Способ создания кавитирующей струи жидкости

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СОЗДАНИЯ КАВИТИРУЮЩЕЙ СТРУИ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Качанов Игорь Владимирович Недбальский Викентий Константинович Шаталов Игорь Михайлович Филипчик Алексей Вячеславович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Способ создания кавитирующей струи жидкости, используемой для очистки металлических поверхностей, включающий получение рабочей жидкости путем введения в воду полиакриламида и бентонита и нагнетание жидкости через сопло-кавитатор, отличающийся тем, что дополнительно в воду вводят пирофосфат натрия в количестве до 3 от массы сухого бентонита и жидкость содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.полиакриламид 10-7-10-3 бентонит 1,0-3,0 пирофосфат натрия 0,001-0,090 вода остальное. Изобретение относится к гидродинамической очистке и упрочнению поверхностного слоя металла, может быть использовано для очистки подводных сооружений, например внешних поверхностей судов, находящихся на плаву, от ржавчины, обрастаний и различных наслоений. Известен способ создания кавитирующей струи жидкости 1, используемой для очистки твердых поверхностей, заключающийся в нагнетании жидкости под давлением через сопло-кавитатор, при этом осуществляют химическую модификацию активно кавитирующих парогазовых полостей путем подачи в них одного или более химически активных газов, которые по своим термодинамическим свойствам имеют возможность вступать в реакцию между собой и/или с жидкостью кавитирующей струи. В качестве жидкости используют воду. В качестве химически активных газов используют аммиак и хлористый водород и в парогазовые полости дополнительно подают углекислый газ. Недостатками известного способа являются высокая трудоемкость, вредные для здоровья условия осуществления, связанные с необходимостью растворения в воде токсичных, химически активных газов аммиака и хлористого водорода, непроизводительные 14239 1 2011.04.30 потери мощности в потоке жидкости, вызванные значительным гидродинамическим трением. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ создания кавитирующей струи жидкости 2, используемой для очистки твердых поверхностей, заключающийся в нагнетании жидкости под давлением через сопло-кавитатор. При этом осуществляют физико-химическую модификацию свойств жидкости путем добавления в нее взвешенных частиц и/или хорошо растворимых в ней высокомолекулярных полимеров. В качестве вещества-модификатора используют высокомолекулярный линейный полимер, например, в виде полиоксиэтилена с концентрацией 10-6-10-4 кг/кг. В качестве жидкости используют воду. Полимер подают на входе сопла-кавитатора в пристеночную область через каналы, выполненные в его корпусе и равномерно расположенные по поперечному сечению сопла-кавитатора. Недостатками указанного способа являются недостаточно высокие эффективность и качество очистки. Эффективность очистки снижается при использовании линейного полимера полиоксиэтилена, который легко подвергается деструкции в сопле-кавитаторе. Задачей заявляемого способа является повышение эффективности и качества очистки металлической поверхности путем увеличения силового воздействия струи, более рационального использования ее кинетической энергии, одновременного упрочнения поверхностного слоя металла, снижения энергоемкости процесса. Поставленная задача решается тем, что в способе создания кавитирующей струи жидкости, используемой для очистки металлических поверхностей, включающем получение рабочей жидкости путем введения в воду полиакриламида и бентонита и нагнетание жидкости через сопло-кавитатор, дополнительно в воду вводят пирофосфат натрия в количестве до 3 от массы сухого бентонита и жидкость содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.полиакриламид 10-7-10-3 бентонит 1,0-3,0 пирофосфат натрия 0,001-0,090 вода остальное. Очистку металлических поверхностей осуществляют рабочей жидкостью, которая получается в результате взаимодействия нескольких компонентов. Добавка высокомолекулярного полимера полиакриламида в воду дает возможность повысить компактность струи и увеличить силовое воздействие. Рабочая жидкость приобретает способность к более быстрому проникновению в новые, возникающие в процессе очистки микропоры, тем самым облегчая и ускоряя отделение отложений от очищаемой поверхности 3. Добавление в воду бентонита усиливает силовое воздействие за счет придания упруго-пластичных свойств рабочей жидкости, а также позволяет увеличить срок службы обработанного металлического изделия, повысить поверхностно-прочностные показатели (микротвердость, предел прочности, плотность дислокаций). Существующая в водной среде между частицами бентонита связь усиливается по мере удаления воды и значительного их сближения. При полном удалении воды (искусственное высушивание) наступает довольно прочная связь, которая обеспечивает сильное сцепление или склеивание частиц бентонита как между собой, так и с частицами тех материалов, с которыми они соприкасаются. При этом частицы бентонита, благодаря их чешуйчатому строению,ориентируются по плоскостям, образуя достаточно прочную связь. Это позволяет получить из тонкодисперсной фракции бентонита пленочные материалы, обладающие определенной эластичностью 3, 4. Использование пирофосфата натрия способствует повышению однородности, агрегативной и кинетической устойчивости рабочей жидкости, т.е. частицы бентонита не слипаются в крупные агрегаты, вследствии чего остаются во взвешенном состоянии в течение длительного времени 3, 4, 5. 2 14239 1 2011.04.30 В проведенных исследованиях были получены оптимальные концентрации раствора бентонит 1,0-3,0 , полиакриламид 10-7-10-3 , пирофосфат натрия 0,001-0,090(до 3 от веса сухой массы бентонита), остальное - вода. При обработке в качестве струеформирующего устройства использовались конфузоры с выходным диаметром цилиндрической части 0,6-1 мм и углом конусности 40-45. Давление на входе в конфузор изменялось от 120 до 350 атм. Расстояние от конфузора до обрабатываемой поверхности 20175 мм. Примеры реализации заявляемого способа приведены в таблице. При использовании состава жидкости 1 очистка малоэффективна из-за недостаточного силового воздействия. Максимальная эффективность обработки достигается при использовании состава жидкости 2, 3, 4. При использовании состава жидкости 5 увеличение концентрации компонентов в рабочей жидкости не приводит к повышению эффективности очистки. Примеры реализации заявляемого способа Пирофосфат Вода в кавитирующем ре п/п Бентонит,Полиакриламид,натрия,жиме,-3 4 3 10 0,09 остальное 5 5 10-1 0,5 остальное Источники информации 1. Патент 2155105 1, МПК 7 В 08 В 3/02, 3/04, В 63 В 59/08, 2000. 2. Патент 2155104 1, МПК 7 В 08 В 3/02, 3/04, В 63 В 59/08, 2000. 3. Мерабишвили М.С. Бентонитовые глины Состав, свойства, исследования, производство, использование. - 2-е изд. - Тбилиси Мецниереба, 1979. - 308 с. 4. Сырьевая база бентонитов СССР и их использование в народном хозяйстве / Гл. ред. В.П.Петров. - М. Недра, 1972. - 256 с. 5. Билик Ш.М. Абразивно-жидкостная обработка металлов. - М. Машгиз, 1960. 564 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3