЗРЕАКТИВНЫЙ ГИДРОМОНИТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2008 года по МПК B63B59/06 B08B3/02 

Изобретение относится к технологическим устройствам для гидродинамической обработки поверхностей, проводимой в жидкой или газовой среде, и может быть использовано для очистки корпусов судов, погружаемых конструкций, гидротехнических сооружений и других объектов от контактных наслоений различного генезиса.

Известен безреактивный инструмент для подводной гидродинамической очистки корпусов судов от наростов водных микроорганизмов (см. RU патент №2107006, МПК 6 В63В 59/08, опубл. 20.03.1998 г.). Он имеет корпус с рукояткой, ствол с установленным на нем образователем высоконапорной струи, шланг подвода рабочей жидкости от источника высокого давления через корпус к стволу и контрсопло для реактивной струи, направленной противоположно рабочей струе, причем контрсопло образовано профильным обтекаемым кольцом с установленным в нем и приводимым во вращение гидродвигателем гребным винтом с хвостовиком.

Недостатками известного инструмента являются сложность, громоздкость и многоэлементность его конструкции, что создает неудобства для работы оператора, который к тому же находится в зоне действия струи от контрсопла, что снижает эффективность и производительность работ.

Известен также гидродинамический безреактивный инструмент для очистки поверхностей (см. US патент №4716849, МПК 4 В63В 59/00), содержащий корпус-рукоятку с каналами магистрали подвода рабочей жидкости, ствол, соединенный с корпусом-рукояткой, высоконапорное рабочее сопло, соединенное со стволом, эжектор, установленный на стволе, защитную планку, переходник, установленный на корпусе-рукоятке, и шланг, соединяющий каналы магистрали подвода рабочей жидкости корпуса-рукоятки через ее переходник с источником высокого давления.

Недостатки вышеописанного устройства - сложность конструкции инструмента, его громоздкость за счет размещения эжектора-компенсатора реактивной струи на противоположном от сопла генератора высоконапорной струи конце ствола, а также многоэлементность инструмента и технологическая сложность изготовления эжектора компенсатора с заданными параметрами. Отвод струи от эжектора-компенсатора за спину оператора снижает эффективность и производительность работ и создает определенные неудобства при его использовании.

Наиболее близким техническим решением является гидродинамический безреактивный инструмент для очистки поверхностей (патент №2168441, МПК В63В 5/00, В63В 5/06, В63С 11/52, опубл. 10.06.2001 г.), содержащий корпус-рукоятку с каналами магистрали подвода рабочего тела, прямолинейный или криволинейный ствол, соединенный с корпусом-рукояткой, высоконапорное рабочее сопло, соединенное со стволом, защитную планку, переходник, установленный на корпусе-рукоятке, и шланг, соединяющий каналы магистрали подвода рабочего тела, корпуса-рукоятки через ее переходник с источником высокого давления, регулятор расхода рабочего тела с регулировочной ручкой, установленный на корпусе-рукоятке и включенный в магистраль подачи рабочего тела, наконечник, установленный на свободном конце ствола с образованием эжектора и камеры высокого давления за срезом ствола со стороны размещения высоконапорного рабочего сопла по отношению к стволу, установленного, в свою очередь, на наконечнике ствола, насадкой с регулировочными отверстиями, установленной на наконечнике ствола, регулятор эжектора и установленную на нем опорную скобу, причем эжектор образован осесимметричными сквозными каналами насадки и регулировочного кольца.

Недостатками такого инструмента являются сложность конструкции и неэффективность создания контрусилия посредством регулируемой струи эжектора. Как известно (см. Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982, с.422, с.232), энергия суммарного потока больше энергии потока полезной подачи (входящего в эжектор потока), но меньше энергии рабочего потока (из ствола) перед входом в эжектор. Поэтому регулирование контрусилия возможно эжектором только в сторону уменьшения его величины при прочих равных условиях и постоянном расходе жидкости. Кроме того, коэффициент полезного действия эжектора (струйного насоса) невелик и составляет 0,2÷0,35 (см. Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982, строка после формулы 2.93). Энергия контрструи частично затрачивается на перемещение жидкости вдоль ствола через сквозные отверстия и не создает реактивной тяги. Таким образом, регулирование контрусилия эжектором повышает расход рабочей жидкости и, соответственно, энергозатраты.

Задачей изобретения является упрощение конструкции инструмента, повышение удобства эксплуатации и снижение энергозатрат при работе за счет уменьшения расхода рабочей жидкости, используемой для уравновешивания реактивной силы рабочей струи.

Для получения необходимого технического результата в известном безреактивном гидромониторе для очистки поверхностей, содержащем корпус-рукоятку с каналами раздачи рабочей жидкости и соединенный с ним ствол, высоконапорное рабочее сопло, соединенное со стволом, вспомогательное сопло для уравновешивания реактивной силы рабочей струи, регулятор расхода рабочей жидкости и шланг, соединяющий входной канал корпуса-рукоятки с магистралью источника высокого давления, согласно изобретению вспомогательное сопло снабжено подводящей трубкой, одинаково ориентировано с рабочим соплом и размещено в защитном кожухе, закрепленном на корпусе-рукоятке, и выполнено в виде цилиндрической трубки, снабженной с одного конца отражателем, выполненным в виде полусферы, обращенной вогнутой стороной к вспомогательной струе, ствол снабжен рукояткой, установленной с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси ствола, причем площадь сечения вспомогательного сопла выбрана в два раза меньше, чем площадь сечения рабочего сопла.

Гидромонитор может быть выполнен таким образом, что ось вспомогательного сопла пересекает ось рабочего сопла в месте выхода рабочей струи из ствола.

Отражатель в форме сферы может быть снабжен коноидальным наконечником, установленным с внутренней стороны по оси вспомогательного сопла.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид гидромонитора с местными разрезами;

на фиг.2 - вид сверху с местными разрезами и убранной половиной защитного кожуха.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - рабочее сопло;

2 - ствол;

3 - отражатель вспомогательной струи;

4 - вспомогательное сопло;

5 - подводящая трубка вспомогательного сопла;

6 - защитный кожух (на фиг.2 показана половина кожуха);

7 - переходник;

8 - шланг;

9 - гидрораспределитель (крановый пробковый);

10 - корпус-рукоятка;

11 - рукоятка подвижная;

12 - поворотный рычаг гидрораспределителя.

Безреактивный монитор для очистки поверхностей содержит корпус-рукоятку 10 с каналами (показаны, но не обозначены) подвода рабочей жидкости. Ствол 2 одним концом соединен с корпусом-рукояткой 10, а на другом конце имеет высоконапорное рабочее сопло 1 (коноидальный насадок). Корпус-рукоятка имеет сквозное отверстие для подачи рабочей жидкости из шланга 8 через переходник 7 в ствол 2 и отверстие для подачи рабочей жидкости в подводящую трубку 5 вспомогательного сопла 4. На стволе с помощью винта (на фиг.1 показана его ось) закрепляется подвижная рукоятка 11. В корпусе-рукоятке 10 размещен крановый пробковый гидрораспределитель 9 с поворотным рычагом 12 и с каналами для подачи рабочей жидкости в ствол 2 и в подводящую трубку 5.

По оси вспомогательного сопла 4 установлен отражатель 3 вспомогательной струи в виде полусферы, обращенный внутренней поверхностью к вспомогательному соплу 4. Подводящая трубка 5 выполнена Г-образной (при расположении сопла в одной вертикальной плоскости со стволом) или изогнутой в трех ортогональных плоскостях (фиг.2). Ось прямолинейного участка трубки 5 с закрепленным на нем соплом 4 может быть параллельной оси ствола 2 и может пересекаться с осью ствола в месте выхода рабочей струи из рабочего сопла. Отражатель 3 в форме сферы может снабжаться коноидальным наконечником (на чертежах не показан), установленным с внутренней стороны по оси вспомогательного сопла.

Гидромонитор работает следующим образом. Рабочая жидкость под заданным давлением поступает по шлангу 8 от источника высокого давления (не показан) через переходник 7 в каналы гидрораспределителя 9, установленного в корпусе-рукоятке, откуда один поток поступает в ствол 2 и через рабочее сопло сжатой (рабочей) струей воздействует на очищаемую поверхность (не показана), а другой - в подводящую трубку 5 и через вспомогательное сопло 4 сжатой (вспомогательной) струей направляется на отражатель 3 и отраженной (реактивной) струей направляется в защитный кожух. Для удобства выполнения работ предусмотрена подвижная рукоятка 11 (смонтированная с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси ствола), которую устанавливают и закрепляют с учетом антропометрических данных оператора. Использование в гидромониторе двух рукояток упрощает выполнение работ, особенно в подводных условиях. Благодаря прямому и реактивному воздействию вспомогательной струи возникающая сила, воздействующая на отражатель, в два раза превышает силу реактивного действия рабочей струи при равных расходах и скоростях упомянутых выше струй. Известно, что сила воздействия струи на прямолинейную стенку N_p=Q_p·V_p, где Q_p - массовый расход жидкости в рабочей струе, кг/с; V_p - скорость рабочей струи, м/с. Реактивная сила равна по величине и направлена противоположно этой силе. На внутреннюю сферическую поверхность воздействует вспомогательная струя с силой

N_В=2Q_В·V_P. Учитывая, что Q=S·V, где S - сечение сопла, можно записать N_p=S_P·V_P ² и N_В=2S_В·V_В ². Скорость определяется по формуле

где ϕ - коэффициент скорости; Р - давление, Па; ρ - плотность рабочей жидкости, кг/м³. Приравняем силу N_p к N_В (т.е. обеспечиваем уравновешивание силы от рабочей струи силой от вспомогательной струи)

получим для равного давления перед соплами и одинаковой конфигурации сопел (ϕ_P=ϕ_В) S_В=0,5S_p. To есть для уравновешивания реактивной силы рабочей струи в гидромониторе с отражателем сечение вспомогательной струи (сечение сопла) должно быть в два раза меньше сечения рабочей струи. Таким образом, расход рабочей жидкости, направляемой на компенсацию реактивной силы рабочей струи, сокращается в два раза и тем самым снижаются энергозатраты источника высокого давления рабочей жидкости.

Простота конструкции гидромонитора обеспечивает надежность в эксплуатации и позволяет производить его изготовление в механических мастерских, используя универсальное оборудование.

Гидромонитор относится к устройствам для гидродинамической обработки поверхностей, проводимой в жидкой или газовой среде, и может быть использовано для очистки корпусов судов, погружаемых конструкций, гидротехнических сооружений и других объектов от контактных наслоений различного генезиса. Безреактивный гидромонитор для очистки поверхностей содержит корпус-рукоятку с каналами раздачи рабочей жидкости, ствол, высоконапорное рабочее сопло, вспомогательное сопло для уравновешивания реактивной силы рабочей струи, регулятор расхода рабочей жидкости и шланг, соединяющий входной канал корпуса-рукоятки с магистралью источника высокого давления. Вспомогательное сопло снабжено подводящей трубкой, одинаково ориентировано с рабочим соплом и размещено в защитном кожухе. Кожух выполнен в виде цилиндрической трубки и снабжен с одного конца отражателем, выполненным в виде полусферы, обращенной вогнутой стороной к вспомогательной струе. Площадь сечения вспомогательного сопла выбрана в два раза меньше площади сечения рабочего сопла. Технический результат направлен на упрощение конструкции, повышение удобства эксплуатации и снижение энергозатрат при работе за счет уменьшения расхода рабочей жидкости, используемой для уравновешивания реактивной силы рабочей струи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Безреактивный гидромонитор для очистки поверхностей, содержащий корпус-рукоятку с каналами раздачи рабочей жидкости и соединенный с ним ствол, высоконапорное рабочее сопло, соединенное со стволом, вспомогательное сопло для уравновешивания реактивной силы рабочей струи, регулятор расхода рабочей жидкости и шланг, соединяющий входной канал корпуса-рукоятки с магистралью источника высокого давления, отличающийся тем, что вспомогательное сопло снабжено подводящей трубкой, одинаково ориентировано с рабочим соплом и размещено в защитном кожухе, закрепленном на корпусе-рукоятке и выполненном в виде цилиндрической трубки, снабженной с одного конца отражателем, выполненным в виде полусферы, обращенной вогнутой стороной к вспомогательной струе, ствол снабжен рукояткой, установленной с возможностью перемещения вдоль и вращения вокруг оси ствола, причем площадь сечения вспомогательного сопла выбрана в два раза меньше, чем площадь сечения рабочего сопла.2. Безреактивный гидромонитор по п.1, отличающийся тем, что отражатель снабжен коноидальным наконечником, установленным с внутренней стороны по оси вспомогательного сопла.