УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА Российский патент 2024 года по МПК B08B5/04 

Изобретение относится к судостроению и может быть использована для очистки донных поверхностей водоемов от осадочных мелкодисперсных загрязнений [B08B 5/04].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДОЕМОВ ОТ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ [RU 2614877 C1, опубл. 30.03.2017], содержащее плавсредство, ковш, бункер-накопитель и двухбарабанную лебедку с реверсом, при этом на раме, смонтированной на плавсредстве, шарнирно закреплен ковш, выполненный с возможностью изменения положения относительно дна водоема и с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом используется двухбарабанная лебедка с реверсом, обеспечивающая разгрузку содержимого ковша в бункер-накопитель, причем бункер-накопитель выполнен самосвальным.

Недостатком указанного решения является сложность его обслуживания, вызванная сложной конструкцией.

Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРА ОТ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ [RU 75334 U1, опубл. 10.08.2008], включающее монтируемые в боковом люке резервуара напорный трубопровод с соплом и зачистной трубопровод, при этом напорный трубопровод соединен шарнирно с самоходным агрегатом, на котором расположены сопло и насос со шнековым заборным устройством, соединенный с зачистным трубопроводом.

Недостатком указанного решения также является сложность его обслуживания, вызванная сложной конструкцией.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДОННЫХ ОСАДКОВ ВОДНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ [RU 114315 U1, опубл. 20.03.2012], состоящее из скребков в виде клиновидных пластин, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения по стальной полосе, установленной на пластмассовой направляющей, и приямка сбора осадков, при этом над пластмассовой направляющей расположена дополнительная стальная полоса с пазом по всей длине, а под пластмассовой направляющей расположен напорный трубопровод, снабженный дросселями для подачи воды в паз стальной полосы.

Основной технической проблемой прототипа является конструктивная сложность, которая приводит к тому, что прототип относительно сложен в обслуживании и эксплуатации.

Задача изобретения заключается в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в использовании сжатого воздуха как энергоносителя, так и рабочей среды для устройства системы очистки донных поверхностей, а, следовательно, и в упрощении ее обслуживания.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки донных поверхностей содержит статор с гладкой внутренней поверхностью, конический ротор, размещенный на валу и на котором расположены спиральные выступы, при этом статор и ротор выполнены в виде усеченных конусов, со стороны меньшего основания конического ротора размещен узел подачи сжатого воздуха, который полностью помещен в воду и оснащен форсунками, выполненными для создания мелкодисперсной пены из сжатого воздуха и воды, и подачи ее в пространство между статором и ротором, кроме того, между форсунками есть открытое пространство для свободного движения донных жидкостей в промежуток между ротором и статором.

В частности, давление воздуха составляет 5-8 бар.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе.

На фиг. 2 показан вид устройства сверху.

На фиг. 3 показана схема работы устройства.

На фиг. 4 показана схема работы устройства с дополнительным оборудованием.

На фигурах обозначено: 1 - конический статор, 2 - конический ротор, 3 - спиральные выступы, 4 - вал, 5 - узел подачи сжатого воздуха, 6 - винт, 7 - форсунка, 8 - мелкодисперсная пена.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Основной технической идеей является использовать сжатый воздух как источник энергии и как рабочее тело для работы устройства. Конструктивной основой устройства является коническая емкость с гладкой внутренней стенкой - статор 1. Внутри статора расположен конический ротор 2. На внешней поверхности конического ротора 2 выполнены спиральные выступы 3. При этом ротор размещен на валу 4.

Со стороны меньшего основания конического ротора непосредственно в воде неподвижно расположен узел подачи сжатого воздуха 5, который имеет множество форсунок 7 и проемов для прохождения донных отложений.

Кроме того, устройство может иметь узел подвижного крепления ротора в статоре, подшипники вала и прочие вспомогательные агрегаты (на фигурах с целью упрощения данные элементы не показаны).

Внутренняя поверхность Статора 1 внутри гладкая. На внешней поверхности ротора 2 имеется некоторое количество спиральных выступов3 одинаковой толщины (высоты). Форма их поперченного сечения может быть различной. При этом конический ротор помещается в конический статор так, что в рабочем состоянии пространство между спиральными выступами и гладкой внутренней поверхностью статора минимальное (чем меньше будет это расстояние, тем эффективнее преобразование сжатого воздуха в механическую энергию).

В рабочем состоянии нижняя часть устройства постоянно находится в воде. В этой части устройства находится узел подачи сжатого воздуха 5 с большим числом форсунок 7, которые превращают сжатый воздух в мелкодисперсную пену, которая, поднимаясь вверх, попадает в пространство, ограниченное поверхностями ротора и статора. Мелкодисперсная пена, поднимаясь, преобразует накопленную энергию сжатого газа в механическую энергию, и оказывает давление на наклонные спиральные выступы.

Эффект вращения ротора возникает по следующей причине: пространство, по которому поднимается поток пены, наполнено наклонными поверхностями спиральных выступов и действие подъемной силы Архимеда раскладывается на две компоненты - одна направлена вверх, а другая, которая направлена перпендикулярно к оси вала, приложена на некотором расстоянии от оси. Эта сила, совместно с другими аналогичными, возникающими на других спиральных выступах раскручивает ротор. Поток воды в конечной точке своей траектории при выходе из ротора за счет центробежных сил будет двигаться радиально, и с помощью емкости для отвода жидкости (на фиг. не показана) будет направляться для дальнейшего использования. В этом смысле ротор, помимо вращения вала, еще работает и как насос.

Кроме того, посредством вала это вращение может передаваться на дополнительные инструменты и решать сопутствующие задачи. Например, вращать фрезу для измельчения грунта, или, как показано на фиг. 4, приводить во вращение винт 6.

После разложения (распада) пены через открытый зазор между ротором и статором вверху конструкции выходят потоки воздуха и воды. Для целевого назначения на вал может быть установлена турбина-разрыхлитель, которая готовит смесь воды и загрязнений. Поток воды несет взвесь донных отложений и по отдельным каналам (трубам) удаляется к месту отложения.

В случае если в смеси окажется слишком много грязи, то установку можно просто остановить и немного приподнять ротор. При этом расстояние между статором 1 и ротором 2 значительно увеличится, и загрязнение будет легко удалено потоком пены.

Пример осуществления изобретения.

В соответствии с заявленным изобретением был изготовлен опытный образец устройства. Так, статор был напечатан на 3D-принтере из ABS-пластика и имел диаметр большего основания 20 см, меньшего основания - 10 см, а высоту - 15 см.

Ротор также был напечатан на 3D-принтере из ABS-пластика и имел диаметр большего основания 18 см, меньшего основания - 8 см, а высоту - 15 см. На внешней поверхности ротора было выполнено два спиральных выступа по 3 полных витка каждый. Выступы имели высоту 4 мм над поверхностью ротора.

Ротора был посажен на вал, который также был напечатан на 3D-принтере из ABS-пластика. Высота вала сверху составила 15 см. При этом для простоты эксперимента вал с ротором были посажены только на один подшипник скольжения, в качестве которого выступала сферическая металлокерамическая втулка. Подшипник был размещен на валу на расстоянии 2 см от верхней плоскости ротора.

Также из ABS-пластика на 3D-принтере был изготовлен узел подачи сжатого воздуха. Диаметр его составил 8 см. Форсунки представляли собой отверстия, каждое из которых имело диаметр до 0,1 мм. В этот узел подачи сжатого воздуха подавался сжатый воздух, который выходил через отверстия в форсунках с образованием пены. При этом площадь сквозных отверстий в узле подачи сжатого воздуха для прохождения загрязнений составила около 2/3 от его общей площади.

Собранное устройство было помещено в воду.

Результаты измерений показали, что при давлении воздуха, подаваемого в форсунки, около 3 атмосферы, крутящий момент на валу составил около 2,8 Н*м, а мощность всасывания составила около 0,9 Вт. При давлении 5 атмосфер крутящий момент на валу составил около 4,7 Н*м, а мощность всасывания составила около 1,2 Вт.

Таким образом, за счет того, что устройство для очистки донных поверхностей использует сжатый воздух как источник энергии и конструкция содержит статор, ротор, размещенный на валу, узел подачи сжатого воздуха и спиральные выступы, при этом статор и ротор выполнены в виде усеченных конусов, спиральные выступы расположены на коническом роторе, а узел подачи сжатого воздуха размещен со стороны меньшего основания конического ротора, при этом узел подачи сжатого воздуха оснащен форсунками, выполненными для образования мелкодисперсной пены.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано для очистки донных поверхностей водоемов от осадочных мелкодисперсных загрязнений. Устройство для очистки донных поверхностей водоемов от осадочных мелкодисперсных загрязнений использует исключительно энергию сжатого воздуха для вращения укрепленного на валу конического ротора, на котором расположены спиральные выступы и который помещен в конический статор с гладкой внутренней поверхностью, при этом статор и ротор выполнены в виде усеченных конусов, со стороны меньшего основания конического ротора размещен узел подачи сжатого воздуха, который оснащен форсунками, выполненными с возможностью создания мелкодисперсной пены из сжатого воздуха и воды, и подачи ее в пространство между статором и ротором, кроме того, между форсунками есть открытое пространство для свободного движения донных жидкостей, которые засасываются в промежуток между ротором и статором и оттуда удаляются из устройства. Технический результат изобретения – в упрощении устройства для очистки донных поверхностей, а следовательно, и в повышении экономичности и упрощении его обслуживания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для очистки донных поверхностей водоемов от осадочных мелкодисперсных загрязнений, использующее энергию сжатого воздуха для вращения укрепленного на валу конического ротора, на котором расположены спиральные выступы и который помещен в конический статор с гладкой внутренней поверхностью, при этом статор и ротор выполнены в виде усеченных конусов, со стороны меньшего основания конического ротора размещен узел подачи сжатого воздуха, который оснащен форсунками, выполненными с возможностью создания мелкодисперсной пены из сжатого воздуха и воды, и подачи ее в пространство между статором и ротором, кроме того, между форсунками есть открытое пространство для свободного движения донных жидкостей, которые засасываются в промежуток между ротором и статором и оттуда удаляются из устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что давление воздуха составляет 5-8 бар.