Инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности (варианты)

 

Изобретение относится к технологии защиты подводных поверхностей корпусов судов и гидротехнических сооружений и касается проектирования инструментов для ее осуществления путем подводной гидродинамической очистки. Сущность группы изобретений состоит в том, что инструмент для подводной очистки поверхности имеет корпус, рабочее сопло, а также эжектирующее и эжектируемое сопла эжектора, а на входе эжектируемого сопла со смесительной камерой установлен регулятор тяги эжектора. При первом варианте исполнения регулятора он состоит из двух дисков с взаимно перекрывающимися секторными окнами. Один диск неподвижен и закреплен во входном сечении эжектируемого сопла, а второй поджат к первому и установлен с возможностью поворота относительно него на угол, обеспечивающий изменение площади просвета секторных окон. При втором варианте исполнения регулятора тяги эжектора он выполнен так, что эжектирующее сопло с помощью пилонов закреплено на торце цилиндрического корпуса, внутрь которого вставлено эжектируемое сопло, имеющее возможность перемещения относительно эжектирующего сопла на расстояние до одной длины своего внутреннего канала. В хвостовой части инструмента может быть подвижно установлен ложемент для охвата предплечья руки водолаза во время выполнения очистных работ. Технический результат от реализации группы изобретений - увеличение производительности и облегчение водолазного труда при снижении гидравлической энергии с помощью регулирования тяги эжектора без изменения общего расхода через инструмент и без изменения режимных параметров рабочего сопла. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройствам очистки подводных поверхностей корпусов судов, находящихся на плаву, а также гидротехнических сооружений от биологического обрастания.

Из всех известных способов подводная очистка гидродинамической струей при своей экологической чистоте наносит наименьший вред лакокрасочному покрытию очищаемой поверхности. Недостаток этого способа - необходимость компенсации реактивной силы рабочей струи. Нескомпенсированный инструмент требует от водолаза постоянного расхода энергии для удержания на месте, что утяжеляет его труд, увеличивает расход воздуха и в конечном счете снижает производительность работы. Кроме этого, на водолаза действуют силы от шланга, соединяющего инструмент с водяным насосом, и от течений, которые также необходимо компенсировать.

Известен безреактивный подводный инструмент, содержащий корпус, соединенный трубопроводом с единым источником гидропитания рабочей жидкостью, трубопровод подачи рабочей жидкости к рабочему соплу и контрсопло для реактивной струи, противоположной прямой струе рабочего сопла (Меринов И.В. и др. Справочник водолаза. Вопросы и ответы. - М.: Судостроение, 1985, с.174,175, рис.5,7,а). Применение контрсопла является простым решением парирования тяги рабочего сопла, но опасно для водолаза.

Известен инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности, содержащий корпус, рабочее сопло и эжектор, состоящий из эжектирующего сопла, эжектируемого сопла и смесительной камеры, соединенные общим гидротрактом через шланг с водяным насосом, обеспечивающим постоянный расход жидкости через рабочее и эжектирующее сопла (патент США N 4716846, кл. В 63 В 59/00, 5.01.88). Данное технические решение является прототипом заявляемых объектов изобретения. Струя эжектора безопасна для водолаза, и его применение позволяет экономить до 50% гидравлической мощности по сравнению с обычным контрсоплом.

Недостаток этого инструмента - невозможность регулировки тяги эжектора, что необходимо при работе даже на малых течениях, с целью компенсации всевозможных реакций. Изменение тяги эжектора при данной конструкции инструмента возможно лишь при изменении расхода через него, а значит, и общего расхода через инструмент, что при использовании существующих конструкций насосов постоянной производительности приводит к изменению создаваемого ими давления и, следовательно, режима работы рабочего сопла. Насосы имеют переливной клапан, который при повышении давления сбрасывает часть жидкости мимо шланга в окружающую среду, тем самым бесполезно расходуя гидравлическую мощность.

Задачей изобретения является создание инструмента для очистки подводных поверхностей корпусов судов, находящихся на плаву, а также гидротехнических сооружений от биологического обрастания, который обеспечивал бы технический результат, связанный с увеличением производительности и облегчением водолазного труда, а также со снижением гидравлической энергии с помощью регулирования тяги эжектора без изменения общего расхода через инструмент и, следовательно, без изменения режимных параметров рабочего сопла.

Указанная задача в предлагаемом инструменте достигается тем, что на входе эжектируемого сопла со смесительной камерой установлен регулятор тяги эжектора, состоящий из двух дисков со взаимно перекрывающимися секторными окнами, один из которых, неподвижный, с эжектирующим соплом на оси, закреплен во входном сечении эжектируемого сопла, имеющего на входном торце корпуса глухое резьбовое отверстие, в которое ввернут палец с рукояткой, а второй диск, подвижный, имеет сквозной щелевой паз ограниченной длины, взаимодействующий с пальцем и выполненный по окружности, поджат к первому и установлен с возможностью поворота относительно него на угол, ограниченный длиной паза, через который ввернут палец, причем площадь просвета секторных окон при повороте подвижного диска относительно неподвижного составляет величину, лежащую в пределах от нуля до не менее четырех площадей поперечного сечения смесительной камеры, а рукоятка пальца установлена с возможностью поворота вместе с пальцем вокруг его оси для обеспечения фиксации подвижного диска относительно неподвижного в любом произвольном положении в пределах угла поворота, ограниченном пазом.

Указанная задача в предлагаемом инструменте может быть решена также тем, что на входе эжектируемого сопла со смесительной камерой установлен регулятор тяги эжектора, образованный закреплением эжектирующего сопла с помощью пилонов на торце цилиндрического корпуса, имеющего на цилиндрической поверхности сквозной щелевой паз ограниченной длины, выполненный по винтовой линии, и установкой внутрь цилиндрического корпуса эжектируемого сопла со смесительной камерой с обеспечением их герметичного соединения посредством уплотнения, при этом на боковой поверхности эжектируемого сопла выполнено глухое резьбовое отверстие, в которое через паз ввернут палец с рукояткой, установленный с возможностью перемещения вдоль паза для обеспечения продольного перемещения эжектируемого сопла со смесительной камерой относительно эжектирующего сопла, соосно с ним и цилиндрическим корпусом на расстояние до одной длины внутреннего канала эжектируемого сопла, а рукоятка пальца установлена с возможностью поворота вместе с пальцем вокруг его оси для обеспечения фиксации эжектируемого сопла относительно цилиндрического корпуса в любом промежуточном положении в пределах длины паза.

Кроме этого, облегчение водолазного труда достигается за счет того, что в хвостовой части инструмента на внешней поверхности корпуса смесительной камеры установлен подвижно ложемент для охвата предплечья руки водолаза во время проведения очистных работ, фиксируемый от продольного перемещения посредством ограничителя.

На фиг. 1 изображен общий вид инструмента, с подсоединением его посредством шланга к насосу; на фиг. 2 - конструкция инструмента и ложемента; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг. 4 - способ удержания инструмента с использованием ложемента; на фиг. 5-7 - конструкция эжектора с регулятором тяги и схема его регулировки (первый вариант); на фиг. 8 и 9 - конструкция эжектора с регулятором тяги и схема его регулировки (второй вариант); на фиг. 10 и 11 - графики зависимости относительно изменения тяги эжектора для первого и второго вариантов.

Предлагаемый инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности содержит корпус 1, к которому через трубопровод 2 подсоединено рабочее сопло 3, а с другой стороны, через трубопровод 4 - эжектор 5, в хвостовой части которого имеется ограничитель 6. На корпусе 1 закреплена рукоятка 7 инструмента, а на внешней поверхности корпуса эжектора 5 установлен ложемент 8, взаимодействующий с ограничителем 6. К подводящему штуцеру 9 подсоединен водяной насос 10 с помощью шланга 11. Эжектор 5 подсоединен к трубопроводу 4 с помощью накидной гайки 12, а ложемент 8 соединен с корпусом эжектора 5 с помощью хомута 13 и винтов 14. Эжектор состоит из эжектируемого сопла 15, смесительной камеры 16 и эжектирующего сопла 17, выполненного заодно с подводящим штуцером. На входе эжектируемого сопла 15 со смесительной камерой 16 установлен регулятор тяги эжектора.

В первом варианте выполнения инструмента регулятор тяги содержит два диска с секторными окнами: неподвижный диск 18 и подвижный диск 19, причем второй поджимается к первому с помощью пружины 20 и шайбы 21 при закручивании гайки 21. Положение подвижного диска 19 относительно неподвижного фиксируется пальцем с рукояткой 22, вворачиваемого через ограничительный паз 23 в глухое резьбовое отверстие, расположенное на входном торце корпуса эжектируемого сопла 15.

Во втором варианте выполнения инструмента регулятор тяги образован закреплением на эжектирующем сопле 17 с помощью пилонов 24 цилиндрического корпуса 25, который имеет на цилиндрической поверхности сквозной паз ограниченной длины 26, выполненный по винтовой линии. Внутрь корпуса 25 вставлено по ходовой посадке эжектируемое сопло 15 со смесительной камерой 16, причем соединение эжектируемого сопла и корпуса имеет герметизирующее уплотнение 27, а на боковой поверхности эжектируемого сопла имеется глухое резьбовое отверстие 28, в которое через паз 26 ввернут палец с рукояткой 29.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Через подводящий штуцер 9, связанный шлангом 11 с наружным водяным насосом 10 постоянной производительности, к инструменту подается под давлением рабочая жидкость. Эта жидкость с помощью трубопровода 2 подводится к рабочему соплу 3, которым осуществляется очистка, и к эжектору 5, обеспечивающему компенсацию реактивной силы струи рабочего сопла 3. Эжектор 5 за счет эжектируемой жидкости обеспечивает такую же тягу, как простое контрсопло, но при меньшем расходе эжектирующей жидкости.

В первом варианте выполнения инструмента, перекрывая секторные окна с помощью подвижного диска 19, водолаз принудительно уменьшает эжектируемый поток, что приводит к уменьшению тяги эжектора 5. Так, полностью перекрыв окна, можно уменьшить тягу эжектора 5 до тяги эжектирующего сопла 17. Открывая окна, можно повысить тягу эжектору примерно в 1,7 раза по сравнению с тягой эжектирующего сопла. На графике фиг.10 приведена регулировочная характеристика, показывающая зависимость увеличения тяги эжектора от реализуемой площади входного сечения эжектируемого сопла 15, где σ - коэффициент увеличения тяги эжектора 5 по отношению к тяге эжектирующего сопла 17, S_в.с - площадь входа в эжектируемое сопло 15, равная площади просвета секторных окон дисков 18 и 19, а S_к.с - площадь критического сечения эжектора 5 (площадь поперечного сечения цилиндрической смесительной камеры 16). Положение подвижного диска 19 фиксируется пальцем с рукояткой 22, который вворачивается через ограничительный паз 23 в глухое резьбовое отверстие на входном торце корпуса эжектируемого сопла 15. Это предотвращает случайные изменения настройки при производстве работ. Для того, чтобы регулятор тяги не ухудшал параметры эжектора, необходимо выполнение условия S_в.с≥ 4·S_к.с, а для надежного перекрывания его секторных пазов необходимо, чтобы выполнялись условия , где α₁ = 2^o - угол перекрытия секторов в открытом состоянии; α₂ = 46^o - угол перекрытия секторов в закрытом состоянии; β_п = 45^o - угол закрывающей секции подвижного диска 19; β_н = 43^o - угол сектора окна неподвижного диска 18.

Во втором варианте выполнения инструмента регулирование тяги эжектора осуществляется путем перемещения эжектируемого сопла 15 относительно эжектирующего сопла 17. Как показывает практика, наибольшая тяга эжектора наблюдается в том случае, когда критическое сечение эжектора (к.с.) совпадает со срезом эжектирующего сопла 17, т.е. когда срез эжектирующего сопла расположен во входном сечении смесительной камеры. Смещением эжектирующего сопла в сторону входного сечения эжектируемого сопла можно добиться уменьшения тяги эжектора 5 примерно в 1,7 раза. На графике фиг.11 приведена регулировочная характеристика, показывающая зависимость увеличения тяги эжектора от смещения эжектируемого сопла 15 относительно эжектирующего сопла 17, где σ - коэффициент увеличения тяги эжектора 5 по отношению к тяге эжектирующего сопла 17, Δ - величина смещения, а l - длина внутреннего канала эжектируемого сопла 15. Указанную регулировку водолаз может осуществлять, перемещая палец за рукоятку 29 вдоль паза. При этом палец, двигаясь в сквозном пазе 26, выполненном по винтовой линии, осуществляет вращение эжектируемого сопла 15 со смесительной камерой 16 вокруг своей оси, заставляя их продольно перемещаться внутри цилиндрического корпуса 25. На фиг.9а показаны два положения эжектируемого сопла 15 и его критического сечения в корпусе 25: а - крайнее положение, соответствующее максимальной тяге эжектора, б - промежуточное. Для устранения перетекания жидкости между корпусом 25 и эжектируемым соплом 15 их соединение герметизируется уплотнениями 27. Для фиксации выбранного режима, как и в первом варианте, положение эжектируемого сопла 15 относительно цилиндрического корпуса 25 фиксируется пальцем с рукояткой 29, который вворачивается в глухое резьбовое отверстие 28.

При продолжительной работе предлагаемым инструментом водолаз испытывает определенную нагрузку на кисть руки, которой он удерживает инструмент, производя работу. Для облегчения водолазного труда на внешней поверхности корпуса смесительной камеры 16 эжектора 5 подвижно установлен ложемент 8, который охватывает предплечье руки водолаза, снимая нагрузку с его кисти. Продольное перемещение ложемента 8 ограничено от выпадания ограничителем 6. Подвижность ложемента 8 обеспечивает индивидуальную подстройку к удобному месту предплечья водолаза и снимает определенную нагрузку с руки при пространственном перемещении инструмента, оставляя другую руку водолаза абсолютно свободной, в отличие от прототипа.

Предложенное устройство позволяет осуществлять работы по очистке подводных поверхностей корпусов судов, а также гидротехнических сооружений от биологического обрастания с высокой эффективностью и экономичностью за счет оперативного парирования всех внешних сил, действующих на водолаза.

Формула изобретения

1. Инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности, содержащий корпус, рабочее сопло и эжектор, состоящий из эжектирующего сопла, эжектируемого сопла, эжектируемого сопла и смесительной камеры, соединенные общим гидротрактом через шланг с водяным насосом, обеспечивающим постоянный расход жидкости через рабочее и эжектирующее сопла, отличающийся тем, что на входе эжектируемого сопла со смесительной камерой установлен регулятор тяги эжектора, состоящий из двух дисков со взаимно перекрывающимися секторными окнами, один из которых выполнен неподвижным с расположенным на его оси вышеупомянутым эжектирующим соплом и закреплен во входном сечении вышеуказанного эжектируемого сопла, имеющего на входном торце корпуса глухое резьбовое отверстие, в которое ввернут палец с рукояткой, а другой диск выполнен подвижным, имеет сквозной щелевой паз ограниченной длины, взаимодействующий с пальцем и выполненный по окружности, поджат к первому диску и установлен с возможностью поворота относительно него на угол, ограниченный длиной паза, через который ввернут палец, причем площадь просвета секторных окон при повороте подвижного диска относительно неподвижного составляет величину, лежащую в пределах от нуля до не менее четырех площадей поперечного сечения смесительной камеры, а рукоятка пальца установлена с возможностью поворота вместе с пальцем вокруг его оси для обеспечения фиксации подвижного диска относительно неподвижного в любом произвольном положении в пределах угла поворота, ограниченного пазом.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что в хвостовой части инструмента на внешней поверхности корпуса смесительной камеры установлен подвижно ложемент для охвата предплечья руки водолаза во время проведения очистных работ, фиксируемый от продольного перемещения посредством ограничителя.

3. Инструмент для подводной гидродинамической очистки поверхности, содержащий корпус, рабочее сопло и эжектор, состоящий из эжектирующего сопла, эжектируемого сопла и смесительной камеры, соединенные общим гидротрактом через шланг с водяным насосом, обеспечивающим постоянный расход жидкости через рабочее и эжектирующее сопла, отличающийся тем, что на входе эжектируемого сопла со смесительной камерой установлен регулятор тяги эжектора, образованный закреплением вышеуказанного эжектирующего сопла с помощью пилонов на торце цилиндрического корпуса, имеющего на цилиндрической поверхности сквозной щелевой паз ограниченной длины, выполненный по винтовой линии, и установкой внутрь цилиндрического корпуса эжектируемого сопла со смесительной камерой с обеспечением их герметичного соединения посредством уплотнения, при этом на боковой поверхности эжектируемого сопла выполнено глухое резьбовое отверстие, в которое через паз ввернут палец с рукояткой, установленный с возможностью перемещения вдоль паза для обеспечения продольного перемещения эжектируемого сопла со смесительной камерой относительно эжектирующего сопла соосно с ним и цилиндрическим корпусом на расстояние до одной длины внутреннего канала эжектрируемого сопла, а рукоятка пальца установлена с возможностью поворота вместе с пальцем вокруг его оси для обеспечения фиксации эжектируемого сопла относительно цилиндрического корпуса в любом промежуточном положении в пределах длины паза.

4. Инструмент по п.3, отличающийся тем, что в хвостовой части инструмента на внешней поверхности корпуса смесительной камеры установлено подвижно ложемент для охвата предплечья руки водолаза во время проведения очистных работ, фиксируемый от продольного перемещения посредством ограничителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11