Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛИВОМОЕЧНАЯ МАШИНА

Изобретение относится к машинам для летнего содержания автомобильных дорог.

Известна поливочная машина (см. патент РФ №2222663,МПК Е01Н 3/02, 2004), содержащая базовый автомобиль с цистерной, основные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, и сообщенные с цистерной через водяной насос с пульсатором высокого давления, дополнительные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии, установленные над основными соплами и связанные с нагнетательной полостью воздушного вентилятора посредством эжектора, эжектирующий вход которого сообщен трубопроводом с цистерной.

Недостатком является снижение эффективности работы поливочной машины в условиях эксплуатации, когда во всасываемом атмосферном воздухе находится большое количество загрязнений мелкодисперсных жидких и твердых частиц продуктов процесса смывания слоев грязи при летнем содержании автомобильных дорог, в результате вентилятором совершается дополнительная работа на перемещение массы этих загрязнений от всасывающей к нагнетательной полости и, соответственно, возрастают энергозатраты.

Известна поливочная машина (см. патент РФ №2434990, МПК Е01Н 3/02, опубл. 27.11.2011. бюл. №33), содержащая базовый автомобиль с цистерной, основные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, и сообщенные с цистерной водяной насос с пульсатором высокого давления дополнительные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения со стороны перфорированного металлического цилиндра.

Недостатком является возрастающая энергоемкость при эксплуатации в теплый период года, обусловленная работой в условиях использования необработанной воды из водоемов или водопроводной при наличии паровоздушных включений - пузырьков, т.е. без деаэраторной очистки. В результате наблюдается интенсивное разрушение лопастей насоса из-за коррозии, возникающей при контакте наряду с водяным потоком и воздушно-паровыми пузырьками, которые по мере накипания дополнительно, при наличии пульсатора высокого давления, приводят к локальной кавитации, заключающейся в образовании разрывов сплошной движущейся жидкости и способствующих возникновению резких точечных ударов, приводящих к местному разрушению металла, (см. например, Карелин В.Я. «Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах», М.:1983-3280).

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, связанных с дополнительными демонтажными работами по замене водяного насоса, разрушаемого коррозией и кавитацией из-за накипания воздушно-паровых пузырьков на внешнюю поверхность лопастей. Это достигается путем выполнения покрытия из наноразмерной стеклообразной пленки оксида тантала.

Технический результат по снижению энергозатрат достигается тем, что поливомоечная машина содержит базовый автомобиль с цистерной, основные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, и сообщенные с цистерной через водяной насос с пульсатором высокого давления, дополнительные сопла, на внутренней поверхности которых расположены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии, установленные над основными соплами и связанные с нагнетательной полостью воздушного вентилятора посредством эжектора, эжектирующий вход которого сообщен трубопроводом с цистерной, при этом вентилятор снабжен всасывающим патрубком с воздушным фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и конденсатоотводчиком, и верхней крышкой, внутри которой размещены перфорированный металлический цилиндр, соединенный с всасывающим патрубком, штуцер ввода очищаемого атмосферного воздуха в виде суживающегося сопла и снабженного сменной металлической сеткой, отражательная перегородка, выполненная пористой со стороны сопла и сплошной со стороны перфорированного металлического цилиндра, причем лопасти водяного насоса покрыты с наружной поверхности наноразмерной стеклообразной пленкой оксида тантала.

На фиг.1 показана схема поливомоечной машины, на фиг.2 изображена внутренняя поверхность дополнительного сопла с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии, на фиг.3 - внутренняя поверхность основного сопла с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, на фиг.4 - воздушный фильтр с всасывающим патрубком вентилятора, фиг.5 - лопасть водяного насоса, покрытая наноразмерной стеклообразной пленкой оксида тантала.

Поливомоечная машина содержит базовый автомобиль 1, на котором установлена цистерна 2, соединенная водяным насосом 3. На автомобиле 1 смонтирован вентилятор 4, насос 3 соединен трубопроводом 5 с пульсатором высокого давления 6, который связан с основными соплами 7, а вентилятор 4 с трубопроводом 8 соединен с эжектором 9, к которому подключены дополнительные сопла 10, расположенные над основными соплами 7. К эжектируюшему входу эжектора 9 подключена через трубопровод 11 цистерна 2.

На внутренней поверхности основного сопла 7 выполнены направляющие 13, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии. Вентилятор 4 снабжен всасывающим патрубком 14 с воздушным фильтром 15, содержащим корпус 16 с коническим днищем 17 и конденсатоотводчиком 18, и верхней крышкой 19, внутри которого размещены перфорированный металлический цилиндр 20, соединенный с всасывающим патрубком 14, штуцер ввода очищаемого атмосферного воздуха в виде суживающегося сопла 21 и снабженного съемной металлической сеткой 22, отражательная перегородка 23, выполненная с порами 24 со стороны сопла 21 и сплошной 25 со стороны перфорированного металлического цилиндра 20. На внешние поверхности 26 каждой лопасти 27 водного насоса 3 нанесено покрытие наноразмерной пленкой 28 оксида тантала.

Поливомоечная машина работает следующим образом.

При работе водяного насоса 3 поток жидкости из цистерны 2, поступающий в нее без обработки в деаэраторах, преимущественно из открытых водосборных сооружений или водопроводной сети с наличием воздушно-паровых пузырьков, контактирует с наружной поверхностью 26 лопасти 27. В результате воздушные паровые пузырьки перемещаются под действием центробежных сил от основания к периферии лопасти 27, сталкиваются друг с другом, контактируют, укрупняются и налипают на наружную поверхность 26 каждой лопасти 27.

Наличие воздушно-паровых пузырьков на наружной поверхности 26 лопастей 27 интенсифицирует коррозийное воздействие на металл, приводя к разрушению лопастей 27.

В связи с тем, что одновременно с водяным насосом 3 работает пульсатор высокого давления 6, в движущемся потоке жидкости возникает перепад давления, приводящий к разрушению воздушно-паровых пузырьков на наружной поверхности 26 лопастей. Образуется разрыв сплошного движения жидкости, что способствует возникновению резких точечных ударов, т.е. возникновению локальной кавитации. Для снижения разрушающего действия коррозии и кавитации на лопасти 27 водяного насоса 3 их наружные поверхности 26 выполняются с покрытием в виде наноразмерной стеклообразной пленки 28, оксида тантала (Литвинова В.А., Саврук Е.В. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом //Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». - Томск: ТЕХИ и ГАУ. - Вып. 12 - 2010 - с 299-301).

Стеклообразная пленка 28 практически удаляет налипание воздушно-паровых пузырьков, и они под действием центробежных сил смещаются в движущийся поток жидкости, не производя дополнительного разрушения металла водяного насоса 3, т.е. устраняется необходимость внеплановых демонтажных работ, связанных с коррозийным и кавитационным разрушением лопастей 27. При смывании легкоударяемых пылевидных загрязнений дорожных покрытий, в окружающей поливомоечную машину среде находится значительное количество твердых пылевидных частиц и множество мелкодисперстной каплеобразной жидкости, и данная смесь при включении вентилятора 4 перемещается в сторону штуцера ввода 21. Наиболее крупные частицы загрязнений всасываемого атмосферного воздуха контактируют со съемной металлической сеткой 22 и спадают в окружающую среду, а остальные частицы с потоком воздуха перемещаются по суживающемуся соплу 21, в виде которого выполнен штуцер ввода, увеличивая скорость за счет уменьшения температуры относительно окружающей среды - эффект Джоуля-Томпсона (см., например, стр.199. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.; 1980-469 с., ил.). В результате наблюдается дополнительная конденсация паров и коагуляция мелкодисперсной влаги, после чего данная смесь ударяется об отражательную перегородку 23, образуя на ней пятно жидкости, которая частично проникает в поры 24, где задерживается сплошной стороной 25 и частично стекает в коническое днище 17 для накапливания до определенного уровня и через конденсатоотводчик 18 удаляется в окружающую среду. Теплота энергии удара потока всасываемого атмосферного воздуха испаряет «пятно» жидкости на отражательной перегородке 23, что еще несколько снижает его температуру и охлажденный, очищенный от пыли и влаги поток огибает отражательную перегородку 23 и через перфорированный металлический цилиндр 20, всасывающий патрубок 14 поступает в вентилятор 4. В результате на привод вентилятора 4 расходуются минимальные энергозатраты, обусловленные необходимостью сжатия и перемещения массы лишь атмосферного всасываемого воздуха, а не сопутствующей с ним массы загрязнений в виде пыли и капельной жидкости, что дает экономию от 15 до 25% (см., например, Курчавин В.И. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. М.: Энергоиздат, 1985 - 237 С., ил.) электроэнергии в зависимости от производительности вентиляторной установки. Из вентилятора 4 очищенный воздух по трубопроводу 8 поступает в эжектор 9. Одновременно самотеком под действием давления, создаваемого столбом воды, находящимся в цистерне 2, по трубопроводу 11 загрязненная твердыми частицами жидкость поступает в камеру смешивания эжектора 9, и полученная водовоздушная смесь направляется в дополнительное сопло 10, где перемещается по криволинейным направляющим 13, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии. В этом случае через дополнительное сопло 10 выбрасывается водовоздушная масса с твердыми загрязнениями потоком в виде закрученных по часовой стрелке винтообразных струй под заданным углом к дорожному покрытию.

Известно, что вихреобразно закрученный движущийся поток обладает большей кинетической энергией, чем поток в виде прямоточных струй, поэтому при встрече вихреобразно закрученной струи с дорожным покрытием происходят более эффективное отделение загрязнений, смывание их и перемещение по направлению к притоковой полосе. Вихреобразное движение водовоздушной смеси приводит к смещению более плотной ее компоненты к периферии. Следовательно, вода, как обладающая большей плотностью, чем воздух, преимущественно является завесой, обеспечивающей пылеподавление, и в пределах ширины мойки на дорожном покрытии практически не остается слоя воды.

При смывании плотно слежавшихся слоев и трудно удаляемых слоев грязи на дорожном покрытии одновременно с подачей водовоздушной струи осуществляется включение насоса 3 и дополнительная вода из цистерны 2 по трубопроводу 11 с твердыми загрязнениями через насос 3 и трубопровод 5 поступает в пульсатор 6, из которого вода в виде импульсов, величина которых определяется видом смываемых загрязнений, при давлении 1,1-1,6 МПа направляется в основное сопло 7.

В результате через основное сопло 7 выбрасывается вторая высоко-напорная струя с твердыми частицами ржавчины и окалины, закрученная (завихренная) против часовой стрелки и имеющая большую кинетическую энергию по отношению к струе, выбрасываемой из дополнительного сопла 10, и соответствующий меньший угол наклона. Высоконапорный импульсно выбрасываемый из основного сопла 7 закрученный поток воды позволяет размыть и удалить загрязнения, а также с высокой степенью чистоты вымыть их из пор и трещин асфальтного покрытия.

Брызги грязи, образующиеся при размывке слоя загрязнений, не разлетаются в стороны, так как гасятся за счет контакта закрученных по осевой стрелке водовоздушных струй (вследствие перемещения их по криволинейным направляющим 13, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии), выбрасываемых из дополнительных сопел 10, и закрученных против часовой стрелки высоконапорных импульсно движущихся струй воды (вследствие перемещения их после пульсара по криволинейным направляющим 12, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии), выбрасываемых из основных сопел 7. При этом водовоздушная струя, являясь завесой над высоконапорной пульсирующей струей воды, создает микрозавихрения для твердых частиц пыли, постоянно витающих в атмосферном воздухе, и в том числе в зоне моющих секторов, принуждая пыль к осаждению, что в конечном итоге приводит к улучшению экологических параметров в пределах ширины мойки на дорожном покрытии со снижением энергоемкости работы поливочной машины.

Оригинальность конструктивного решения заключается в том, что поддержание нормированных энергозатрат при эксплуатации путем устранения дополнительных демонтажных работ по замене водяного насоса из-за разрушения его лопастей под воздействием коррозии и кавитации, достигается за счет покрытия наружной поверхности лопастей наноразмерной стеклообразной пленкой, выполненной из оксида тантала.