Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий

 

Изобретение относится к очистке внутренней поверхности полостей изделий, в частности к очистке любых внутренних поверхностей деталей и агрегатов, в том числе и трубопроводов, причем с разнообразным поперечным сечением. Устройство содержит корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере с одним сквозным отверстием и по меньшей мере с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие. Тела очистки размещены в замкнутой канавке свободно, наибольший зазор между корпусом и поверхностью изделия меньше наименьшего размера любого из тел очистки, а сквозное отверстие выполнено на внутренней поверхности стенок замкнутой канавки под углом относительно нормали к ней. Устройство является простым, обеспечивает снижение энергозатрат, повышение производительности, качества очистки, долговечности, а также расширение его функциональных возможностей. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий предназначено для очистки любых внутренних поверхностей деталей и агрегатов, в том числе трубопроводов, причем с разнообразным поперечным сечением, а не только в виде тела вращения, например, овальным или многоугольным, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства. Предпочтительно устройство должно использоваться в химической, нефтехимической, нефтедобывающей, энергетической, пищевой и других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой, выполненной в виде кольцевого канала, в котором по спиральной и винтовой линиям имеют возможность двигаться тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие, а оно выполнено на внутренней поверхности кольцевого канала под углом относительно нормали к нему (см. а.с. СССР 704686, МПК В 08 В 9/00, опубл. 28.12.79, В.В. Устинов и Б.М. Томский). При таком выполнении устройства тела очистки находятся в соприкосновении с очищаемой поверхностью незначительное время, так как быстро теряют свою кинетическую энергию, точно так же как и рабочее тело, и поэтому они не могут очистить ее должным образом, затрудняя дальнейшее движение устройства, так как выпадают на очищаемую поверхность, или требуют значительных расходов рабочего тела и его энергии на вынос тел очистки и продуктов очистки из зоны работы устройства и всего трубопровода. При этом велико количество тел очистки, их общая масса и их непроизводительный расход. К тому же необходимо возобновлять или очищать массу отработанных тел очистки от продуктов очистки в отдельном дополнительном устройстве. Все указанные причины приводят к повышению расходов на эксплуатацию устройства.

Известно устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием и телами очистки, выполненными в виде жестко закрепленных спиралеобразных зубцов, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие (см. патент Российской Федерации 2125494, МПК В 08 В 9/00, опубл. 27.01.99, В.П. Козлов, В.А. Игнатьев, И.А. Борзенков). Основным недостатком устройства является износ отдельных тел очистки, наиболее близко расположенных к пласту нежелательных отложений. При этом качество очистки будет невысоким, так как внешние, наиболее нагруженные тела очистки будут быстро изнашиваться и оставлять область отложений, в которую они не смогут попасть. При этом из-за жесткой конструкции устройства высока вероятность повреждения поверхности изделия, что снижает качество очистки.

Известно устройство для механической очистки поверхности трубообразных деталей, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием. Тела очистки размещены на внешней поверхности корпуса, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие (см. а.с. СССР 1796284, МПК В 08 В 9/00, опубл. 23.02.93, В.И. Алексеев и Ю.С. Харитонов). Основные недостатки устройства те же, что и у предыдущего устройства. Тела очистки не могут компенсировать изменения своего положения и очистить всю сложную поверхность изделия и поэтому предназначены для очистки простых по форме деталей вращения.

Известны устройства для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием, причем тела очистки свободно размещены в пространстве внутренней полости очищаемого изделия, а внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие (см. , например, опубликованную заявку Великобритании 2099538, МПК В 08 В 9/04, опубл. 08.12.82, Erich Oskar Riedel). Все устройства указанного типа имеют ряд недостатков, основным из которых является возможность застревания тел очистки в очищаемых трубопроводах (при значительном перекрытии сечения трубопровода отложениями, когда просвет в них меньше диаметра тела очистки) и их закупорки. По этой причине такого рода устройства имеют ограниченные области применения, заключающиеся в том, что изделия должны иметь просвет, больший размера тела очистки, и не должны иметь полностью забитых отложениями участков.

Известно устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие (для работы пневмопривода) и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, кинематически связанные с поверхностью корпуса (см. а. с. СССР 1567302, МПК В 08 В 9/00, опубл. 30.05.90, А.Е. Векшин и И.В. Копкарев).

Основным недостатком устройств является ограничение степеней свободы движения тел очистки, в связи с чем они не в состоянии достичь всех точек поверхности изделия, что ограничивает функциональные возможности устройства. При этом прочность и подвижность подвески тел очистки ограничивает скорость их движения и производительность устройства. Кроме этого, абразивные частицы приводят к быстрому износу кинематических связей и сопряжении и снижают долговечность и надежность устройства. Кинематическая связь тел очистки с поверхностью замкнутой канавки при помощи кинематических пар, имеющих одну степень свободы, приводит к одностороннему износу тел очистки и быстрому "засаливанию" их рабочей поверхности, то есть забиванию пор абразива или ворса продуктами разрушения нежелательных отложений и снижению эффективности работы абразива по очистке поверхности, кроме этого, как уже указывалось, абразивные продукты разрушения тел очистки и нежелательных отложений приведут к быстрому изнашиванию кинематических пар и низкой надежности устройства.

Ближайшим аналогом изобретения является устройство по заявке DE 3428133, кл. В 08 В 9/04, 1986 г. Это устройство предназначено для очистки внутренних поверхностей полых изделий и содержит корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, сквозные отверстия и внешние канавки с размещенными в них телами очистки, причем внутренний канал сообщен с внешней средой через сквозное отверстие. Кроме того, тела очистки кинематически связаны с поверхностью канавки.

Недостатками известного устройства является неэффективность очистки вследствие того, что степень подвижности тел очистки в нем ограничена и невозможность использования тел очистки разнообразных форм, что снижает функциональные возможности устройства.

Техническим результатом изобретения является снижение затрат энергии на привод и работу устройства. Снижение общей массы тел очистки, улучшение их очищения от продуктов очистки, упрощение конструкции устройства и снижение эксплуатационных расходов, расширение его функциональных возможностей, повышение производительности и качества очистки, повышение долговечности и надежности устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащем корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие, тела очистки размещены в замкнутой канавке свободно, наибольший зазор между корпусом и поверхностью изделия меньше наименьшего размера любого из тел очистки, а сквозное отверстие выполнено на внутренней поверхности стенок замкнутой канавки под углом относительно нормали к ней.

Устройство для механической очистки может быть выполнено гидравлическим или пневматическим.

Тела очистки могут быть изготовлены в виде тел вращения. Замкнутая канавка может быть выполнена в поперечной плоскости сечения корпуса. Тела очистки могут быть выполнены шаровидными. Внешний зазор между внешними кромками замкнутой канавки может быть меньше диаметра наименьшего тела очистки.

Замкнутая канавка может быть выполнена в продольной плоскости, тела очистки выполнены шаровидными, а зазор между внешними кромками замкнутой канавки меньше диаметра наименьшего тела очистки.

Сквозных отверстий в корпусе может быть выполнено, по меньшей мере, четное количество, а расположены они в стенках замкнутой канавки с возможностью пересечения их осей.

Сквозные отверстия в корпусе могут быть расположены в боковых стенках замкнутой канавки симметрично.

Сквозные отверстия в стенках замкнутой канавки могут быть выполнены в шахматном или чередующемся порядке.

Свободно расположенные в замкнутой канавке тела очистки могут быть кинематически связаны между собой.

Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий содержит корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие, тела очистки размещены в замкнутой канавке свободно. Такая совокупность конструктивных средств приведения в движение тел очистки потоком рабочего тела наиболее проста из известных. Наибольший зазор между корпусом и поверхностью изделия, изготовленный меньше наименьшего размера любого из тел очистки, позволяет сократить массу и количество тел очистки до минимума. Обеспечение указанного зазора между корпусом и поверхностью внутренней полости изделия при любом положении корпуса относительно изделия приводит к невозможности выпадения наименьшего и других тел из замкнутой канавки или полости изделия при их движении внутри нее или невозможности застревания его в указанном зазоре, повышает простоту и надежность работы устройства. Выполнение сквозного отверстия в корпусе от канала подачи рабочего тела до внутренней поверхности замкнутой канавки обеспечивает его наиболее короткий путь и наименьшие гидравлические потери. Выполнение сквозного отверстия под углом относительно нормали к ней позволяет наиболее простыми средствами создать закрученный поток рабочего тела в замкнутой канавке и полости изделия, в том числе и при условии, когда размеры полости значительно больше ее входного отверстия. Это значительно расширяет функциональные возможности устройства.

Устройство для механической очистки может быть выполнено гидравлическим или пневматическим. Использование газообразного или жидкого рабочего тела определяется условиями очистки. При малой толщине и прочности нежелательных отложений предпочтительно использовать воздух или другие газы, на сжатие и прокачивание которых требуются малые энергетические затраты. При толстом слое и высокой прочности отложений соответственно требуется высоко эффективные жидкие рабочие тела.

Тела очистки могут быть изготовлены в виде тел вращения, что значительно упрощает и удешевляет их массовое производство. Формы могут быть самые разнообразные, например тор, биконические, цилиндрические с различными диаметрами и так далее.

Замкнутая канавка может быть выполнена в поперечной плоскости сечения корпуса, что позволяет осуществить очистку полости детали с наименьшими гидравлическими потерями, то есть снизить энергоемкость очистки.

Если тела очистки выполнены шаровидными, улучшается и упрощается динамика их движения, что снижает энергозатраты на их работу.

Если внешний зазор между внешними кромками замкнутой канавки меньше диаметра наименьшего тела очистки, то тело очистки не может выпасть из замкнутой канавки и снижается общая масса тел очистки, необходимая для выполнения заданной работы.

Замкнутая канавка, выполненная в продольной плоскости, тела очистки, выполненные шаровидными, а внешний зазор между внешними кромками замкнутой канавки, выполненный меньше диаметра наименьшего тела очистки, позволяют осуществить очистку полости детали, полностью перекрытой нежелательными отложениями, и достичь расширения функциональных возможностей устройства.

Замкнутая канавка в корпусе может быть выполнена и в любом другом промежуточном положении, например под углом 45^o к продольной оси корпуса, при этом в круглом корпусе она получится эллипсовидной, а зона в месте наименьшего радиуса закругления будет наиболее интенсивно подвергаться воздействию кинетической энергии движения тел очистки. Формы замкнутых канавок, например, винтовые, волнистые и тому подобные и технических эффектов, ими достигаемых, можно привести большое множество, что не является предметом данного предложения. Но все они имеют свойство, ограничивающее глубину воздействия и снятия слоя нежелательных отложений, которое зависит от формы тел вращения.

Сквозные отверстия в корпусе, выполненные по меньшей мере в четном количестве и расположенные в стенках замкнутой канавки с возможностью пересечения их осей, позволяют за счет взаимодействия и образования плоских струй достичь заданной траектории движения тел очистки, например, по передней стенке замкнутой канавки по ходу движения устройства.

Сквозные отверстия в корпусе, расположенные в боковых стенках круговой канавки симметрично, позволяют снизить износ ее стенок из-за создания центрирующего потока рабочего тела.

Сквозные отверстия в боковых стенках, выполненные в шахматном или чередующемся порядке, повышают качество очистки за счет увеличения амплитуды движения тел очистки по замкнутой канавке.

Свободно расположенные в замкнутой канавке тела очистки могут быть кинематически связаны между собой, например, при помощи гибкой связи, аналогичной нитке бус. Это позволяет повысить качество очистки и снизить энергозатраты на непроизводительные случайные движения тел очистки в замкнутой канавке.

Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий по второму варианту содержит корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие, тела очистки кинематически связаны с поверхностью замкнутой канавки, при этом зазор между корпусом и поверхностью изделия меньше наименьшего размера любого из тел очистки, а сквозное отверстие выполнено на внутренней поверхности стенок замкнутой канавки под углом относительно нормали к ней. Такое выполнение устройства позволяет снизить износ стенок замкнутой канавки, так как кинематическая связь ограничит непроизводительные потери энергии движения тел очистки при столкновении их друг с другом и со стенками. Кинематическую связь тел очистки можно осуществить различными способами, например, путем их размещения на штырях, закрепленных на кольце, на которые тела очистки надеты с возможностью вращения или колебания. При этом штыри могут быть выполнены гибкими или установлены с ограниченной возможностью поворота в месте крепления к кольцу.

Кинематическая связь тел очистки и стенок внешней замкнутой канавки, выполненная в виде сепаратора (аналогичного сепаратору шарикового или роликового подшипника), позволяет достичь ранее указанного эффекта с наименьшими материальными затратами и приведет к удешевлению производства и эксплуатации, повышению ремонтопригодности устройства, его долговечности и надежности.

На фиг. 1 показан разрез устройства по внутреннему каналу и сквозному отверстию.

На фиг.2 показан поперечный разрез устройства по замкнутой канавке.

Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий содержит корпус 1 с внутренним каналом 2 подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием 3 и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой 4, в которой размещены тела очистки 5, причем внутренний канал 2 корпуса 1 сообщен с внешней средой через сквозное отверстие 3. Тела очистки 5 размещены в замкнутой канавке 4 свободно, зазор 6 между корпусом I и поверхностью 12 изделия 10 меньше наименьшего размера любого из тел очистки 5, а сквозное отверстие 3 выполнено на внутренней поверхности 11 замкнутой канавки 4 под углом относительно нормали 7 к ней. Направление сквозного отверстия 3 схематично показано его осевой линией 8.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы подбирается размер корпуса 1 устройства или его рабочая часть соответствующего размера, позволяющего свободно вставить устройство во входное отверстие полости 9 изделия 10, не препятствующего свободному выходу отработавшего рабочего тела и не позволяющего через максимально возможный зазор 6 выйти наименьшему из тел очистки 5, которые до этого должны соответствующим образом калиброваться и располагаться в замкнутой канавке 4.

Далее через внутренний канал 2 подается рабочее тело и через сквозное отверстие 3 и замкнутую канавку 4 оно поступает в полость 9 изделия 10, а так как сквозное отверстие 3 располагается под углом относительно нормали 7 к поверхности 11 замкнутой канавки 4 (который может быть выбран в любых пределах от минимально возможного, близкого к перпендикуляру, до касательного направления к указанной поверхности), то, поступая в замкнутую канавку 4 и взаимодействуя с ее поверхностью 11 и поверхностью 12 полости 9 детали 10, приводит к его вихревому движению в замкнутой канавке 4 и полости 9 изделия 10, которая может быть значительно больших размеров, чем корпус 1 устройства, но при этом энергии движения рабочего тела должно быть достаточно для поддержания указанного вихреобразного движения. Тела очистки 5 увлекаются этим вихревым потоком и под действием центробежных сил прижимаются к поверхности 12 внутренней полости 9 изделия 10.

Под ударами и шлифующими движениями тел очистки 5 слой нежелательных отложений 13 с поверхности 12 полости 9 изделия 10 удаляется и измельчается до размеров, позволяющих свободно его частицам проходить в зазор 6 между корпусом 1 устройства и поверхностью 12 полости 9 изделия 10. Под действием вихревого потока тела очистки 5 сталкиваются между собой и с поверхностью 12 полости 9 изделия 10, что приводит к очищению их пор и поверхности, а это, в свою очередь, повышает производительность установки из-за устранения явления "засаливания".

Устройство может быть выполнено гидравлическим или пневматическим.

Тела очистки 5 могут выполняться в виде тел вращения, как это показано на фиг.1, что позволяет упростить и удешевить их изготовление, а при подборе размеров и формы тела вращения можно обеспечить заданную глубину снимаемых отложений.

Устройство, в котором замкнутая канавка 4 выполнена в поперечной плоскости сечения корпуса 1, наиболее употребительно из-за простоты его изготовления и эксплуатации.

Тела очистки 5 могут быть изготовлены любой, в том числе неправильной формы из любого материала, соответствующего требованиям очистки, например, пластмассы, битого стекла или наждачного камня.

Устройство, в котором тела очистки 5 выполнены шаровидными, а внешний зазор 14 между внешними кромками 15 замкнутой канавки 4 меньше диаметра наименьшего тела очистки 5, позволяет с достаточной точностью снимать заданную толщину слоя нежелательных отложений 13, так как она ограничивается величиной выступающей части тела очистки 5, что повышает качество очистки.

Разновидность устройства, в котором замкнутая канавка 4 выполнена в продольной плоскости, тела очистки 5 выполнены шаровидными, а зазор 14 между внешними кромками 15 замкнутой канавки 4 меньше диаметра наименьшего тела очистки 5, позволяет очищать от нежелательных отложений фронтальную поверхность изделия 10 или разрушить пробку из них, полностью перекрывшую сечение изделия 10, что расширяет функциональные возможности устройства.

Работает такое устройство аналогично описанным ранее.

Выступающие части тел очистки 5 разрушают нежелательные отложения по всему периметру их движения в замкнутой канавке 4. Для очистки всего сечения полости 9 изделия 10 его необходимо постепенно поворачивать и перемещать до полного удаления слоя 13 нежелательных отложений по всей его толщине.

Сквозные отверстия 3 в корпусе 1 при четном их количестве и расположении их в стенках замкнутой канавки 4 с возможностью пересечения их осей создают вихревой поток, который подталкивает тела очистки 5 к выбранной части замкнутой канавки 4, обеспечивая очистку необходимой части поверхности 12 полости 9 изделия 10.

Устройство, в котором сквозные отверстия 3 расположены в боковых стенках замкнутой канавки 4 симметрично, имеет поток рабочего тела с наибольшей скоростью в пристеночном слое. Торможение о поверхность 12 полости 9 изделия 10 или о слой 13 нежелательных отложений тел очистки 5 приводит к их выталкиванию в часть потока с меньшей скоростью, что снижает контакт их со стенками замкнутой канавки 4 и их, а также ее износ.

Устройство, в котором сквозные отверстия 3 в боковых стенках замкнутой канавки 4 выполнены в шахматном или чередующемся порядке, работает аналогично ранее указанным. При этом тела очистки 5 движутся по замкнутой канавке 4 со значительными амплитудами и повышенной хаотичностью, что позволяет расширить полосу очистки и повысить производительность устройства.

Устройство, в котором свободно расположенные в замкнутой канавке 4 тела очистки 5 кинематически связаны между собой, могут быть выполнены в виде цепи, или шариков на цепи, или любом аналогичном виде. При работе они будут создавать как бы единое гибкое очищающее тело, что снизит износ поверхности 11 замкнутой канавки 4.

Устройство для механической очистки внутренней поверхности 12 полостей 9 изделий 10, содержащее корпус 1 с внутренним каналом 2 подачи рабочего тела, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием 3 и, по меньшей мере, с одной внешней замкнутой канавкой 4, в которой размещены тела очистки 5, причем внутренний канал 2 корпуса 1 сообщен с внешней средой через сквозное отверстие 3, тела очистки 5 кинематически связаны с поверхностью 11 замкнутой канавки 4, наибольший зазор 6 между корпусом 1 и поверхностью 12 изделия 10 меньше наименьшего размера любого из тел очистки 5, а сквозное отверстие 3 выполнено на внутренней поверхности 11 замкнутой канавки 4 под углом относительно нормали 7 к ней, работает аналогично описанным ранее, но кинематическая связь с поверхностью 11 замкнутой канавки 4 накладывает ограничения на амплитуду движения тел очистки 5 и их контакт с указанной поверхностью 11, что повышает долговечность и ремонтопригодность устройства. Из-за огромного числа вариантов выполнения кинематической связи ее на чертежах мы не показываем.

Устройство, в котором кинематическая связь тел очистки 5 выполнена в виде сепаратора, на чертежах также не показана, так как она широко известна, например, в подшипниковой промышленности и определяется формой тел, находящихся в сепараторе.

Формула изобретения

1. Устройство для механической очистки внутренней поверхности полостей изделий, содержащее корпус с внутренним каналом подачи рабочего тела, по меньшей мере с одним сквозным отверстием и по меньшей мере с одной внешней замкнутой канавкой, в которой размещены тела очистки, причем внутренний канал корпуса сообщен с внешней средой через сквозное отверстие, при этом тела очистки размещены в замкнутой канавке свободно, наибольший зазор между корпусом и поверхностью изделия меньше наименьшего размера любого из тел очистки, а сквозное отверстие выполнено на внутренней поверхности стенок замкнутой канавки под углом относительно нормали к ней.

2. Устройство по п.1, в котором тела очистки выполнены в виде тел вращения.

3. Устройство по п.1, в котором замкнутая канавка выполнена в поперечной плоскости сечения корпуса.

4. Устройство по п.3, в котором тела очистки выполнены шаровидными.

5. Устройство по п.3, в котором зазор между внешними кромками замкнутой канавки меньше наименьшего размера тела очистки.

6. Устройство по п.1, в котором замкнутая канавка выполнена в продольной плоскости, тела очистки выполнены шаровидными, а зазор между внешними кромками замкнутой канавки меньше диаметра наименьшего тела очистки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что свободно расположенные в замкнутой канавке тела очистки кинематически связаны между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2