Спосіб очищення внутрішньої поверхні трубопроводу та обладнання для його здійснення

Изобретение относится к области водоснабжения и водоотведения, а именно - к очистке трубопроводов от различного рода отложений. Может быть использовано в строительстве, металлургии, химической и других отраслях народного хозяйства. Широко известны способы очистки внутренней поверхности трубопроводов с использованием попеременной подачи в полость трубопровода порций жидкости и газа. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ очистки внутренней поверхности трубопровода, характеризующийся периодической подачей порций жидкости и газа. Подачу порций жидкости и газа осуществляют с периодом, не меньшим 0,1-1,0 с. Известно устройство для очистки трубопровода, содержащее магистраль нагнетания моющей жидкости с насосом, магистраль слива со сливным баком, магистраль подачи сжатого газа, соединенную с магистралью нагнетания моющей жидкости, имеющей линию с газонакопительной емкостью. Магистраль нагнетания моющей жидкости снабжена пневмогидровытеснителем и дозатором для подачи в пневмогидровытеснитель порций моющей жидкости, при этом линия с газонакопительной емкостью снабжена краном для подачи газа в газонакопительную емкость и краном для подачи газа из газонакопительной емкости в пневмогидровытеснитель, причем газонакопительная емкость имеет сигнализаторы давления для управления работой кранов [1]. Недостатки известных способов и устройств состоят в том, что они не обеспечивают достаточно высокой степени очистки, т.е. наиболее эффективного воздействия ударной силы на отложения внутри трубопровода, а также содержат большое количество конструктивных элементов (краны, клапаны, сливные баки, газонакопительные емкости и т.п.), которые создают большую вероятность нарушения синхронности в работе этих элементов, и, как следствие этого, снижают эффективность работы стенда. Изобретению направлено на увеличение ударной силы воздушной и водяной струй на отложения в трубопроводе. Поставленная задача решается следующим образом. Жидкость и газ подают в трубопровод поочередно отдельными порциями. Согласно изобретению, порцию жидкости подают со скоростью, не меньшей 80 м/с, а порцию газа - со скоростью, не "меньшей 313 м/с, причем порция жидкости воздействует на отложения с силой "кумулятивной" стр уи. Указанные скорости и сила достигаются за счет использования заявляемого устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода. Устройство содержит магистраль подачи сжатого воздуха, магистраль подачи моющей жидкости, пневмогидровытеснитель. Согласно изобретению, устройство снабжено насадком и гидропневмораспределителем, выполненным в виде цилиндра. На его торцах расположены верхний и нижний газонакопительные емкости - ресиверы. Вдоль полости цилиндра расположен золотник с осевым калиброванным отверстием для подачи сжатого воздуха из верхнего ресивера, связанного с магистралью подачи сжатого воздуха, в нижний ресивер. Золотник имеет на боковой поверхности кольцевые проточки, а цилиндр снабжен отверстиями, сообщающимися с кольцевыми проточками для подачи сжатого воздуха в пневмогидровытеснитель и в верхний ресивер, а также сброса части его в атмосферу и обеспечения поочередной подачи от гидропневмораспределителя к очистному насадку порций жидкости и газа. Именно заявляемое устройство позволяет достичь указанных в способе скорости истечения жидкости и воздуха и силы воздействия их на отложения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые технические решения связаны между собой единым изобретательским замыслом. На фиг. 1 изображена гидравлическая схема устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода; на фиг. 2 - показан продольный разрез гидропневмораспределителя; на фиг. 3 представлена схема гидропневмораспределителя; на фиг. 4 показан график подачи воздуха и воды в тр убопровод. Устройство состоит из гидродинамического насадка 1, рукава высокого давления 2, гидропневмовытеснителя 3, пожарного гидранта 4, компрессорной станции 5, сапуна 6, сапуна 7, пружины 8, гидропневмораспределителя 9, магистрали подачи сжатого воздуха 10 в верхний зарядный ресивер, магистрали подачи и отвода сжатого воздуха 11 в пневматическую часть гидропневмовытеснителя, магистрали подачи рабочего . агента 12, нижнего ресивера 13, верхнего ресивера 14, предохранительного клапана 15. Гидропневмораспределитель состоит из, корпуса 16, золотника 17. кольцевых каналов 18, 19, 20, калиброванного отверстия 21. отвода 22 в рукав высокого давления 2. Гидропневмовытеснительсостоит из верхнего зарядного ресивера 23, нижнего ресивера 24, эластичной мембраны 25. Устройство работает следующим образом. Золотник 17 гидропневмораспределителя 9 находится в нижнем положении (по схеме - в правом). При подаче сжатого воздуха от компрессорной станции высокого давления 5 по каналу 18 золотника 17 и магистрали подачи сжатого воздуха 11 заполняется пневматическая часть 23 ґидропневмовытеля 3. Одновременно по магистрали подачи сжатого воздуха 10 в верхний зарядный ресивер 14 поступает воздух, заполняя его, дренирует через калиброванное отверстие21 в золотнике 17, наполняет нижний ресивер 13. Подвод воды от пожарного гидранта 4 отсечен, и канал 20 золотника .17 находится в закрытом положении. После уравновешивания давления в обоих ресиверах и достижения давления срабатывания предохранительного клапана 15 воздух вырывается из верхнего ресивера 14 через сапун 7 в атмосферу, в, результате чего возникает разность давлений в нижнем ресивере 13 и верхнем ресивере 14. Золотник 17 страгивается с места и перемещается в верхнее обложение (по схеме слева). При этом происходит распределение потоков. По магистрали подачи сжатого воздуха 11 воздух устремляется из пневматической части 23 гидропневмовытеснителя 3 и по каналу 18 через сапун 6 - в атмосферу. От компрессорной станции высокого давления 5 через рукав высокого давления и канал 19 в золотнике 17 воздух подается в рукав высокого давления 2 и истекает, из гидродинамического насадка Т, а подвод воды от пожарного гидранта 4 через канал 20 золотника 17 осуществляется по магистрали рабочего агента 12 в гидравлическую часть 24 гидропневмовытеснмтеля 3. Таким образом, происходит зарядка рабочим агентом пневмогидровытеснителя 3. После того, как предохранительный клапан 15 сбросил давление воздуха из ресивера 14 до заданного, клапан 15 закрывается. Происходит по магистрали подачи сжатого воздуха 10 наполнение воздухом верхнего ресивера 14. Под действием сил упругости пружины 8, которая расположена в ресивере 14, и давления, подаваемого в ресивер 14, золотник 17 перемещается в нижнее положение (по схеме - вправо). При этом подвод воды от пожарного гидранта 4 отсекается. Канал 20 закрыт. Воздух о т компрессорной станции высокого давления 5 подается через канал 18 по магистрали Подачи сжатого воздуха 11 а пневматическую часть 23 гидропневмовытеснителя 3, накапливая потенциальную энергию сжатого воздуха, одновременно воздействуя через эластичную мембрану 25 на жидкость, находящуюся в гидравлической камере 24 гидропневмовытеснителя 3. Потенциальная энергия сжатого воздуха переходит в кинетическую энергию этой жидкости, после чего жидкость устремляется через канал 19 магистрали подачи рабочего агента 12 к гидродинамическому насадку 1. из сопел которого с силой воздействует на отложения в очищаемом трубопроводе. После разрядки пневмогидровытеснителя 3 происходит открывание предохранительного клапана 15, воздух истекает в атмосферу через сапун 7, и цикл повторяется снова. По рукаву высокого давления, площадь поперечного сечения которого S, со скоростью 80 м/с движется водяная пробка плотностью r и в момент достижения гидродинамического насадка, скорость воды 80 м/с, rV 2 , вода частично останавливается соплом и часть ее выдавливается через отверстие 2 насадка. Это кумулятивная струя. Кинетическая энергия текущей жидкости при этом будет израсходована на сжатие жидкости рядом с гидродинамическим насадком. Область сжатия распространяется навстречу текущей жидкости со скоростью упругой (звуковой) волны. Те точки жидкости, до которых она дошла, частично останавливаются. В первом Приближении пренебрегаем массой потерь жидкости через сопло. Тогда за небольшое (0,01 с) время т гидродинамическим насадком будет остановлен объем жидкости V = c × t × S. Этот объем, двигавшийся до остановки, обладал импульсом Dm v = rDVv или Dm v = r × c × t × S × v, где Dm - изменение массы объема. Сила, действующая на гидравлический насадок со стороны жидкости, равна передаваемому насадку D mv DF D mv импульсу, деленному на время DF = . Давление жидкости на насадок Dp = = , таким образом, t S t ×S p = rvc . Именно на эту величину повышается давление в текущей по рукаву высокого давления жидкости, если возле насадка ее скорость мгновенно уменьшится до нуля. Но так как за порцией воды движется порция сжатого воздуха, то скорость снова выравнивается, и после пульсара (повышение скорости истечения) скорость v = const. Описанный выше цикл показан на фиг. 4. Изобретение проверено в лабораторных условиях путем проведения ряда стендовых испытаний на моделирующей установке, представляющей собой участок стального трубопровода постоянного сечения диаметром 600 мм и общей длиной 15 м. Цель исследований заключалась в определении силы реакции струй, вы ходящи х из гидродинамического насадка (определение реактивной силы тяги) для определения скорости прохождения гидродинамического насадка внутри трубопровода. Это является "холостым" ходом. 15 м трубопровода устройство проходит за 1,5 с: Следовательно, линейная скорость прохождения гидродинамического насадка составит 10 м/с. Исследования по определению эффективности очистки проводились в производственных условиях. В качестве исследуемого трубопровода использовали неэксплуатируемый участок ливневой канализации диаметром 400 мм длиной 30 м с находящимися в полости трубопровода илистыми отложениями, при степени зарастания трубы 85 %. Для очистки трубы использовалось заявляемое устройство. От пожарного гидранта к узлу ввода воды в устройстве подавали воду с расходом 10-15 л/с и напором 40-60 м. После прохождения порции воды через устройство напор возрастал до 900 м, а расход становился равным 2,5 л. т.е. величине объема гидравлической части гидропневмовытеснителя. Исследования показали, что эффективный вынос загрязнений из трубопровода наблюдается в случае поддержания частоты чередования подачи воздуха и воды в интервале от 0,8 до 1 Гц. Наиболее высокий удельный вынос отложений из трубопровода наблюдался при скоростях газового потока 313 м/с и потока воды 80 м/с. кинетическая энергия