Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УДАЛЕНИЯ НАКИПИ

Изобретение относится к способам удаления с поверхностей различных металлических изделий твердых отложений, как в промышленных, так и в бытовых условиях, например, для удаления накипи из чайников или с «мокрой» части блоков цилиндров автотракторных двигателей или из других емкостей.

Известен способ [1, стр.82] очистки поверхностей с помощью растворов различных многокомпонентных синтетических моющих средств. Достоинством которых является то, что они не вызывают коррозию черных металлов, не оказывают вредного воздействия на кожу и одежду работающих. Детали, вымытые (очищенные) с помощью них не требуют последующего ополаскивания водой. Недостатком этих растворов является то, что они требуют нагрева для интенсификации процесса очистки, а это требует дополнительных затрат времени и энергии. Для повышения интенсивности и качества очистки часто применяют предварительное смачивание поверхности, например, предварительно заливают в очищаемую емкость раствор и выдерживают длительный период для лучшего смачивания загрязнений, что также снижает производительность процесса очистки. Установлено, что растворы синтетических моющих средств эффективны только при очистке легкоудаляемых загрязнений, например, с их помощью практически невозможно удалить такой вид загрязнения, как нагар, накипь и др.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ очистки изделий с помощью моющих средств на кислотной основе [2, стр.94], например, используют растворы на основе соляной, серной, фосфорной, хромовой, молочной, уксусной и лимонной кислот. Такой способ более эффективен, чем применение синтетических моющих средств, но также имеет свои существенные недостатки. Во-первых, любая кислота сама по себе опасна для работающих, особенно в производственных условиях, где довольно сложно соблюдать все требования безопасности при работе с различными опасными жидкостями. Во-вторых, моющие растворы на кислотной основе, вызывают коррозию черных и цветных металлов, поэтому, после очистки необходимо повторно промывать, например, раствором кальцинированной соды и тринатрийфосфата, или применять ингибирующие составы, что также увеличивает трудоемкость и стоимость процесса очистки.

Таким образом, недостатком существующих способов очистки поверхностей любых изделий является их низкая эффективность, значительная трудоемкость, и опасность для рабочего персонала, особенно при очистке трудноудаляемых загрязнений, типа накипи. К тому же, склонность к разрушению большинства изделий при применении моющих растворов, особенно на основе некоторых кислот, способствует снижению ресурса объекта очистки. Эти недостатки относятся непосредственно только к процессу очистки.

Известно, что накипь бывает трех видов: силикатная, карбонатная и смешанная. Поэтому, перед началом удаления накипи, традиционными способами, необходимо провести анализ для определения вида накипи, а затем подобрать соответствующий раствор, что является серьезной процедурой, требующей соответствующих препаратов для анализа, методики и знаний. Такой анализ в бытовых условиях практически невозможен. Поэтому, применение различных препаратов для удаления накипи типа «антинакипь», которые предлагаются для удаления накипи как в бытовых так и промышленных условиях, крайне неэффективно.

Целью изобретения является увеличение эффективности удаления с поверхности изделий твердых загрязнений, например, в виде накипи.

Сущность изобретения заключается в том, что в емкость, на «мокрой» поверхности которой образовалась накипь или другое твердое отложение, предварительно заполняют водой, потом воду доводят до кипения, затем емкость вместе с водой подвергается охлаждению до температуры окружающего воздуха. Затем дальше охлаждают до температуры ниже минус четыре градуса по Цельсию, пока вся вода в емкости не превратится в лед. Затем к монолитно замороженной массе [монолитная масса это - лед, твердое отложение (накипь) и емкость] наводят вибрацию с частотой, равной частоте собственных колебаний накипи.

Затем емкость с льдом повторно нагревают до тех пор, пока лед не растает до величины, чтобы его можно было удалить из емкости вместе с кусочками накипи. Так как теплопроводность воды, самой накипи и материала емкости отличаются, также коэффициенты температурного расширения льда, самой накипи и материала емкости также отличаются, то в процессе последовательного нагрева и охлаждения на границах контакта накипи с поверхностью емкости возникают напряжения, способствующие отрыву частиц накипи от поверхности емкости. Для большей интенсификации процесса отрыва частиц накипи от поверхности емкости, и саморазрушения накипи, после, как образовался сплошной лед в процессе охлаждения, наводят вибрацию с частотой, равной частоте собственных колебаний накипи. После того, как лед растаял, повторно наводят вибрацию с частотой, равной частоте собственных колебаний материала емкости, что позволяет оторвать оставшиеся частицы накипи от поверхности емкости.

Температура охлаждения должна быть ниже, чем минус четыре градуса по Цельсию, но такой, чтобы не было разрыва материала емкости из-за сильного увеличения объема льда в процессе охлаждения. То есть, температуру охлаждения необходимо выбирать в зависимости от материала емкости так, чтобы создать максимальные касательные напряжения на месте контакта накипи с поверхностью емкости, в то же время, чтобы не было разрыва материала емкости от чрезмерного увеличения объема льда. Таким образом, даже простой нагрев воды, заполненой в очищаемую емкость с последующими охлаждением и нагревом дают эффект отрыва твердых отложений от стенок емкости. Наведение вибрации с частотой, равной собственной частоте колебаний накипи или другого твердого отложения сначала в материале накипи, а потом в материале емкости, кардинально повышают эффективность саморазрушения твердого отложения и его отрыва от поверхности емкости. В процессе замораживания воды слой накипи испытывает давление со стороны льда и со стороны внутренней поверхности емкости, то есть испытывает механическое сжатие, что позволяет подвести к нему резонансную частоту.

Физический смысл данного способа заключается в следующем.

1. При быстром нагреве поверхности металлической емкости (со стороны без накипи) за счет различий коэффициентов линейного расширения металла изделия и накипи в зоне контакта возникают касательные напряжения, вызывающие сдвиг микрообъемов материала изделия относительно слоя накипи, способствуя разрушению адгезионных связей между поверхностями изделия и накипи.

2. Наложение вибрации резонансной частоты способствует повышению амплитуды колебаний касательного напряжения в зоне контакта поверхности изделия с накипью.

3. Смачивание накипи с последующим замораживанием способствует повышению перепада температур в зоне контакта поверхности изделия с накипью при последующем нагреве изделия, что в свою очередь будет способствовать увеличению сдвигового напряжения между поверхностями.

Лабораторные испытания показали эффективность и реализуемость предложенного способа.

Удаление твердых отложений, например, накипи с поверхности изделий (емкости) осуществляется в следующей последовательности. Предварительно заполняется емкость водой, затем вода доводится до кипения. Потом источник тепла выключается, и емкость с водой подвергается охлаждению до температуры окружающего воздуха. Затем, емкость с водой охлаждается до температуры ниже минус четыре градуса, но так, чтобы не было разрушения материала емкости от увеличения объема льда, то есть, температуру охлаждения выбирают с учетом прочности материала емкости. Наводят вибрацию с частотой, равной частоте собственных колебаний материала накипи для повышения эффективности отрыва частиц накипи от внутренней поверхности емкости.

Затем емкость с льдом быстро нагревают и повторно наводят вибрацию с частотой, равной частоте собственных колебаний материала емкости для окончательного отрыва частиц накипи от внутренней поверхности емкости.

Вибрацию можно наводить разными способами, например, устанавливая емкость на вибрационный стол, или же, молотком по местам, где толщина накипи наибольшая разной силой и разной частотой ударов. При этом, материал молотка должен иметь меньшую твердость, чем твердость материала емкости во избежание деформации поверхности емкости от ударов, сила удара должна исключить также деформацию.

Технический эффект достигается за счет физических явлений, возникающих в зоне контакта льда с поверхностью накипи и в зоне контакта поверхности накипи с внутренней «мокрой» поверхностью емкости, с которой удаляется накипь в процессе нагревания и охлаждения, а также из-за вибрации, которая наводится в материале емкости сначала после охлаждения, затем - после нагрева, тем самым повышается эффективность и качество удаления трудноудалимых твердых отложений типа «накипь» с поверхности изделий.

Источники информации

1. Техническое обслуживание и ремонт машин. /И.Е. Ульман, Г.С. Игнатьев, В.А. Борисенко и др.; Под общ. ред. И.Е. Ульмана. - М.: Агропромиздат, 1990. - 399 с.: ил. - (Учебники и учебные пособия для с.-х. техникумов). ISBN 5 - 1- - 000814 - 8.

2. Савченко В.И. Ремонт техники в колхозах и совхозах. М., Россельхозиздат, 1975. 216 с. ил.