СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ВСЕВОЗМОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОКАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК B08B3/02 

Изобретение относится к оборудованию для очистки поверхности от всевозможных покрытий и загрязнений.

Существующие способы и методы очистки поверхности, их недостатки.

Общеизвестны способы и методы очистки поверхности: пескоструйный, гидроабразивный, гидродинамический и т.д.

Пескоструйный метод очистки основан на использовании энергии сжатого воздуха для транспортировки, разгона и удара абразивных частиц о поверхность. За счет механической работы абразивной частицы идет разрушение материала покрытий с одновременной подготовкой поверхности для нанесения новых защитных материалов.

Очень большим недостатком этого метода является большая запыленность рабочего места, превышающая параметры санитарных норм. Пыль оседает на оборудование, где есть вращающиеся узлы и детали. Подготовка производства технологически сложна, абразив должен быть просушен, просеян, хорошо упакован.

Гидроабразивный метод очистки поверхности основан на использовании энергии высокоскоростного потока воды, в который эжектируются частицы абразива.

Основным недостатком является большой расход воды и абразива для очистки больших площадей и заливка рабочего места отработанной водой, абразивом и продуктами удаления покрытий.

Гидродинамический метод очистки поверхности основан на использовании энергии высокоскоростной струи воды, которая за счет динамического воздействия на поверхность очищает ее от старого покрытия и загрязнений.

Основным недостатком является большой расход воды на единицу площади поверхности, заливка рабочего места отработанной водой и продуктами удаления покрытий.

Ближайшим аналогом предлагаемого способа очистки поверхности являются моечные аппараты высокого давления, работающие с подогревом воды. Например: OERTZEN серии Super Magnum фирмы OERTZEN. Устройства имеют насос высокого давления, подогреватель высокого давления воды. В комплект поставки входят сопла и насадки разной конструкции, для разных задач.

Данные аппараты создают высокоскоростную струю перегретой воды, которая может очищать поверхность от загрязнений, лакокрасочных термопластичных покрытий.

Эти аппараты способны создавать только слаборазвитый процесс кавитации на выходе из сопла пистолета, поэтому производительность очистки поверхности очень маленькая. Кроме того, в аппарате установлены поршневые насосы, которые выставляют жесткие требования к качеству воды. Вода должна быть с высоким качеством очистки от взвешенных частиц.

Предлагаемый способ очистки поверхности. В основе работы комплекса гидрокавитационной очистки поверхности лежит воздействие искусственно сформированных пузырьков перегретой водовоздушной смеси, в последующим наполненных насыщенным паром, на очищаемую поверхность. То есть, температура водовоздушной смеси выше точки кипения воды при атмосферном давлении.

Результаты анализа лакокрасочных или термопластичных покрытий, которые прошли многолетнюю эксплуатацию, показывают, что они могут как полностью сохранить защитные и физические свойства, так и полностью их утратить в зависимости от условий эксплуатации покрытий - подземные, атмосферные, промышленные условия.

При создании систем очистки нужно задаваться физическими свойствами покрытий, которые полностью сохранили свои начальные технические параметры. Надо рассматривать как вопросы адгезии материала покрытия, так и его механической прочности.

Для уменьшения и полного разрушения адгезии и механической прочности применяется термическое воздействие на поверхность. Высокоскоростная струя перегретой воды пластифицирует покрытие, размягчая ее. В то же время, разогретая металлическая подложка уменьшает адгезию покрытия с металлом,

Для увеличения эффективности очистки поверхности необходимо создать мощный кавитационный поток жидкости, для чего на входе насоса предусматривается устройство для подачи атмосферного воздуха специальной конструкции, а к выходу насоса подключается подогреватель воды, способный работать при высоком давлении.

Мембранный насос на входе создает разряжение, за счет которого происходит забор воды из емкости. Перед входом в насос установлен эжектор, через который идет подача атмосферного воздуха и дозированное насыщение забранной воды воздухом. Перед входом в насос создается водовоздушная смесь. Объем воздуха регламентируется: конструкцией мембранного насоса, расходом воды, заданной мощностью установки.

Объем воздуха не должен превышать объема воды, так как рабочим телом процесса является жидкость. Насос нагнетает давление (сжимает смесь) и подает в канал высокого давления.

После мембранного насоса водовоздушная смесь под давлением поступает в подогреватель высокого давления, где идет процесс нагрева смеси до заданной температуры. Воздушные пузырьки в воде являются катализатором появления в них паровой фазы жидкости. Через стенки пузырька (фазовый раздел сред) идет процесс испарения воды до появления в полости насыщенного пара. Процесс создания насыщенного пара в воздушных пузырьках продолжается в канале высокого давления (шланге) после подогревателя, вплоть до выходного сопла. Именно насыщенный пар является основной разрушающей силой при очистке поверхности.

При выходе перегретой водовоздушной смеси из сопла моечного пистолета в атмосферу в струе начинается увеличение диаметра паровоздушного пузырька до тех пор, пока давление внутри пузырька не сравняется с атмосферным.

В месте соприкосновения высокоскоростного потока водовоздушной смеси и поверхности создается зона повышенного давления. Начинается резкое сжатие парогазовых пузырьков и схлопывание при ударе о поверхность. Скорость нарастания сжатия парогазового пузырька является основополагающим фактором количеству выделяемой энергии при схлопывании. При схлопывании кавитационного пузырька возникает кумулятивная струйка. Скорость кумулятивной струйки может достигать больших значений и развивать локальное динамическое давление на окружающую среду до 10000 атм.

Одновременное воздействие развитой кавитации и температуры пластифицирует и разрушает лакокрасочные, термопластичные материалы. Хорошо удаляются: рыхлая коррозия, покрытия на не металлических поверхностях (бетон, дерево).

Для удаления лакокрасочных и термопластичных покрытий на металле требуется прогрев до температуры пластификации, поэтому расход перегретой водовоздушной смеси резко возрастает.

Большим преимуществом работы данной установки является: отсутствие жестких требований по качеству воды, работа струей перегретой водовоздушной смеси не позволяет заливать рабочее место отработанной водой. После удара перегретой струи о поверхность идет фазовый переход воды, она превращается в пар и уносится в атмосферу. Смоченные продукты удаления не образуют пылеобразное облако, а оседают на землю, где твердые отходы можно легко утилизировать.

Сущность изобретения поясняется гидравлической схемой комплекса гидрокавитационной очистки поверхности (см. чертеж). Устройство - комплекс гидрокавитационной очистки поверхности - содержит мембранный насос 4, эжектор 3, подогреватель высокого давления 5, шланги подачи воды 8, 9, 10.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая вода из приемной емкости 1 через фильтр 2 по шлангу 8 в приемный патрубок мембранного насоса 4 дозировано насыщается воздухом через специальный эжектор 3. Самовсасывающий насос высокого давления мембранного типа 4 создает значительное разрежение в приемном патрубке, что обеспечивает насыщение рабочей воды воздухом за счет эжекции воздуха непосредственно в рабочую воду без применения дополнительных устройств. Специальная конструкция эжектора 3 обеспечивает дозированное насыщение рабочей воды пузырьками воздуха с установленными опытным путем необходимыми для достижения оптимального развития кавитации и максимального эффекта очистки поверхности объемными долями и размерами отдельных пузырьков.

За счет создаваемого в приемном патрубке насоса разрежения полученную водовоздушную смесь сжимают насосом до высокого давления и направляют в напорную магистраль (шланг) 9. Водовоздушную смесь под высоким давлением нагревают в подогревателе воды высокого давления 5 до температуры, превышающей температуру кипения при нормальном атмосферном давлении, и направляют по напорной магистрали (шланг) 10 на очищаемую поверхность через специальное сопло 6. Длина напорной магистрали (шланга) высокого давления от нагревателя к соплу устанавливается исходя из обеспечения полного насыщения пузырьков воздуха в рабочей среде водяным паром, то есть достижения фазы насыщенного пара. Размеры выходного отверстия и конфигурация сопла подобраны опытным путем для обеспечения оптимального развития кавитационного процесса и максимального эффекта очистки поверхности. После выхода из сопла при резком снижении давления до атмосферного в струе рабочей перегретой водовоздушной смеси происходит рост пузырьков парогазовой фазы, затем при ударе перегретой струи рабочей жидкости, насыщенной пузырьками парогазовой фазы, происходит резкое повышение давления, объем парогазовых пузырьков начинает уменьшаться со скоростью, превышающей скорость звука в воде, вплоть до схлопывания, при схлопывании парогазовых пузырьков выделяется разрушительная энергия кавитации.

При прекращении подачи рабочей среды на обрабатываемую поверхность рабочая среда по магистрали 11 через клапан 7 поступает обратно в приемную емкость 1.

За счет перегрева рабочей воды выше температуры кипения при нормальном атмосферном давлении, подбора соотношения жидкой и газообразной фазы и выделения энергии при ударе струи об очищаемую поверхность и развитии кавитационного процесса большая часть рабочей воды при очистке поверхности испаряется, что исключает подтопление района очистки.

Способ состоит в том, что на очищаемую поверхность воздействуют кавитирующей струей воды. При этом самовсасывающим насосом высокого давления насыщают рабочую воду воздухом, затем эжектором дозировано создают водовоздушную смесь. Смесь сжимают насосом высокого давления и направляют в напорную магистраль и далее в подогреватель. В подогревателе смесь под высоким давлением насыщают пузырьками парогазовой фазы, нагревая до температуры, превышающей температуру кипения воды при атмосферном давлении, затем подают на очищаемую поверхность соплом. При этом в результате резкого повышения давления объем парогазовых пузырьков уменьшается со скоростью, превышающей скорость звука в воде, вплоть до схлопывания. Агрегат для осуществления способа содержит эжектор для дозированного насыщения рабочей воды воздухом, насос высокого давления, нагреватель водовоздушной смеси и сопло для направления струи смеси на очищаемую поверхность. Для забора рабочей воды и последующей ее подачи использован самовсасывающий насос высокого давления, создающий разрежение в приемном патрубке, обеспечивающее насыщение рабочей воды воздухом за счет эжекции воздуха непосредственно в рабочую воду. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки и снижение требований к качеству используемой воды. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гидрокавитационной очистки поверхности путем воздействия кавитирующей струей рабочей воды на очищаемую поверхность, в котором самовсасывающим насосом высокого давления насыщают рабочую воду воздухом, затем эжектором дозировано создают водовоздушную смесь, полученную водовоздушную смесь сжимают насосом высокого давления и направляют в напорную магистраль и далее в подогреватель, где водовоздушную смесь под высоким давлением насыщают пузырьками парогазовой фазы, нагревая до температуры, превышающей температуру кипения воды при атмосферном давлении, и подают на очищаемую поверхность соплом, после выхода из которого вследствие резкого снижения давления до атмосферного в струе происходит рост пузырьков парогазовой фазы, а при ударе струи о поверхность происходит резкое повышение давления, уменьшающее объем парогазовых пузырьков со скоростью, превышающей скорость звука в воде, вплоть до схлопывания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения подтопления поверхности очистки подбирают соотношение жидкой и газообразной фаз.

3. Агрегат для гидрокавитационной очистки поверхности, содержащий эжектор для дозированного насыщения рабочей воды воздухом, насос высокого давления, нагреватель водовоздушной смеси и сопло для направления струи водовоздушной смеси на очищаемую поверхность, в котором для осуществления способа по п.1 для забора рабочей воды и последующей ее подачи использован самовсасывающий насос высокого давления, создающий разрежение в приемном патрубке, обеспечивающее насыщение рабочей воды воздухом за счет эжекции воздуха непосредственно в рабочую воду.