Пневмоснаряд и способ очистки трубопроводов с его использованием

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при очистке внутренней поверхности трубопроводов от органических и неорганических отложений, в том числе для очистки от загрязнений технологических трубопроводов, канализационных труб, ливневых систем и других внутренних поверхностей различных инженерных сооружений, выполненных из металлических и неметаллических материалов. В трубопровод вводят пневмоснаряд, подают в него сжатый газ в 40-600 атм, который поступает по каналу в поршне из входной камеры в накопительную, и циклически при перемещении поршня сжатый воздух поступает в сбрасывающие давление отверстия, выполненные в корпусе и расположенные под углом 30-89° относительно продольной оси корпуса в сторону входной камеры. Количество сбросов воздуха из накопительной камеры составляет от 0,2 до 12 сбросов в секунду, что обеспечивает эффективную очистку трубопровода пневмоимпульсами при перемещении по нему пневмоснаряда. Повышает эффективность очистки трубопровода. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к очистке внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений и может быть использовано для очистки технологических трубопроводов, канализационных труб, ливневых систем и других внутренних поверхностей различных инженерных сооружений, выполненных из металлических и неметаллических материалов, от органических и неорганических отложений.

Известно (RU, заявка 94012549) устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащее корпус с поперечной перегородкой, с одной стороны которой расположены два ресивера, каждый из которых имеет по выпускному отверстию и зарядному каналу, а с другой стороны расположен цилиндр с наклонными соплами и расположенным в нем дифференциальным поршнем, снабженный пневмокамерой с воздухоподводящей трубкой и клапанной поверхностью, выполненной на меньшей ступени, и два запорных дифференциальных клапана для взаимодействия с кромками выпускных отверстий ресиверов. Указанные ресиверы образованы установленной в корпусе продольной осевой перегородкой, причем пропускная способность одного из каналов зарядки ресивера больше пропускной способности зарядного канала другого ресивера, в поперечной перегородке выполнена шлюзовая камера с возможностью взаимодействия с кромкой ее стенки клапанной поверхности дифференциального поршня, при этом запорные клапаны снабжены хвостовиками и установлены в выполненных в поперечной перегородке клапанных камерах, полости каждой из которых со стороны большей ступени клапана сообщены с выпускным отверстием одного из ресиверов и со шлюзовой камерой, а со стороны хвостовика - с полостью другого ресивера, причем клапаны подпружинены в направлении ресиверов.

Недостатком известного устройства следует признать его сложность и обусловленную этим недостаточную надежность.

Известно (RU, патент 2251649) устройство для прочистки систем отопления и трубопроводов, содержащее источник сжатого воздуха, выполненный с возможностью регулирования величины давления, соединенный с датчиком давления и пневмоемкостью, и пневмоклалан с регулируемой длительностью пневмоимпульса, выход которого соединен со средством подключения рабочей жидкости к прочищаемому элементу отопительной системы или трубопровода и со средством слива. Кроме того, устройство дополнительно содержит емкость для очищающего реагента, причем один вход емкости соединен с выходом пневмоклапана, второй вход - с источником очищающего реагента, а выход - со средством подключения очищающего реагента к прочищаемому элементу отопительной системы или трубопровода.

Недостатком известного устройства следует признать использование дополнительного жидкого моющего агента, что усложняет и удорожает процесс очистки внутренней поверхности трубопровода.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства можно признать пневмоимпульсное устройство (RU, патент 2113287), содержащий корпус, разделенный ступенчатым поршнем на входную и накопительную камеры, причем входная камера выполнена с возможностью сообщения посредством входного канала в корпусе с источником сжатого газа. В ступенчатом поршне выполнен канал, сообщающий входную и накопительную камеры, а в корпусе выполнены сбрасывающие давление отверстия.

Недостатком известного устройства следует признать отсутствие возможности регулирования частоты пневмоимпульсов, а также необходимость использования дополнительного оборудования для перемещения устройства по очищаемому трубопроводу.

Известен (RU, заявка 94012549) способ очистки внутренней поверхности трубопровода, по которому в жидкости, находящейся в трубопроводе, подачей импульсов сжатого воздуха генерируют ударные волны, которыми воздействуют на каждый разрушаемый участок отложений циклично двумя независимыми ударными волнами со сдвигом во времени воздействия, причем вторую волну направляют по следу первой и воздействуют ею на отложения после первой волны со сдвигом во времени.

Недостатком известного способа следует признать необходимость использования жидкой среды в очищаемом трубопроводе и обусловленная этим значительная сила воздействия на отложения и стенки трубопровода, которая может привести к их разрушению.

Известен (US, патент 1998902) способ очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений, основанный на создании пневмоимпульсных воздействий в жидкости, заполняющей очищаемый трубопровод. Кинетический гидравлический таран (пневмотаран) использует порцию сжатого воздуха, который резко ударяет по столбу воды в заблокированной трубе. Кинетическая ударная волна, распространяясь по столбу воды в трубе на 98% продольно (только 2% воздействует на боковые стенки), быстро удаляет пробку и вымывает частицы загрязнений. Ударная волна, образованная тараном, мгновенно проходит по спиралям 60 метров, не теряя своей силы, точно так же, как по прямой трубе. Известный способ, реализованный известным устройством, предназначен, в основном, для прочистки водопроводных и канализационных труб.

Недостатком известного способа следует признать его практическую непригодность для очистки поверхности стенки трубопровода.

Известен (RU, патент 2251649) способ прочистки систем отопления и трубопроводов от отложений различного характера, включающий заполнение очищаемого трубопровода рабочей жидкостью, генерацию ударных волн в рабочей жидкости путем подачи под большим давлением импульсов сжатого воздуха и слив загрязненной жидкости, в котором перед заполнением трубопровода рабочей жидкостью на его внутренние стенки распыляют воздействием ударных импульсов сжатого воздуха давлением 8-12 атм длительностью 0,1-1,0 с очищающий реагент с последующей его выдержкой в течение нескольких часов в зависимости от степени загрязнения.

Недостатком известного способа следует признать использование дополнительного моющего реагента, а также длительность и необходимость утилизации загрязненного моющего реагента.

Техническая задача, решаемая посредством предложенного технического решения, состоит в разработке устройства, предназначенного для очистки внутренних стенок трубопроводов с использованием только сжатого газа, а также способа очистки внутренних поверхностей трубопровода с использованием разработанной конструкции.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в повышении эффективности очистки за счет обеспечения возможности регулирования давления сжатого газа, выделяемого пневмоснарядом, а также обеспечения самостоятельного перемещения пневмоснаряда по очищаемому трубопроводу.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать пневмоснаряд, содержащий корпус, разделенный ступенчатым поршнем на входную и накопительную камеры, причем входная камера выполнена с возможностью сообщения посредством входного канала в корпусе с источником сжатого газа, в поршне выполнен канал, сообщающий входную и накопительную камеры, а в корпусе выполнены сбрасывающие давление отверстия. Кроме того, дополнительно во входном канале расположен жиклер с диаметром отверстия от 0,6 до 2,0 мм, накопительная камера выполнена в дополнительном корпусе, а сбрасывающие давление отверстия расположены под углом 30-89° относительно продольной оси корпуса в сторону входной камеры. Преимущественно корпус и дополнительный корпус имеют цилиндрическую форму. Обычно дополнительный корпус соединен с корпусом, в котором расположена входная камера, посредством промежуточного корпуса, который также имеет цилиндрическую форму. В предпочтительном варианте реализации промежуточный корпус соединен с корпусом и дополнительным корпусом посредством резьбы. Для обеспечения работоспособности пневмоснаряда в различных условиях применения соотношение максимального и минимального диаметров ступенчатого поршня составляет от 7:2 до 3:2. При использовании в качестве источника сжатого газа компрессора на входном канале перед жиклером может быть установлен воздушный фильтр.

Указанный технический результат достигается также использованием способа очистки трубопроводов, включающего использование пневмоимпульсов Согласно предлагаемому способу предварительно через очищаемый трубопровод пропускают устройство (сменную пневмонасадку), содержащее корпус с отверстиями, ориентированными под углом 30-70° относительно продольной оси корпуса в сторону входного отверстия, путем подачи в него сжатого воздуха при давлении, обеспечивающем перемещение устройства (сменной пневмонасадки) по трубопроводу, затем в очищаемый трубопровод вводят пневмоснаряд, содержащий корпус, разделенный ступенчатым поршнем на входную и накопительную камеры, причем входная камера выполнена с возможностью сообщения посредством входного канала в корпусе с источником сжатого газа, в поршне выполнен канал, сообщающий входную и накопительную камеры, а в корпусе выполнены сбрасывающие давление отверстия, причем дополнительно во входном канале расположен жиклер с диаметром отверстия от 0,6 до 2,0 мм, накопительная камера выполнена в дополнительном корпусе, а сбрасывающие давление отверстия расположены под углом 30-89° относительно продольной оси корпуса в сторону входной камеры и подают на его вход давление сжатого газа 40-600 атм, при этом соотношение объемов входной и накопительной камер, а также диаметр отверстия в жиклере подбирают таким образом, чтобы количество сбросов воздуха из накопительной камеры составляло от 0,2 до 12 сбросов в секунду, по окончании процесса очистки в трубопровод повторно вводят указанную сменную пневмонасадку под давлением, обеспечивающим транспортировку отколотых отложений.

Введение сменной пневмонасадки в очищаемый трубопровод позволяет решить две задачи - определить проходимость очищаемого трубопровода, т.е. определить отсутствие полного перекрытия трубопровода, и протащить через очищаемый трубопровод тросик, который в дальнейшем будет использован для принудительного перемещения пневмоснаряда в случае, если действия реактивной силы будет недостаточно для перемещения пневмоснаряда.

Конструкция пневмоснаряда в предпочтительном варианте реализации иллюстрирована на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, ступенчатый поршень 2, входная камера 3, накопительная камера 4, входной канал 5 в корпусе 1, канал 6, сообщающий входную 3 и накопительную 4 камеры, сбрасывающие давление отверстия 7, жиклер 8, дополнительный корпус 9, промежуточный корпус 10.

Пневмоснаряд предложенной конструкции работает следующим образом.

Источник сжатого газа (предпочтительно, компрессор) через воздушный фильтр подключают к входу канала 5 в корпусе 1. Регулируют диаметр жиклера с обеспечением создания необходимой в данном варианте использования частоты пневмовыхлопов из отверстий 7. Перед началом работы давление в накопительной камере 4 равно атмосферному. После подачи сжатого газа на вход канала 5 давление во входной камере 3 начинает увеличиваться, что вызывает движение поршня 2 вправо. В своем крайнем правом положении поршень 2 перекрывает выхлопные отверстия 7 и запирает накопительную камеру 4. По каналу 6 сжатый газ поступает в накопительную камеру 4. Поскольку площадь торца поршня 2 со стороны накопительной камеры больше, чем со стороны входной камеры, то по мере накопления газа в накопительной камере давление в ней увеличивается, сила, действующая со стороны накопительной камеры на поршень, увеличивается, поршень 2 смещается влево, отверстия 7 открываются, и происходит резкий выброс газа из накопительной камеры в окружающую среду. Затем поршень 2 опять смещается под действием сжатого газа вправо, и процесс повторяется многократно. Резкие выбросы сжатого газа (пневмоимпульсы) и являются действующим началом при очистке внутренних поверхностей трубопровода.

Поскольку предпочтительно отверстия 7 ориентированы под острым углом к продольной оси пневмоснаряда, то при резких выбросах из указанных отверстий сжатого газа вследствие реактивной силы, действующей на корпус пневмоснаряда, происходит его перемещение по очищаемой трубе.

При очистке трубопроводов предварительно с учетом диаметра очищаемого трубопровода и его материала выбирают типоразмер пневмоснаряда, т.е. диаметр корпуса, задающий в основном объемы камер, а с учетом степени зарастания и характера отложений - количество проходов пневмоснаряда. Рекомендуемое количество проходов пневмоснаряда в случае различных видов отложений приведено в таблице 1.

Таблица 1
№ пп.	Вид отложений	Степень зарастания, в % к сечению трубы	Рекомендуемое количество проходов
1	Слежавшийся ил или песок с малым количеством твердых включений (щебень и т.п.); жиры, битум	до 50	1-7
до 90	5-10
2.	Слежавшийся ил или песок со средним количеством твердых включений (щебень и т.п.); отложения производственного характера низкой и средней твердости	до 50	2-8
до 90	6-11
3.	Отложения производственного характера средней и высокой твердости	до 50	3-11
до 90	7-14
4.	Отложения производственного характера высокой твердости; карбонатные отложения; твердые соли	до 50	5-13
до 90	9-16

В случае наклонного расположения очищаемого трубопровода предпочтительно направлять пневмоснаряд снизу вверх. Рабочее давление сжатого газа предпочтительно не должно превышать 500 атм.

При реализации способа первоначально пропускают через очищаемый трубопровод сменную пневмонасадку, к заднему концу которой прикреплен тросик, действием сжатого воздуха, предпочтительно подаваемого под давлением 150-170 атм. Выходящий через отверстия в корпусе, ориентированные под острым углом по отношению к продольной оси корпуса сменной пневмонасадки, сжатый газ реактивной силой протаскивает корпус сменной пневонасадки вместе с привязанным тросиком через трубопровод. Сменную пневмонасадку удаляют из трубопровода. На передней части пневмоснаряда закрепляют тросик, к задней части также прикрепляют второй тросик, к входному каналу подключают магистраль сжатого газа и прогоняют пневмоснаряд через очищаемый участок трубопровода. При необходимости, если не хватает реактивной силы выходящих из отверстий потоков сжатого газа, за тросик пневмоснаряд подтягивают вперед. После прохода пневмоснаряда через очищаемый участок трубопровода посредством второго тросика пневмоснаряд возвращают в начало очищаемого участка трубопровода и процесс повторяют необходимое количество раз.

Удаление очищенного пневмоснарядом шлама из трубопровода предпочтительно осуществлено действием потока воды или посредством сменной пневмонасадки, которую подают в трубопровод под давлением, обеспечивающим транспортировку отколотых отложений.

Предлагаемая конструкция пневмоснаряда и способ его использования в отличие от ближайшего аналога позволяют очищать действием сжатого газа практически любые трубопроводы от практически любых отложений.

1. Пневмоснаряд, содержащий корпус, разделенный ступенчатым поршнем на входную и накопительную камеры, причем входная камера выполнена с возможностью сообщения посредством входного канала в корпусе с источником сжатого газа, в поршне выполнен канал, сообщающий входную и накопительную камеры, в корпусе выполнены сбрасывающие давление отверстия, отличающийся тем, что дополнительно во входном канале расположен жиклер с диаметром отверстия от 0,6 до 2,0 мм, накопительная камера выполнена в дополнительном корпусе, сбрасывающие давление отверстия расположены под углом 30-89° относительно продольной оси корпуса в сторону входной камеры, а соотношение максимального и минимального диаметров ступенчатого поршня составляет от 7:2 до 3:2.

2. Пневмоснаряд по п.1, отличающийся тем, что дополнительный корпус соединен с корпусом, в котором расположена входная камера, посредством промежуточного корпуса.

3. Пневмоснаряд по п.2, отличающийся тем, что промежуточный корпус соединен с корпусом посредством резьбы.

4. Пневмоснаряд по п.2, отличающийся тем, что промежуточный корпус соединен с дополнительным корпусом посредством резьбы.

5. Пневмоснаряд по п.1, отличающийся тем, что на входном канале перед жиклером установлен воздушный фильтр.

6. Способ очистки трубопроводов, включающий использование пневмоимпульсов, отличающийся тем, что предварительно через очищаемый трубопровод пропускают с прикрепленным к ней тросиком сменную пневмонасадку, содержащую корпус с отверстиями, ориентированными под углом 30-70° относительно продольной оси корпуса в сторону входного отверстия, путем подачи в него сжатого воздуха при давлении, обеспечивающем перемещение пневмонасадки по трубопроводу, затем в очищаемый трубопровод вводят охарактеризованный в п.1 пневмоснаряд, закрепляют на его передней части указанный тросик, прикрепляют второй тросик к задней части пневмоснаряда, подают на его вход давление сжатого газа 40-600 атм, при этом количество сбросов воздуха из накопительной камеры составляет от 0,2 до 12 сбросов в секунду, прогоняют пневмоснаряд через очищаемый участок трубопровода, по окончании процесса очистки в трубопровод повторно вводят сменную пневмонасадку под давлением, обеспечивающим транспортировку отколотых отложений.