Устройство для очистки внутренних поверхностей

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, и может быть использовано для очистки фильтров скважин, поверхностей трубопроводов, цилиндрических, конических и сложных фигурных внутренних поверхностей различных деталей и оборудования.

Известен гидроимпульсатор (патент на изобретение № 2531932), который содержит корпус с патрубками подачи жидкости, крышку с выпускными насадками, приводной вал и дисковый отсекатель с кольцевыми вырезами. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности действия импульсной струи за счет формирования отдельных закрученных вокруг оси импульсов.

При осуществлении изобретения повышается эффективность гидравлической очистки различных материалов за счет импульсного воздействия струи, но в случае, когда загрязнения представляют собой высокопрочные моно-, или многокомпонентные отложения с высокой адгезией к поверхности очищаемых деталей, удаление данных отложений импульсным воздействием невозможно или очень длительно и неэффективно. Кроме того, односторонне направленное воздействие струй не обеспечивает эффективной очистки внутри цилиндрических и конических поверхностей: трубы, циклоны и т.д.

Наиболее близким по технической сущности является ротационный гидравлический вибратор (патент РФ №2542015). Устройство включает полый корпус с установленным коаксиально ему золотником. Корпус содержит осевой цилиндрический канал с расположенными в нем технологическими отверстиями, сопряженными каналами с отверстиями золотника. В отверстиях золотника установлены гидромониторные сопла.

Ротационный гидравлический вибратор, предназначен для эксплуатации в скважинных условиях, и гидравлическая очистка осуществляется при внутреннем диаметре очищаемой поверхности оборудования от 70 мм, и при расходах рабочей жидкости от 0,5 л/с. Импульсно-кавитацонные истечение осуществляется радиально, что обеспечивает раскальматацию интервала перфорации в скважине, но не будет эффективно при очистке внутренних поверхностей деталей и оборудования, например, таких как гидроциклон, т.к. в ротационном гидравлическом вибраторе отсутствует возможность формирования гидродинамического струйного воздействия на очищаемую поверхность, с возбуждением в сформированных струях импульсно-кавитационного потока (истечения) для эрозионного воздействия на отложения очищаемых деталей.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства для очистки внутренних поверхностей в труднодоступных местах, исключающих возможность очистки прямыми струями для эрозионного воздействия на отложения очищаемых поверхностей и удаления разрушенных отложений.

Технический результат заключается в повышении гидродинамического силового воздействия и повышении пульсирующего кавитационного потока схлопывающихся пузырьков для эффективности удаления прочных многокомпонентных отложений с высокой адгезией к поверхностям, а так же в труднодоступных местах поверхностей.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки внутренних поверхностей, включающее, установленный на опоре золотник, расположенный коаксиально полому корпусу, содержащему осевой цилиндрический канал с расположенными в нем радиальными и попарно взаимноперпендикулярными технологическими отверстиями по четыре в два ряда - верхний и нижний, сопряженными каналами с отверстиями золотника, с тангенциальным смещением для обеспечения вращения золотника, в отверстиях которого установлены сопла, при этом, в нижней части полого корпуса установлен прижимаемый гайкой осевой насадок, верхний ряд технологических отверстий выполнен под углом 45 градусов, нижний ряд технологических отверстий выполнен под углом 90 градусов к оси устройства для очистки внутренних поверхностей, при этом сопла представляют собой кавитаторы для генерирования кавитационно-импульсного истечения в струйном потоке, каждый из которых состоит их трех участков: первого входного - выполненного в виде радиального насадка радиусом скругления равном 2 диаметрам наименьшего сечения (2d); второго цилиндрического участка - диаметром наименьшего сечения d и длиной 1ц=2d; третьего - конически расходящегося участка с углом раскрытия 13-14 градусов и длиной 1_Д=5d. Кавитаторы изготавливают из титановых сплавов или коррозионно-стойких хромо-никелевых сталей.

Повышение гидродинамического силового воздействия и повышение пульсирующего кавитационного потока схлопывающихся пузырьков происходит за счет конструкции кавитатора, что обеспечивает более эффективное очищение поверхностей деталей от прочных многокомпонентных отложений с высокой адгезией.

Для обеспечения поступательного реактивного перемещения внутри очищаемой детали (оборудования) при его установке на гибких рукавах высокого давления, отверстия расположены под углом 45 градусов к о си устройства для очистки внутренних поверхностей.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлено устройство для очистки внутренних поверхностей, сечение по А-А, сечение по Б-Б, фиг. 2- схема кавитатора.

Устройство для очистки внутренних поверхностей содержит полый корпус 1 с осевым цилиндрическим каналом 2 и расположенными в нем радиально в два ряда технологическими отверстиями 3, как минимум по четыре отверстия в одной плоскости. Коаксиально к полому корпусу 1 установлен золотник 4 со смещенными тангенциально и расположенными под углом 90° к оси устройства для очистки внутренних поверхностей отверстиями 8, в которых установлены кавитаторы 10, а так же направленными под 45° к оси устройства для очистки внутренних поверхностей отверстиями 11, количество которых составляет, как минимум два отверстия в каждом ряду, в которых установлены кавитаторы 12. Кавитаторы 10, 12 являются сменными, поэтому могут выполняться различного диаметра внутреннего сечения и конфигурации внутренних проточных каналов, для выполнения различных задач в широком спектре расходно-напорных характеристик используемого насосного оборудования. При сопряжении смещенных тангенциально отверстий 8 золотника 4 с полым корпусом 1 имеется проточка 9. В нижней части корпуса 1 установлен осевой насадок 7 и опора 5 для поддержания вращения и удерживания веса золотника 4, прижимаемая гайкой 6.

Устройство для очистки внутренних поверхностей подсоединяют через гибкий (рукава высокого давления) или жёсткий трубопровод к насосу высокого давления и направляют внутрь очищаемой внутренней поверхности цилиндрической или конической формы детали, погруженной в емкость с водой. При подаче рабочей жидкости в центральный осевой канал 2 полого корпуса 1 она разделяется на технологические отверстия 3 и на осевой насадок 7 нижней части полого корпуса 1.

Рабочая жидкость полностью заполняет проточку 9 в золотнике 4 и поступает к тангенциально расположенным под прямым углом отверстиям 8 с кавитаторами 10, что обеспечивает вращение золотника 4, и тангенциальным отверстиям 11 с кавитаторами 12, выполненными под углом 45 градусов. Взаимноперпендикулярное расположение отверстий 8 и 11 позволяет производить равномерное вращение золотника 4 относительно полого корпуса 1.

Далее рабочая жидкость, истекающая из кавитаторов 10, осуществляет гидродинамическое воздействие на отложения, находящиеся на внутренних поверхностях деталей и оборудования. Кавитационное истечение, генерируемое кавитаторами 12 направлено на разрушение отложений в труднодоступных местах.

Кроме того, конструкция кавитаторов 10, 12 предусматривает наличие трех участков для генерирования кавитационного пульсирующего истечения, обеспечивающего эффективное эрозионное разрушение отложений на поверхности очищаемой поверхности детали или оборудования. Рабочий поток с наименьшими гидравлическими сопротивлениями входит в начальный участок кавитаторов 10, 12, в цилиндрическом участке значение скорости жидкости наибольшее, а давление наименьшее, возникают кавитационные каверны, заполненные паром и газом, которые затем, в третьем, конически-расходящемся участке начинают расти и схлопываться. Происходит непрерывный процесс образования и схлопывания кавитационных каверн.

Часть потока рабочей жидкости, поступающая на осевой насадок 7, диспергирует удаленные с поверхности отложения, которые в измельченном виде, под действием кинетической энергии струи, транспортируются в отстойник для сбора шлама.

Изменяемые диаметр и конфигурация внутренних проточных каналов кавитаторов 10, установленных в отверстиях 8 верхней части золотника 4, позволяют обеспечивать работоспособность устройства, а именно создание импульсов частотой от 10 до 15000 Гц при расходе рабочей жидкости 0,5 л/с до 5,0 л/с и перепаде давления от 4 до 40 МПа.

Изобретение позволяет повысить эффективность гидравлической очистки внутренних поверхностей цилиндрической или конической формы деталей с прочными многокомпонентными отложениями с высокой адгезией, за счет совмещения воздействий пульсирующего кавитационного потока и гидродинамического силового давления струйных потоков для эрозионного воздействия на отложения очищаемых деталей и удаление потоком жидкости разрушенных отложений.