RU2376193C1 - Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device - Google Patents
Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376193C1 RU2376193C1 RU2008133539/11A RU2008133539A RU2376193C1 RU 2376193 C1 RU2376193 C1 RU 2376193C1 RU 2008133539/11 A RU2008133539/11 A RU 2008133539/11A RU 2008133539 A RU2008133539 A RU 2008133539A RU 2376193 C1 RU2376193 C1 RU 2376193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- cavity
- cavitation
- pressure
- jet
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике гидродинамической очистки поверхностей от наслоений и отложений и может быть использовано для очистки поверхностей под водой, например поверхностей корпусов судов от обрастаний, разрушенного слоя бетона на поверхностях трубопроводов, проложенных по морскому дну и др.The invention relates to techniques for hydrodynamic cleaning of surfaces from deposits and deposits and can be used to clean surfaces under water, for example, surfaces of ship hulls from fouling, a destroyed concrete layer on surfaces of pipelines laid along the seabed, etc.
Известен способ гидродинамической подводной очистки корпусов судов [1], при котором на очищаемую поверхность воздействуют струей воды под давлением, вытекающей из сопла рабочего органа, создавая вокруг струи затопленную полость с регулируемым расходом воды, примыкающую к обрабатываемой поверхности.A known method of hydrodynamic underwater cleaning of hulls [1], in which the surface to be cleaned is exposed to a jet of water under pressure flowing from the nozzle of the working body, creating a flooded cavity around the jet with a controlled flow of water adjacent to the surface being treated.
Однако данный способ характеризуется недостаточным качеством очистки и большим расходом потребляемой энергии.However, this method is characterized by insufficient cleaning quality and high consumption of energy.
Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ гидродинамической подводной очистки корпусов судов [2], при котором на очищаемую поверхность воздействуют струей воды под давлением, вытекающей из сопла рабочего органа, создавая вокруг струи затопленную полость с регулируемым расходом воды, примыкающую к обрабатываемой поверхности, очистку ведут при режимных параметрах, обеспечивающих условие возникновения кавитации в затопленной полости около очищаемой поверхностиClosest to the proposed method is a known method of hydrodynamic underwater cleaning of ship hulls [2], in which the surface to be cleaned is exposed to a jet of water under pressure flowing from the nozzle of the working body, creating a flooded cavity around the jet with a controlled flow of water adjacent to the treated surface, cleaning lead under regime parameters that provide the condition for the occurrence of cavitation in the flooded cavity near the surface being cleaned
где:Where:
Pr - гидростатическое давление в затопленной полости;P r - hydrostatic pressure in the flooded cavity;
Ро - полное давление на срезе сопла рабочего органа;P about - the total pressure at the nozzle exit of the working body;
х - расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности;x is the distance from the nozzle to the workpiece;
d - внутренний диаметр сопла.d is the inner diameter of the nozzle.
В затопленной полости при заданных значениях полного давления на срезе сопла рабочего органа и отношения величины расстояния от сопла до обрабатываемой поверхности к величине внутреннего диаметра сопла поддерживается оптимальное значение гидростатического давления в затопленной полости, соответствующее максимальной интенсивности кавитационного разрушения и определяемое по эмпирической формуле 
Однако такой способ неполностью реализует возможности гидродинамической очистки с использованием эффекта кавитации, т.е. также обладает недостаточной эффективностью очистки.However, this method does not fully realize the potential of hydrodynamic cleaning using the cavitation effect, i.e. also has insufficient cleaning efficiency.
Известно также устройство для гидродинамической очистки поверхностей корпусов судов [3], содержащее корпус с установленным в нем соплом, обращенным в сторону очищаемой поверхности и гидравлически сообщенным с источником давления, и кожух, охватывающий корпус с образованием кольцевой камеры, сообщающейся, по крайней мере, с одним каналом низкого давления. Устройство снабжено патрубком, связанным с корпусом с возможностью фиксируемого перемещения относительно него, причем патрубок выполнен с центральным каналом высокого давления, в котором размещено сопло, которое выполнено сменным и, по крайней мере, с одним периферийным каналом с выходом на боковой поверхности этого патрубка, причем напротив этого выхода в корпусе выполнена кольцевая проточка, сообщенная с каналом низкого давления, при этом оба канала гидравлически связаны с источником давления, а ширина кольцевой проточки равна рабочему ходу патрубка относительно корпуса.Also known is a device for hydrodynamic cleaning of the surfaces of hulls of ships [3], comprising a hull with a nozzle installed in it, facing the surface being cleaned and hydraulically connected to a pressure source, and a casing enclosing the hull with the formation of an annular chamber communicating with at least one low pressure channel. The device is equipped with a nozzle connected with the housing with the possibility of a fixed movement relative to it, and the nozzle is made with a central high-pressure channel, in which a nozzle is placed, which is removable and with at least one peripheral channel with an outlet on the side surface of this nozzle, opposite this outlet, an annular groove is made in the housing, in communication with the low pressure channel, both channels being hydraulically connected to the pressure source, and the width of the annular groove is equal to the working he move the pipe relative to the housing.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является гидрокавитационный генератор Родионова В.П. [4], содержащий кавитационный насадок, имеющий внутреннюю поверхность в форме конфузора, сообщенного с диффузором. Напротив диффузора расположен отражательный элемент. Конфузор сообщен с диффузором посредством двухступенчатого цилиндрического участка. Диаметр первой ступени равен меньшему диаметру конфузора и меньше или равен 0,5 диаметра второй ступени. Отношение меньших диаметров диффузора и конфузора равно 1,25-2,0, а отношение расстояния от выходного отверстия диффузора до отражательного элемента к меньшему диаметру конфузора не менее 4,4.The closest technical solution to the proposed device is a hydrocavitation generator Rodionova V.P. [4] containing a cavitation nozzle having an inner surface in the form of a confuser in communication with a diffuser. Opposite the diffuser is a reflective element. The confuser is in communication with the diffuser via a two-stage cylindrical section. The diameter of the first stage is equal to the smaller diameter of the confuser and less than or equal to 0.5 of the diameter of the second stage. The ratio of the smaller diameters of the diffuser and the confuser is 1.25-2.0, and the ratio of the distance from the outlet of the diffuser to the reflective element to the smaller diameter of the confuser is at least 4.4.
Известные технические решения [3, 4] имеют ограничения по эффективности очистки, что обусловливается тем, что их конструкция не обеспечивает пульсаций гидродинамического давления в струйном кавитационном потоке для усиления эрозионной способности кавитации, т.е. повышения эффективности очистки.Known technical solutions [3, 4] have limitations on cleaning efficiency, which is due to the fact that their design does not provide pulsations of hydrodynamic pressure in the jet cavitation stream to enhance the erosive ability of cavitation, i.e. increase cleaning efficiency.
В предлагаемом способе гидродинамической очистки поверхностей объектов под водой, основанном на воздействии на очищаемую поверхность струей жидкости, истекающей под давлением из возбудителя кавитации, регулировании расхода жидкости в струе и создании вокруг нее активного объема жидкости в виде каверны, направленной на очищаемую поверхность, технический результат, заключающийся в повышении эффективности и производительности очистки, достигается тем, что формируют струю жидкости на выходе возбудителя кавитации со статическим давлением ниже давления насыщенных паров жидкости до достижения кавитации с увеличением количества выделенных из жидкости газопаровых пузырьков и расширением объема каверны, при этом увеличение количества газопаровых пузырьков и образование расширенного объема каверны обеспечивают путем регулирования давления в струе и плавного изменения расстояния от выхода возбудителя кавитации до очищаемой поверхности, причем фиксируют упомянутое расстояние в качестве рабочего положения возбудителя кавитации в момент достижения максимальной пульсации гидродинамического давления в каверне струи, при этом максимальную пульсацию гидродинамического давления определяют по периодическому прерыванию каверны в направлении струи жидкости.In the proposed method of hydrodynamic cleaning of surfaces of objects under water, based on the impact on the surface to be cleaned with a stream of liquid flowing out under pressure from the cavitation pathogen, regulation of the liquid flow in the stream and creating around it an active volume of liquid in the form of a cavity directed to the surface to be cleaned, technical result, which consists in increasing the efficiency and productivity of cleaning, is achieved by the fact that they form a stream of liquid at the outlet of the cavitation pathogen with static pressure lower than the pressure of saturated vapor of the liquid until cavitation is achieved with an increase in the number of gas-vapor bubbles extracted from the liquid and the expansion of the cavity volume, while increasing the number of gas-vapor bubbles and the formation of an expanded cavity volume is ensured by controlling the pressure in the jet and smoothly changing the distance from the exit of the cavitation pathogen to the surface being cleaned moreover, the mentioned distance is fixed as the working position of the cavitation pathogen at the time of reaching the maximum pulse hydrodynamic pressure in the cavity of the jet, while the maximum pulsation of the hydrodynamic pressure is determined by periodically interrupting the cavity in the direction of the liquid jet.
При этом дополнительное повышение эффективности очистки достигается тем, что изменяют частоту и амплитуду пульсации гидродинамического давления в каверне гидродинамической струи путем регулирования параметров потока струи до возникновения резонанса в структуре материала отложений на очищаемой поверхности.Moreover, an additional increase in cleaning efficiency is achieved by changing the frequency and amplitude of the pulsation of the hydrodynamic pressure in the cavity of the hydrodynamic jet by adjusting the parameters of the jet stream until a resonance occurs in the structure of the material of the deposits on the surface being cleaned.
В предлагаемом устройстве для осуществления способа, содержащем корпус, входной конфузор, расширительную камеру и выходной диффузор, указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит сменную первую втулку, установленную в корпусе, патрубок с внутренней перегородкой, вторую и третью втулки, при этом входной конфузор выполнен в первой втулке, расширительная камера выполнена в патрубке, соединенном с корпусом посредством резьбового соединения, а выходной диффузор выполнен в третьей втулке, причем вторая втулка установлена в упомянутой перегородке патрубка между первой втулкой и расширительной камерой, а патрубок соединен с третьей втулкой посредством резьбового соединения с обеспечением возможности регулировки объема расширительной камеры.In the proposed device for implementing the method, comprising a housing, an inlet confuser, an expansion chamber and an output diffuser, the technical result is achieved in that the device comprises a replaceable first sleeve installed in the body, a pipe with an internal partition, a second and third sleeve, while the input confuser made in the first sleeve, the expansion chamber is made in the pipe connected to the housing by means of a threaded connection, and the output diffuser is made in the third sleeve, the second sleeve being Credited in said pipe wall between the first sleeve and the expansion chamber and the nozzle connected to the third sleeve by a threaded connection to enable the adjustment of the volume of the expansion chamber.
Технический результат в устройстве достигается также тем, что входной конфузор в первой втулке и выходной диффузор в третьей втулке выполнены с углом раскрытия, равным 10-60°.The technical result in the device is also achieved by the fact that the input confuser in the first sleeve and the output diffuser in the third sleeve are made with an opening angle of 10-60 °.
При этом формирование увеличенного количества выделенных из жидкости газопаровых пузырьков, обладающих максимальной потенциальной и кинетической энергиями, обеспечивается двумя вариантами конструкции.In this case, the formation of an increased amount of gas-vapor bubbles extracted from the liquid, having the maximum potential and kinetic energies, is provided by two design options.
По первому варианту в боковой стенке патрубка в месте расположения расширительной камеры выполнены боковые отверстия. По второму варианту в третьей втулке выполнены отверстия под углом к оси втулки с обеспечением дополнительного сообщения расширительной камеры с полостью диффузора.According to the first embodiment, side holes are made in the side wall of the pipe at the location of the expansion chamber. According to the second embodiment, holes are made in the third sleeve at an angle to the axis of the sleeve, providing additional communication between the expansion chamber and the diffuser cavity.
Сущность изобретения поясняется чертежами и фотографиями, где:The invention is illustrated by drawings and photographs, where:
- на фиг.1 представлена конструкция возбудителя кавитации, используемого при реализации предлагаемого способа;- figure 1 shows the design of the cavitation pathogen used in the implementation of the proposed method;
- на фиг.2 приведены фотографии вида каверн, формируемых при истечении струи жидкости: а) из сопла известного возбудителя кавитации; б) из сопла предлагаемого возбудителя кавитации;- figure 2 shows photographs of the type of caverns formed upon the expiration of a stream of liquid: a) from a nozzle of a known cavitation pathogen; b) from the nozzle of the proposed pathogen cavitation;
- на фиг.3 показаны функциональные зависимости, поясняющие изменение динамического давления по оси струи;- figure 3 shows the functional dependencies explaining the change in dynamic pressure along the axis of the jet;
- на фиг.4 приведены фотографии, иллюстрирующие образцы очищенной поверхности из алюминия после воздействия на них струй кавитирующей жидкости, истекающих: а) из известного возбудителя кавитации; б) из предлагаемого возбудителя кавитации;- figure 4 shows photographs illustrating samples of the cleaned surface of aluminum after exposure to jets of cavitating liquid flowing out: a) from a known cavitation pathogen; b) from the proposed pathogen cavitation;
- на фиг.5 приведены фотографии, иллюстрирующие образование каверн при различных условиях их формирования;- figure 5 shows photographs illustrating the formation of caverns under various conditions of their formation;
- на фиг.6 приведены графики пульсации гидродинамического давления в струе жидкости и резонансных колебаний слоистой структуры материала, покрывающего очищаемую поверхность;- figure 6 shows graphs of the pulsation of the hydrodynamic pressure in the liquid stream and the resonant vibrations of the layered structure of the material covering the surface to be cleaned;
- на фиг.7 приведена фотография алюминиевого образца после воздействия на него кавитирующей струей по предлагаемому способу с помощью предлагаемого возбудителя кавитации.- figure 7 shows a photograph of an aluminum sample after exposure to it by a cavitating jet according to the proposed method using the proposed cavitation pathogen.
Предлагаемый способ гидродинамической очистки поверхностей объектов под водой осуществляется следующим образом.The proposed method of hydrodynamic cleaning of surfaces of objects under water is as follows.
Согласно способу на очищаемую поверхность воздействуют струей жидкости, истекающей под давлением из возбудителя кавитации (фиг.1).According to the method, the surface to be cleaned is affected by a stream of liquid flowing out under pressure from the cavitation pathogen (Fig. 1).
Расход жидкости в струе регулируют и создают вокруг нее активный объем жидкости в виде каверны (фиг.2 и фиг.5), направленной на очищаемую поверхность.The flow rate of the liquid in the stream is regulated and an active volume of liquid is created around it in the form of a cavity (Fig. 2 and Fig. 5) directed to the surface being cleaned.
Струю жидкости на выходе возбудителя кавитации формируют со статическим давлением ниже давления насыщенных паров жидкости до достижения кавитации с увеличением количества выделенных из жидкости газопаровых пузырьков и расширением объема каверны (фиг.2б и фиг.5b, с).A liquid jet at the outlet of the cavitation pathogen is formed with a static pressure below the pressure of the saturated vapor of the liquid until cavitation is achieved with an increase in the number of gas-vapor bubbles extracted from the liquid and the expansion of the cavity volume (Fig. 2b and Fig. 5b, c).
Увеличение количества газопаровых пузырьков и образование расширенного объема каверны обеспечивают путем регулирования давления в струе и плавного изменения расстояния от выхода возбудителя кавитации до очищаемой поверхности. Изменение расстояния осуществляется оператором (водолазом), который непрерывно осуществляет контроль процесса очистки. В момент достижения максимальной пульсации гидродинамического давления в каверне струи фиксируют расстояние и принимают его в качестве рабочего положения возбудителя кавитации.The increase in the number of gas-vapor bubbles and the formation of an expanded volume of the cavity are ensured by controlling the pressure in the jet and smoothly changing the distance from the exit of the cavitation pathogen to the surface being cleaned. Changing the distance is carried out by the operator (diver), who continuously monitors the cleaning process. At the moment of reaching the maximum pulsation of the hydrodynamic pressure in the cavity, the distance is fixed and taken as the working position of the cavitation pathogen.
Максимальную пульсацию гидродинамического давления определяют по периодическому прерыванию каверны в направлении струи жидкости. Контроль за достижением максимальной пульсации может осуществляться визуально как оператором, так и с помощью специальных датчиков, сигнал от которых поступает на электронную схему обработки (на чертежах не показаны).The maximum pulsation of the hydrodynamic pressure is determined by periodically interrupting the cavity in the direction of the liquid stream. Monitoring the achievement of maximum ripple can be carried out visually by both the operator and using special sensors, the signal from which is fed to the electronic processing circuit (not shown in the drawings).
На фиг.2 представлены фотографии струйного истечения воды при одинаковых гидродинамических и гидростатических параметрах потока из сопел различной конструкции, выполненных для наглядности из плексиглаза. Анализ представленных фотографий показывает, что при истечении из сопла известного возбудителя кавитации, состоящего из конусной сходящей части и прямого участка, в конце прямого участка зарождается начало каверны, состоящей из массы скопления газопаровых пузырьков.Figure 2 presents photographs of the jet flow of water at the same hydrodynamic and hydrostatic flow parameters from nozzles of various designs, made for clarity of plexiglass. An analysis of the photographs shows that when a known cavitation pathogen, consisting of a conical descending part and a straight section, expires from the nozzle, the beginning of a cavity consisting of a mass of accumulation of gas-vapor bubbles arises at the end of the straight section.
При истечении струйного потока из предлагаемого возбудителя кавитации, являющегося, по существу, усилителем пульсации гидродинамического давления в суперкавитационной каверне, газопаровые пузырьки зарождаются на прямом участке, затем в расширительной камере их становится еще больше. В результате суперкавитационная каверна на выходе из возбудителя кавитации имеет размеры (объем и протяженность), намного превышающие размеры каверны в потоке, истекающем из сопла известного устройства.When the jet stream expires from the proposed cavitation pathogen, which is essentially an amplifier of the hydrodynamic pressure pulsation in the supercavitation cavity, gas-vapor bubbles nucleate in a straight section, then they become even larger in the expansion chamber. As a result, the supercavitation cavity at the exit of the cavitation pathogen has dimensions (volume and extent) that are much larger than the sizes of the cavity in the stream flowing from the nozzle of the known device.
Кроме того, в предлагаемом способе достижение максимальной эффективности и производительности очистки обеспечивают тем, что изменяют частоту и амплитуду пульсации гидродинамического давления в каверне гидродинамической струи путем регулирования параметров потока струи до возникновения резонанса в структуре материала отложений на очищаемой поверхности (см. фиг.6).In addition, in the proposed method, achieving maximum cleaning efficiency and productivity is ensured by changing the frequency and amplitude of the hydrodynamic pressure pulsation in the cavity of the hydrodynamic stream by adjusting the stream flow parameters until resonance occurs in the structure of the deposits material on the surface being cleaned (see Fig. 6).
Как показали исследования, слой отложений на очищаемой поверхности обладает резонансными свойствами. Собственная частота колебаний в такой резонансной структуре зависит от материала отложений, толщины слоя, прочности сцепления с очищаемой поверхностью и других факторов.As studies have shown, the layer of deposits on the surface being cleaned has resonant properties. The natural frequency of vibrations in such a resonant structure depends on the material of the deposits, layer thickness, adhesion to the surface being cleaned, and other factors.
На фиг.3 представлены сравнительные графики изменений полного гидродинамического давления λ, по центру струйного потока от изменений числа кавитации χ=Рк/Ро, (Рк - давление в затопленном потоке, Ро - давление в возбудителе кавитации) при двух постоянных параметрах относительных расстояний от среза сопла до поверхности 
Как показывает анализ графиков, полное гидродинамическое давление при низких значениях числа кавитации у сопла известного возбудителя выше, чем у предлагаемого усилителя кавитации, а в дальнейшем идет значительное повышение полного гидродинамического давления для усилителя кавитации. Это объясняется тем, что за счет большей массы парогазовых пузырьков, содержащихся в суперкавитационной каверне усилителя кавитации, происходит увеличение статического давления внутри каверны и увеличение тем самым в потоке жидкости полного гидродинамического давления.As an analysis of the graphs shows, the total hydrodynamic pressure at low cavitation numbers at the nozzle of a known pathogen is higher than that of the proposed cavitation amplifier, and in the future there is a significant increase in the total hydrodynamic pressure for the cavitation amplifier. This is explained by the fact that due to the greater mass of vapor-gas bubbles contained in the supercavitation cavity of the cavitation amplifier, there is an increase in the static pressure inside the cavity and thereby increase the total hydrodynamic pressure in the fluid flow.
Представленные на фиг.4 фотографии образцов из алюминия, на которые воздействовали струйным кавитационным потоком, истекающим из известного и из предлагаемого возбудителя кавитации. На поверхности образцов образовались эрозионные кратеры определенной величины с разрушениями в виде тороидальных углублений. В центре эрозионного кратера разрушения незначительны. Это объясняется тем, что наибольшее число газопаровых пузырьков сконцентрировано по краям суперкавитационной каверны, и их количество зависит от конструкции внутреннего канала сопла возбудителя кавитации.The photographs of aluminum samples shown in FIG. 4, which were exposed to a jet cavitation stream flowing from a known and proposed cavitation pathogen. On the surface of the samples erosion craters of a certain size were formed with destruction in the form of toroidal depressions. In the center of the erosion crater, the destruction is insignificant. This is explained by the fact that the largest number of gas-vapor bubbles is concentrated along the edges of the super-cavitation cavity, and their number depends on the design of the internal channel of the nozzle of the cavitation exciter.
На фиг.5 представлены фотографии струйного кавитационного истечения из усилителя пульсации кавитирующего потока жидкости при различных параметрах динамического давления на входе в сопло и в затопленной полости и различных расстояниях до очищаемой поверхности. Как видно из фотографий, суперкавитационная каверна, полученная согласно предлагаемому способу, имеет неоднородный пульсирующий характер в направлении струи, что подтверждается разрывами между зонами скопления газопаровых пузырьков. Это является доказательством того, что суперкавитационная каверна пульсирует с определенной частотой и амплитудой колебаний.Figure 5 presents photographs of the jet cavitation outflow from the amplifier pulsation cavitating fluid flow at various parameters of the dynamic pressure at the inlet to the nozzle and in the flooded cavity and various distances to the surface being cleaned. As can be seen from the photographs, the supercavitation cavity obtained according to the proposed method has an inhomogeneous pulsating character in the direction of the jet, which is confirmed by gaps between the zones of accumulation of gas-vapor bubbles. This is proof that the super cavitation cavity is pulsating with a certain frequency and amplitude of oscillations.
Если выбрать параметры струйного истечения так, чтобы частота f и амплитуда пульсации А суперкавитационной каверны приводила к максимальной эрозии материала поверхности, на которую она действует, то материал отложений начинает сильно и быстро разрушаться при совпадении частоты пульсаций каверны с частотой и собственных колебаний материала отложений.If we choose the parameters of the jet outflow so that the frequency f and the amplitude of pulsation A of the supercavitation cavity lead to maximum erosion of the surface material on which it acts, then the material of deposits begins to rapidly and rapidly collapse when the frequency of the pulsations of the cavity coincides with the frequency and natural vibrations of the material of the deposits.
Представленная на фиг.6 качественная характеристика показывает зависимость амплитуды А колебаний слоя разрушаемого материала при совпадении частоты его собственных колебаний с частотой пульсации гидродинамического давления в струйном потоке, что приводит к интенсивному эрозионному разрушению материала отложений при очистке поверхностей под водой.The qualitative characteristic presented in Fig. 6 shows the dependence of the amplitude A of the oscillations of the layer of destructible material when the frequency of its own vibrations coincides with the frequency of the pulsation of the hydrodynamic pressure in the jet stream, which leads to intense erosive destruction of the material of the deposits when cleaning surfaces under water.
Устройство для осуществления способа (фиг.1) содержит корпус 1 со штуцером 2, входную сменную первую втулку 3, установленную в корпусе 1, патрубок 4 с внутренней перегородкой 5, вторую 6 и третью 7 втулки. Патрубок 4 соединен с корпусом 1 посредством резьбового соединения.A device for implementing the method (Fig. 1) comprises a housing 1 with a
В первой втулке 3 выполнен входной конфузор 8 с углом раскрытия λ.An inlet confuser 8 with an opening angle λ is made in the first sleeve 3.
В патрубке 4 выполнена расширительная камера 9. В третьей втулке 7 выполнен выходной диффузор 10 с углом раскрытия φ. Вторая втулка 6 установлена в перегородке 5 патрубка 4 между первой втулкой 3 и расширительной камерой 9, а патрубок 4 соединен с третьей втулкой 7 посредством резьбового соединения с обеспечением возможности регулировки объема расширительной камеры 9.An
Входной конфузор 8 в первой втулке 3 и выходной диффузор 7 в третьей втулке 7 выполнены с углом раскрытия, равным 10-60°.The input confuser 8 in the first sleeve 3 and the output diffuser 7 in the third sleeve 7 are made with an opening angle of 10-60 °.
Возбудитель кавитации выполнен в двух вариантах.The causative agent of cavitation is made in two versions.
По первому варианту (фиг.1а) в боковой стенке патрубка 4 в месте расположения расширительной камеры 9 выполнены боковые отверстия 11.According to the first embodiment (figa) in the side wall of the pipe 4 in the location of the
По второму варианту (фиг.1b) в третьей втулке 7 выполнены отверстия 12 под углом к оси втулки 7 с обеспечением дополнительного сообщения расширительной камеры 9 с полостью диффузора 10.According to the second variant (fig.1b), holes 12 are made in the third sleeve 7 at an angle to the axis of the sleeve 7, providing additional communication of the
В основу конструкции возбудителя кавитации, реализующего предлагаемый способ, положена задача создания такого устройства, которое позволило бы увеличить суперкавитационную каверну.The design of the cavitation pathway that implements the proposed method is based on the task of creating such a device that would allow to increase the supercavitation cavity.
Поставленная задача решается за счет того, что внутренняя поверхность сопла сконструирована так, что протекающий струйный поток меняет величину статического давления до значения, равного давлению насыщенных паров. В этом случае происходит выделение в поток жидкости растворенного в ней воздуха с интенсивным образованием газопаровых пузырьков, которые, перемещаясь с потоком, попадают в зону расширения потока. Истекая с потоком из усилителя кавитации, газопаровые пузырьки образуют в затопленном пространстве суперкавитационную зону скопления газопаровых пузырьков в виде факела, имеющего вытянутый характер в направлении струи. Если поперек потока поставить преграду в виде жесткой поверхности, то между преградой и суперкавитационной каверной происходит взаимодействие, приводящее к генерации колебаний гидродинамического давления с определенной частотой и амплитудой.The problem is solved due to the fact that the inner surface of the nozzle is designed so that the flowing jet stream changes the static pressure to a value equal to the saturated vapor pressure. In this case, the dissolved air is released into the liquid stream with intensive formation of gas-vapor bubbles, which, moving with the stream, fall into the zone of expansion of the stream. Flowing out from the cavitation amplifier, gas-vapor bubbles form in the flooded space a super-cavitation zone of accumulation of gas-vapor bubbles in the form of a torch having an elongated character in the direction of the jet. If a barrier in the form of a rigid surface is placed across the flow, then an interaction occurs between the barrier and the supercavitation cavity, which leads to the generation of fluctuations in hydrodynamic pressure with a certain frequency and amplitude.
Устройство для осуществления способа - возбудитель кавитации работает следующим образом.A device for implementing the method - the causative agent of cavitation works as follows.
Жидкость от высоконапорного насоса (на чертеже не показан) подается на вход устройства через штуцер 2, входную сменную первую втулку 3, установленную в корпусе 1, проходит конфузор 8 с углом раскрытия λ, равным 10-60°, где происходит сжатие потока жидкости, который, пройдя его наименьший диаметр сечения d0, ускоряется. При этом гидростатическое давление в потоке уменьшается и на срезе конфузора 8 в истекающем потоке зарождается кавитация. При выполнении условия, что перепад давления в потоке узкого сечения конфузора 8 будет не меньше 0,6-0,9 МПа, а скорость не менее 140 м/с, происходит образование ядер кавитации, а именно пузырьков, заполненных газом или паром, которые перемещаются далее вместе с потоком, который проходит через втулку 6. Поскольку в расширительной камере 9 статическое давление меньше атмосферного, происходит резкое расширение потока жидкости, интенсивное выделение воздуха, содержащегося в воде, и возбуждение кавитации в струйном потоке. Наличие отверстий 11 в патрубке 4 (первый вариант) и отверстий 11 в третьей втулке 7 способствует улучшению условий кавитации в камере 9.The fluid from the high-pressure pump (not shown in the drawing) is supplied to the input of the device through the
Далее поток жидкости проходит втулку 7 и, расширяясь в диффузоре 10, выполненном с углом раскрытия φ, равным 10-60°, истекает из возбудителя во внешнюю окружающую его среду. Поскольку на выходе диффузора 10 статическое давление больше атмосферного давления, в струйном потоке идет резкое сжатие газопаровых и воздушных пузырьков и частичное их схлопывание. Схлопывание газопаровых пузырьков приводит к коммулятивному колебательному процессу, направленному как в сторону движения потока, так и хаотическому мгновенному колебательному процессу динамического давления, направленного перпендикулярно движению потока.Next, the fluid flow passes through the sleeve 7 and, expanding in the
Суммарное наложение колебаний приводит к пульсации динамического давления в струйном потоке. Возбудителем колебаний динамического давления в струйном потоке являются газопаровые пузырьки при создании условий интенсивного развития кавитации за счет изменения гидродинамических параметров струйного потока с помощью конструкционных параметров элементов возбудителя кавитации.The total imposition of oscillations leads to pulsation of the dynamic pressure in the jet stream. The causative agent of dynamic pressure fluctuations in the jet stream are gas-vapor bubbles when creating conditions for the intensive development of cavitation due to changes in the hydrodynamic parameters of the jet stream using the structural parameters of the elements of the cavitation pathogen.
Основная масса газопаровых пузырьков переносится вытекающим из возбудителя кавитации потоком и образует зону их скопления в виде простирающегося факела, начинающегося от нижнего среза диффузора (фиг.5) и далее в затопленную среду.The bulk of the gas-vapor bubbles is transported by the flow emerging from the cavitation pathogen and forms a zone of their accumulation in the form of a spreading torch starting from the lower cut of the diffuser (Fig. 5) and further into the flooded environment.
Если схлопывание газопаровых пузырьков происходит около твердой поверхности с отложениями, то происходит интенсивное эрозионное разрушение материала отложений, т.е. очистка поверхности (фиг.4 и фиг.5).If the collapse of gas-vapor bubbles occurs near a solid surface with deposits, intense erosive destruction of the material of deposits occurs, i.e. surface cleaning (figure 4 and figure 5).
Наличие резьбового соединения между третьей втулкой 7 и патрубком 4 позволяет регулировать объем расширительной камеры 9 и выбрать наилучший режим при формировании каверны. Поскольку втулка 3 является сменной, это позволяет при различных эксплуатационных условиях при предварительной настройке выбрать втулку с оптимальным углом раскрытия φ с учетом характеристик жидких сред.The presence of a threaded connection between the third sleeve 7 and the pipe 4 allows you to adjust the volume of the
Конструкция предлагаемого возбудителя кавитации, формирующего пульсацию динамического давления в струйном суперкавитационном затопленном потоке, позволяет получить отрывную кавитационную зону скопления газопаровых пузырьков, которая незначительно воздействует на внутреннюю поверхность устройства, т.е. не подвергает его материал, из которого изготовлен возбудитель, его эрозионное разрушение.The design of the proposed cavitation pathogen, which generates a pulsation of dynamic pressure in the jet supercavitational flooded stream, makes it possible to obtain a tear-off cavitation zone of accumulation of gas-vapor bubbles, which slightly affects the inner surface of the device, i.e. does not expose its material, of which the pathogen is made, its erosive destruction.
Предложенный способ и устройство для его осуществления прошли производственные испытания. Способ показал повышенную эффективность очистки под водой поверхностей судов по сравнению с известными способами.The proposed method and device for its implementation have passed production tests. The method showed an increased efficiency of cleaning under water surfaces of ships in comparison with known methods.
Устройство изготавливается из коррозийно-стойкого материала - из нержавеющей стали.The device is made of corrosion-resistant material - stainless steel.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №898954, кл. В63В 59/08, 1979.1. USSR Copyright Certificate No. 898954, cl. B63B 59/08, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР №1102712, кл. В63В 59/08, 1982.2. Copyright certificate of the USSR No. 1102712, cl. B63B 59/08, 1982.
3. Патент РФ №2072937, кл. В63В 59/08, 1993.3. RF patent No. 2072937, cl. B63B 59/08, 1993.
4. Авторское свидетельство СССР №1614241, кл. B01F, 1987.4. Copyright certificate of the USSR No. 1614241, cl. B01F, 1987.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008133539/11A RU2376193C1 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008133539/11A RU2376193C1 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2376193C1 true RU2376193C1 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41625622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008133539/11A RU2376193C1 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2376193C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506413C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Well strainer cleanout device |
| RU2528351C1 (en) * | 2013-10-23 | 2014-09-10 | Николай Борисович Болотин | Well strainer cleanout device |
| RU2556738C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-07-20 | Дмитрий Валентинович Моисеев | Well strainer filtering element cleanout device |
| RU2557283C1 (en) * | 2014-03-24 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМГИДРОСЕТИ" | Method of cleaning and maintenance of wells and pipelines |
| RU2563903C1 (en) * | 2014-10-07 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМГИДРОСЕТИ" | Device for cleaning and recovery of serviceability of water-bearing and oil-and-gas wells |
| RU2568467C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-20 | Виктор Петрович Родионов | V. rodionov's cavitator |
| DE112017006566T5 (en) | 2016-12-26 | 2019-10-17 | Mikhail Nikolaevich Boldyrev | Apparatus and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on the microhydraulic impact |
-
2008
- 2008-08-18 RU RU2008133539/11A patent/RU2376193C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506413C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Well strainer cleanout device |
| RU2528351C1 (en) * | 2013-10-23 | 2014-09-10 | Николай Борисович Болотин | Well strainer cleanout device |
| RU2557283C1 (en) * | 2014-03-24 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМГИДРОСЕТИ" | Method of cleaning and maintenance of wells and pipelines |
| RU2556738C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-07-20 | Дмитрий Валентинович Моисеев | Well strainer filtering element cleanout device |
| RU2563903C1 (en) * | 2014-10-07 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМГИДРОСЕТИ" | Device for cleaning and recovery of serviceability of water-bearing and oil-and-gas wells |
| RU2568467C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-20 | Виктор Петрович Родионов | V. rodionov's cavitator |
| DE112017006566T5 (en) | 2016-12-26 | 2019-10-17 | Mikhail Nikolaevich Boldyrev | Apparatus and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on the microhydraulic impact |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2376193C1 (en) | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device | |
| US9011698B2 (en) | Method and devices for sonicating liquids with low-frequency high energy ultrasound | |
| CA2035702C (en) | Ultrasonically generated cavitating or interrupted jet | |
| JP3181221U (en) | Apparatus for implementing a method for generating pressure pulsations | |
| US8297540B1 (en) | Reverse-flow nozzle for generating cavitating or pulsed jets | |
| RU2641277C1 (en) | Device and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on micro-hydropercussion effect | |
| AU705492B2 (en) | Gas dissolution in liquids | |
| JPH0647672A (en) | Nozzle for cavitation jet | |
| Li et al. | Experimental investigation of the preferred Strouhal number used in self-resonating pulsed waterjet | |
| JP2011050832A (en) | Minute bubble generation apparatus and generation method | |
| RU2318115C2 (en) | Device for hydrocavitational productive bed and screen treatment | |
| US7044163B1 (en) | Drag reduction in pipe flow using microbubbles and acoustic energy | |
| RU2430796C1 (en) | Method of cleaning inner surfaces of parts | |
| RU2222464C2 (en) | Cavitation injector | |
| RU2568467C1 (en) | V. rodionov's cavitator | |
| RU2222463C2 (en) | Injector for underwater cleaning tool | |
| US10233097B2 (en) | Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same | |
| WO2004004914A1 (en) | Resonating nozzle system | |
| RU99086U1 (en) | ACOUSTIC ACTIVATION GENERATOR | |
| RU2785232C1 (en) | Device and method for hydrodynamic purification of surfaces of equipment, parts, and intervals in perforation in well | |
| RU2476261C1 (en) | Method of exciting acoustic vibrations in fluid medium and apparatus (versions) for realising said method | |
| RU85838U1 (en) | EJECTOR WITH GAS-JET ULTRASONIC GENERATORS | |
| RU159457U1 (en) | ROTARY PULSE UNIT | |
| RU2575285C2 (en) | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone | |
| RU2424047C2 (en) | Rotor-type apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110819 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130720 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140819 |