ПУЛЬСАТОР Российский патент 2014 года по МПК F15B21/12 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к методам промывки контурных систем атомных паропроизводящих установок (АППУ), и может быть использовано при промывке трубопроводов и систем гидравлики различных транспортных объектов, а также при ремонте энергетических и транспортных систем.

Ресурс и эксплуатационная надежность оборудования систем различного назначения зависит от чистоты внутренних полостей, тщательной очисткой которых можно предотвратить преждевременное изнашивание ответственных элементов и увеличить продолжительность их безотказной работы. Именно поэтому, требования к чистоте внутренних полостей и трактов являются обязательными практически для всех систем и энергоустановок, включая атомные. Эти требования изложены в соответствующих нормативных документах.

Современные методы промывки можно разделить на проточные и интенсивные. Продолжительность промывки систем проточным методом достаточно велика, а примерная трудоемкость промывки трубопроводных магистралей гидросистем может составлять до 40% от общих затрат времени на изготовление и сборку всего агрегата. Мощность электропривода прямоточного промывочного стенда в судостроении может достигать более 100 кВт, поэтому затраты на электроэнергию в масштабах судостроительного завода весьма значительны.

Указанные недостатки метода прямоточной промывки можно значительно уменьшить, используя метод интенсивной промывки. Для интенсивной промывки в прямоточные промывочные стенды включают устройства интенсификации промывки трубопроводов и систем.

Известно несколько методов интенсивной промывки трубопроводов и систем. Из этих методов наибольшее практическое распространение получили промывка методом пульсирующего потока и промывка методом изменения направления движения моющей среды.

Пульсирующий поток моющей среды возникает от работы пульсатора, который подключается к прямоточному стенду промывки непосредственно в тракт или параллельно тракту. При работе пульсатора возникает поток с пульсирующим расходом и давлением моющей среды.

Измененное направление потока моющей среды создается с помощью системы переключателей, устанавливаемых непосредственно в тракте прямоточного промывочного стенда, при этом для изменения направления потока необходимо выключать электропривод стенда для избежания гидроудара.

Известен гидропульсатор по а.с. №520460, обеспечивающий пульсирующий поток моющей среды (рабочей жидкости), содержащий цилиндрический корпус с радиально расположенными впускными и выпускными рабочими окнами и сообщающееся с ними распределительное окно, выполненное на наружной цилиндрической поверхности золотника, вращающегося внутри корпуса. Распределительное окно золотника выполнено профилированным в соответствии с формой заданного импульса моющей среды, а в корпусе в зоне выпускного рабочего окна размещено устройство для изменения формы этого рабочего окна, выполненное, например в виде набора профилированных пластин, фиксируемых в положениях, определяемых требуемой для данного импульса формой окна.

Недостатками данного пульсатора являются:

- моющая среда при работе пульсатора движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, и, как следствие, необходимо дополнительное время для их промывки;

- заданная форма импульса давления моющей среды определена профилем распределительного окна во вращающемся золотнике и набором профильных пластин в зоне выпускного рабочего окна корпуса, поэтому пульсатор не имеет возможности регулирования импульса давления в широком диапазоне без остановки самого процесса промывки полостей.

Известно устройство, изменяющее направление движения потока моющей жидкости в промываемом изделии и промывочном стенде с помощью системы клапанов, соединенных в гидравлический мост (Ж. «Судостроение». №6. 2011 г. (ноябрь-декабрь), с.56).

Недостатком данного устройства являются:

- при промывке полостей с использованием этого устройства не возникает импульса изменения давления моющей среды, что замедляет отрыв частиц от отмываемых поверхностей;

- перед переключением направления движения моющей жидкости для исключения явления гидроудара необходимо останавливать процесс промывки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пульсатор по А.с. №335015, принятый за прототип.

Этот пульсатор содержит корпус, включающий последовательно расположенные, сообщающиеся камеру высокого давления и камеру пульсаций, проходящий через камеры вал, установленный на валу в камере высокого давления вращающийся диск с окнами и размещенный между вращающимся диском и камерой пульсаций неподвижный диск с окнами, идентичными окнам вращающегося диска и расположенными на том же расстоянии от оси вала, что и окна вращающегося диска. Окна каждого из дисков имеют различный размер и расположены на неподвижном диске по радиусу, в порядке увеличения или уменьшения их размера, а на вращающемся диске - по спирали, в порядке, обеспечивающем при вращении диска совмещение его окон с окнами одинакового размера неподвижного диска.

Однако прототип обладает следующими недостатками:

- при работе пульсатора моющая среда движется только в одном направлении, поэтому возможно скопление застойных зон грязи в промываемых полостях, поэтому необходимо дополнительное время для их промывки;

- заданная форма импульса давления моющей среды определена количеством и диаметрами отверстий окон, которые расположены на вращающемся и неподвижном дисках, поэтому пульсатор не имеет возможности регулирования импульса давления в широком диапазоне без остановки самого процесса промывки и замены вращающегося и неподвижного дисков с другим количеством и диаметрами отверстий.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокопроизводительного, надежного и сравнительно недорогого пульсатора с возможностью регулирования периодических импульсов давления промывочной воды в широком диапазоне при одновременном изменении направления потока за один оборот вала привода пульсатора только в полости промываемого изделия, без изменения направления потока прямоточного промывочного стенда.

Основной технический результат, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, заключается в повышении эффективности промывки изделий за счет:

- совмещения двух методов промывки изделий - создания периодических импульсов давления и изменения направления потока моющей среды;

- регулирования импульса давления промывочной жидкости в широком диапазоне без остановки привода прямоточного промывочного стенда.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что пульсатор выполнен в виде корпуса с герметичными камерами пульсаций, в которых соосно им смонтированы вращающиеся от двигателя валы с неподвижно установленными на них дисками. Кроме того, корпус выполнен из 4-х сообщающихся и в плане симметрично расположенных на взаимно перпендикулярных осях вертикально установленных цилиндрических камер пульсаций, соединенных попарно двумя параллельными верхними патрубками и перпендикулярно им - двумя параллельными нижними патрубками. Диски установлены под углом к валам таким образом, чтобы их верхний край находился ниже верхнего патрубка, а нижний край - выше нижнего патрубка, а зазор между внутренней стенкой камеры и наружной кромкой диска должен быть не более 2 мм, причем диски вращаются синхронно и в одну сторону со скоростью не более 1 об/мин, кроме того, по диагоналям корпуса с внешней стороны каждой камеры установлены на половине их высоты наружные патрубки.

В частном случае у пульсатора на концах наружных патрубков установлены фланцы.

В другом частном случае валы с дисками вращаются от общего привода, например, мотор-редуктора через систему зубчатых передач.

В третьем частном случае профили дисков камер пульсаций выполнены в виде зет-образной формы.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:

Фиг.1 Общий вид пульсатора.

Фиг.2 Сечение A-A, поперечный разрез пульсатора по верхним патрубкам.

Фиг.3 Сечение B-B (повернуто на 90°), продольный разрез камеры пульсаций.

Фиг.4 Схема работы пульсатора и его подключение к промывочному стенду и промываемому изделию. Максимальный поток моющей жидкости в промываемом изделии в направлении A.

Фиг.5 Схема работы пульсатора и его подключение к промывочному стенду и промываемому изделию. Поток моющей жидкости в промываемом изделии отсутствует.

Пульсатор состоит из следующих составных частей.

Пульсатор выполнен в виде корпуса (Фиг.1), который состоит из четырех камер пульсаций 1. Каждая камера пульсаций имеет вращающийся вал 2 с диском 3, по одному верхнему 5 и по одному нижнему отверстию 7, через которые камеры попарно соединяются друг с другом верхними 4 и нижними 6 патрубками для внутреннего гидравлического соединения четырех камер пульсаций. Для внешнего гидравлического соединения наружные патрубки 8 оснащены фланцами 9 и через фланцевые соединения 10 соединены с промываемым изделием 11 и промывочным стендом 12 (Фиг.4, 5).

Камера пульсаций 1 выполнена в виде обечайки и двух крышек - верхней 13 и нижней 14. В верхней крышке 13 и нижней крышке 14 имеются подшипниковые узлы и уплотнения, предназначенные для вращения в них валов 2, а также для герметизации зазоров поверхностей вращения в подшипниковых узлах.

В средней части вращающегося вала 2 под углом к нему закреплен диск 3, причем верхний и нижний края каждого диска могут быть изогнуты и иметь боковой профиль зет-образной формы. Зазор между внутренней стенкой обечайки каждой камеры пульсаций 1 и наружной кромкой вращающихся дисков 3 должен быть не менее 2 мм.

Пульсатор оснащен необходимой системой автоматики, коммутационным обеспечением и контрольно-измерительными приборами (КИП), все органы управления выведены на пульт управления (не показаны).

Пульсатор работает следующим образом.

Перед началом работы пульсатор подключается к промывочному стенду 12, состоящему из насоса, бака расходного и промывочной камеры, и к промываемому изделию 11 по схеме, изображенной на Фиг.4, 5. Четыре наружных патрубка 8 через фланцевые соединения 10 подключают к промываемому изделию 11 и промывочному стенду 12 по следующей схеме: пульсатор - промывочный стенд 12, пульсатор - промываемое изделие 11; пульсатор - промывочный стенд 12; пульсатор - промываемое изделие 11. Затем заполняют промывочной водой всю систему, состоящую из пульсатора, промывочного стенда и промываемого изделия.

После этого оператор с помощью системы автоматики (СА) управления работой пульсатора включает один из запрограммированных режимов промывки. Режим промывки - это определенное сочетание последовательных пусков-остановов, а также изменений числа оборотов мотор-редуктора, что приводит к изменению давления и направления потока промывочной воды в промываемом изделии 11 через заданные промежутки времени. При этом максимальная скорость оборотов валов с дисками, полученная расчетным путем, не должна быть более 1 об/мин во избежание возникновения гидроудара.

Мотор-редуктор, управляемый СА, вращает ведущий вал с ведущей шестерней. От ведущего вала через зубчатое зацепление вращение передается одновременно четырем ведомым шестерням, закрепленным на валах 2, что приводит к вращению всех четырех вращающихся дисков 3 с одинаковой частотой вращения. Вращаясь внутри каждой камеры пульсаций 1, диск 3 (Фиг.4) подходит к проходному сечению наружного патрубка 8 поочередно то верхней, то нижней полкой, тем самым происходит гидравлическое соединение наружного патрубка 8 то с нижним патрубком 6, то с верхним патрубком 4 каждой камеры пульсаций 1 и соответствующее изменение потока (Фиг.4, 5). Синхронное вращение дисков 3 во всех четырех камерах пульсаций 1 приводит к запрограммированному реверсу потока воды в промываемом изделии 11.

Схема потоков промывочной воды при различных положениях дисков 3 изложена на фиг.4, 5. Данная схема потоков отображает максимальную подачу промывочной воды и направление потока в промываемом изделии 1 в направлении A, а при повороте вращающихся дисков 3 на 180° в камерах пульсаций 1 (Фиг.4 относительно Фиг.5) происходит максимальная подача воды в противоположном A направлении.

При вращении дисков 3 непрерывно изменяются проходные сечения потоков промывочной воды в патрубках 4, 6, 8 и, следовательно, происходит непрерывное изменение давления, а через каждые 0,5 оборота дисков 9 происходит изменение направления потока промывочной воды в промываемом изделии 11, патрубках 4, 6, 8 и камерах пульсаций 1 (Фиг.4, 5).

При вращении дисков происходит одновременное и периодическое перекрытие потока моющей жидкости, поступающей из промывочного стенда и промываемого изделия, в верхнее или нижнее отверстия каждой камеры пульсации, чем обеспечивается изменение направления потока моющей жидкости только в промываемом изделии.

Зазор между внутренней стенкой каждой камеры пульсаций и наружной кромкой вращающихся дисков должен быть не менее 2 мм, чтобы при изменении направления потока моющей жидкости создавался режим неполного гидроудара и таким образом отсутствовали условия для разрушения промываемого изделия.

В качестве привода вращающегося вала 2 может быть использован мотор-редуктор, состоящий из асинхронного электродвигателя, собранного вместе с двухступенчатым коническим редуктором. Электродвигатель оборудован датчиком числа оборотов и оснащен преобразователем частоты для возможности регулировки числа оборотов. Управление мотор-редуктором осуществляется с помощью системы управления по специально разработанной программе. Мотор-редуктор через ведущий вал с ведущей шестерней и зубчатое зацепление связан с ведомыми шестернями камер пульсаций 1, одновременно вращающими валы 2 всех четырех камер пульсаций 1.

Предлагаемое изобретение обеспечивает создание надежного, сравнительно недорогого пульсатора с возможностью подключения к системам прямоточного промывочного стенда и промываемого изделия, обеспечивающего значительное сокращение времени промывки изделия и экономию электроэнергии, за счет регулирования импульса промывочной воды в широком диапазоне без остановки привода прямоточного промывочного стенда, а также совмещения двух методов промывки изделий - создания периодических импульсов давления и изменения направления потока промывочной воды.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к методам промывки контурных систем атомных паропроизводящих установок. Пульсатор содержит корпус с герметичными камерами пульсаций 1, в которых соосно им смонтированы вращающиеся от двигателя валы 2 с неподвижно установленными на них дисками. Корпус выполнен из 4-х сообщающихся и в плане симметрично расположенных на взаимно перпендикулярных осях вертикально установленных цилиндрических камер пульсаций 1. Камеры 1 соединены попарно двумя параллельными верхними патрубками и перпендикулярно им - двумя параллельными нижними патрубками. Диски установлены под углом к валам 2 в их средней части таким образом, чтобы их верхний край находился ниже верхнего патрубка, а нижний край - выше нижнего патрубка. По диагоналям корпуса с внешней стороны каждой камеры установлены на половине их высоты наружные патрубки 8. Изобретение направлено на повышение эффективности промывки изделий. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пульсатор, содержащий корпус с герметичными камерами пульсаций, в которых соосно им смонтированы вращающиеся от двигателя валы с неподвижно установленными на них дисками, отличающийся тем, что корпус выполнен из 4-х сообщающихся и в плане симметрично расположенных на взаимно перпендикулярных осях вертикально установленных цилиндрических камер пульсаций, соединенных попарно двумя параллельными верхними патрубками и перпендикулярно им - двумя параллельными нижними патрубками, диски установлены под углом к валам в их средней части таким образом, чтобы их верхний край находился ниже верхнего патрубка, а нижний край - выше нижнего патрубка, а зазор между внутренней стенкой камеры и наружной кромкой диска должен быть не более 2 мм, при этом диски вращаются синхронно и в одну сторону со скоростью не более 1 об/мин, кроме того, по диагоналям корпуса с внешней стороны каждой камеры установлены на половине их высоты наружные патрубки.

2. Пульсатор по п.1, отличающийся тем, что на концах наружных патрубков установлены фланцы.

3. Пульсатор по п.1, отличающийся тем, что валы с дисками вращаются от общего привода, например, мотор-редуктора через систему зубчатых передач.

4. Пульсатор по п.1, отличающийся тем, что профиль дисков выполнен в виде зет-образной формы.