шарикоулавливающее устройство системы для очистки трубок теплообменника

Формула изобретения

1. ШАРИКОУЛАВЛИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБОК ТЕПЛООБМЕННИКА, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями, размещенную в нем двускатную решетку, выполненную в виде угольника, раскрытого в сторону выходного отверстия корпуса, турбулизаторы в виде козырьков, прикрепленных к корпусу устройства, и патрубок для отвода шариков, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения конструкции, корпус снабжен дополнительными турбулизаторами и двускатными решетками, основная и дополнительные решетки размещены вокруг оси корпуса, линия сопряжения стенок двускатной решетки размещена под острым углом к оси корпуса со стороны его входного отверстия, турболизаторы размещены над кромками решеток с ее раскрытой стороны и сопряжены друг с другом над входным отверстием патрубка для отвода шариков, решетки сопряжены с этим патрубком.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства, решетки установлены с возможностью вращения вокруг осей, каждая из которых совпадает или параллельна линии, проведенной в поперечном сечении корпуса через точки пересечения корпуса и кромок стенок соответствующей решетки, сопряженных с кромками стенок соседних решеток, при этом ось вращения каждой решетки смещена относительно ее центра тяжести от оси корпуса, стенки каждой двускатной решетки жестко скреплены между собой, решетки скреплены с корпусом посредством штифтов или фиксаторами вращения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности поворота решетки и дополнительного упрощения конструкции, стенки каждой решетки установлены с возможностью вращения вокруг соответствующей этой решетке оси, размещенной на линии сопряжения стенок соответствующей решетки в сторону уменьшения угла при вершине решетки, при этом каждая стенка решетки жестко скреплена с корпусом или с сопрягаемой с ней стенкой другой решетки посредством срезных штифтов или фиксаторами вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в устройствах для шариковой очистки трубок теплообменников, например конденсаторов паровых турбин.

При работе энергетической установки вода для охлаждения теплообменных аппаратов забирается из естественных или искусственных водоемов и содержит соли в растворенном виде.

При нагреве охлаждающей воды в теплообменнике из нее на поверхность теплообменных трубок осаждаются кристаллы солей. Образующиеся в трубках отложения не только ухудшают теплопередачу, но часто являются причиной коррозионного разрушения трубок. Для восстановления интенсивного теплообмена необходимо очищать поверхность теплообменных трубок от солевых отложений.

Одним из способов очистки теплообменных трубок от отложений является организация циркуляции через теплообменник шариков из губчатой резины, диаметр которых несколько больше внутреннего диаметра теплообменных трубок. Этот способ реализуется различными системами шариковой очистки трубчатых теплообменников.

Система шариковой очистки конденсатора паровой турбины обычно состоит из устройства ввода шариков в напорный водовод конденсатора, шарикоулавливающего устройства (ШУУ), предназначенного для отделения шариков от потока охлаждающей воды за конденсатором, насоса возврата шариков от ШУУ к устройству ввода и загрузочной камеры для сбора и замены изношенных шариков.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является ШУУ, содержащее двускатную решетку в виде угольника с двумя стенками, сопряженными их кромками при вершине угольника, при этом угольник раскрыт в сторону выходного отверстия корпуса, над рабочей поверхностью решетки над линиями концентрации шариков установлены турбулизаторы в виде козырьков, прикрепленных к корпусу устройства, линии концентрации шариков сходятся к двум патрубкам для отвода шариков, каждая стенка решетки установлена с возможностью вращения вокруг соответствующего вала, который жестко соединен с электромеханическим приводом, при этом каждая стенка решетки жестко соединена с ее валом [1]

По сравнению с аналогом устройства типа "D-2" фирмы "Taprogge" имеет меньшую высоту вдоль оси корпуса, так как в прототипе подвод шариков к патрубку их отвода осуществляется непосредственно с двухскатной решетки по эллиптическим линиям концентрации шариков (линиям сопряжения кромок решетки и корпуса). Высота устройства прототипа меньше высоты аналога на величину высоты нижних решеток последнего.

Недостатками прототипа являются достаточно большие габариты по длине устройства вдоль оси корпуса, потребность в использовании двух патрубков для отвода шариков; недостаточная надежность поворота решеток и усложнение устройства, связанные с наличием системы управления перемещением решеток и электромеханического привода перемещения решеток.

Цель изобретения уменьшение габаритов и упрощение конструкции за счет увеличения количества линий концентрации шариков стенками с обеспечением одного отвода шариков и уменьшение высоты решетки по оси корпуса.

Поставленная цель достигается тем, что в ШУУ системы для очистки трубок теплообменника, содержащем корпус с двускатной решеткой в виде угольника, который раскрыт в сторону выходного отверстия корпуса, с двумя стенками, которые выполнены с отверстиями для прохода воды и сопряжены кромками при вершине угольника, турбулизаторы над рабочей поверхностью, решетки, патрубок для отвода шариков, корпус снабжен дополнительными двускатными решетками, все решетки размещены вокруг оси корпуса, указанные сопряженные кромки стенок дополнительных решеток расположены под острым углом к оси корпуса со стороны его входного отверстия, при этом двускатные решетки сопряжены друг с другом по другим кромкам их стенок также под острым углом к оси корпуса со стороны его входного отверстия, турбулизаторы размещены вдоль последних кромок стенок решеток и сопряжены друг с другом над входным отверстием патрубка для отвода шариков, все решетки сопряжены с этим патрубком.

С целью повышения надежности поворота решеток и дополнительного упрощения конструкции устройства, решетки установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей, каждая из которых совпадает или параллельна линии в поперечном сечении корпуса, проходящей через точки пересечения каждой стенки соответствующей решетки и корпуса, при этом стенки каждой двускатной решетки жестко скреплены между собой и решетки жестко скреплены с корпусом срезными штифтами или тарированными на заданное усилие срабатывания фиксаторами вращения.

Также с целью повышения надежности поворота решеток и дополнительного упрощения конструкции устройства, стенки каждой решетки установлены с возможностью вращения вокруг соответствующей этой решетке оси, выполненной на линии сопряжения стенок соответствующей решетки, в сторону уменьшения угла при вершине решетки, при этом каждая стенка решетки жестко скреплена с корпусом или с сопрягаемой с ней стенкой другой решетки срезными штифтами или тарированными на заданное усилие срабатывания фиксаторами вращения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых элементов (дополнительными двускатными решетками, дополнительными турбулизаторами) и их связей с остальными элементами устройства. Таким образом, заявленное устройство удовлетворяет критерию "новизны".

Размещение двускатных решеток вокруг оси корпуса, кромок сопряжения стенок решеток под острым углом к оси корпуса со стороны его входного отверстия, турбулизаторов над кромками стенок, которыми решетки сопряжены между собой, позволяет уменьшить габариты устройства вдоль оси корпуса и отвести шарики с помощью одного патрубка. Последнее позволяет уменьшить количество насосов для возврата шариков к устройству их ввода.

Установка решеток с возможностью вращения вокруг собственных осей, каждая из которых совпадает или параллельна линии в поперечном сечении корпуса, проходящей через точки пересечения корпуса и кромок стенок соответствующей решетки, сопряженных с кромками стенок соседних решеток, размещение оси вращения каждой решетки с указанным выше смещением относительно ее центра тяжести, жесткое скрепление стенок каждой двускатной решетки между собой и жесткое скрепление решеток с корпусом срезными штифтами или тарированными на заданное усилие срабатывания фиксаторами вращения позволяет отказаться от электромеханического привода поворота решеток, так как поворот решеток в положении вдоль оси корпуса осуществляет сам поток охлаждающей воды, несимметрично воздействующий на решетки относительно оси их вращения; позволяет повысить надежность поворота решеток в аварийном режиме отключения системы очистки трубок за счет перемещения решеток без использования электромеханического привода и внешних сигналов управления указанным приводом.

Сравнение заявленного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в продольном разрезе; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 продольный разрез устройства по п.2 формулы изобретения с решетками, повернутыми в положение, при котором плоскости стенок параллельны оси корпуса устройства; на фиг. 4 продольный разрез устройства по п.3 формулы изобретения со стенками, повернутыми в положение, при котором плоскости стенок параллельны оси корпуса устройства.

Шарикоулавливающее устройство содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, с двускатными решетками 4, турбулизаторами 5 над кромками 6 сопряжения стенок решеток 4 между собой. Решетки 4 установлены вокруг оси ОО₁ корпуса и сопряжены с входным отверстием патрубка 7 для отвода шариков. Турбулизаторы 5 сопряжены между собой над входным отверстием патрубка 7.

Каждая двускатная решетка 4 выполнена в виде угольника с двумя стенками, сопряженными их кромками 8 при вершине угольника, при этом кромки 8 размещены под острым углом к оси ОО₁ корпуса 1 со стороны его входного отверстия 2.

Двускатные решетки 4 сопряжены друг с другом по другим кромкам 6 их стенок, при этом кромки 6 расположены под острым углом к оси ОО₁ корпуса 1 со стороны его входного отверстия 2.

Для повышения надежности поворота решеток 4 и дополнительного упрощения конструкции устройства, решетки 4 могут быть установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей 9, каждая из которых совпадает или параллельна линии в поперечном сечении корпуса 1, проходящей через точку пересечения каждой стенки соответствующей решетки 4 и корпуса 1. При этом стенки каждой двускатной решетки 4 жестко скреплены между собой и с соответствующей этой решетке осью 9, например, с помощью шайб и шплинтов (на чертеже не показаны).

Оси 9 жестко скреплены с корпусом 1 скобами 10, решетки 4 жестко скреплены с корпусом 1 с помощью скоб 11, скрепленных с решетками 4, скоб 12, скрепленных с корпусом 1, и срезных штифтов 13, соединяющих скобы 11 и 12 между собой. Диаметр штифтов 13 рассчитывается по условиям их разрушения от заданного усилия воздействия решеткой 4 при ее загрязнении.

Для повышения надежности поворота решеток 4 и дополнительного упрощения конструкции устройства стенки каждой решетки 4 могут быть установлены с возможностью вращения вокруг соответствующей оси 14. Каждая ось 14 выполнена на линии сопряжения стенок соответствующей решетки 4 и жестко скреплена с корпусом 1, патрубком 7 и со скобами 15, которые жестко скреплены со стенками этой решетки 4.

При этом каждая стенка решетки 4 жестко скреплена с корпусом 1 посредством скрепленной с соответствующей стенкой скобы 16 и срезного штифта 17.

В подавляющем числе случаев системы очистки трубок эксплуатируются в режиме непрерывной циркуляции шариков, так как при росте слоя солевых отложений на внутренней поверхности теплообменных трубок ухудшается теплопередача, увеличивается необходимый перепад давления охлаждающей воды между ее входом и выходом из трубок для проталкивания шарика сквозь трубку, а также в связи с тем, что шарики могут быть малоэффективными против упрочнившегося слоя солевых отложений.

При работе ШУУ в системе непрерывной очистки трубок губчатыми шариками имеют место два режима: режим сбора очистительных шариков к месту их отвода и режим аварийного отключения системы очистки.

В режиме сбора очистительных шариков поток охлаждающей воды с губчатыми шариками из теплообменника поступает к решеткам 4 ШУУ. При этом вода проходит сквозь отверстия в улавливающих решетках 4, а шарики скатываются в сторону выходного отверстия корпуса 1 вдоль рабочих поверхностей к краям решеток 4, попадают в зону завихрения потока охлаждающей воды турбулизаторами 5, открываются от поверхности решетки и в вихревом потоке воды перемещаются вдоль линий сопряжения кромок 6 стенок соседних решеток 4 к входному отверстию патрубка 7 для отвода шариков.

В режиме аварийного отключения системы очистки шарики, собранные из потока охлаждающей воды шарикоулавливающим устройством собираются в загрузочной камере системы и их циркуляция прекращается до времени восстановления условий для нормальной циркуляции шариков.

Причиной аварийного отключения системы, к примеру, может быть поступление крупных механических частиц сквозь байпас фильтра предварительной очистки охлаждающей воды при выходе из строя системы регенерации фильтра или при разрыве его фильтрующих элементов.

При этом происходит забивание крупными механическими частицами входных отверстий теплообменных трубок и отверстий для прохода воды в стенках решеток 4 шарикоулавливающего устройства, что создает условия для застревания шариков в трубках и на поверхности решеток 4, прекращения циркуляции шариков и еще большего запирания прохода охлаждающей воды.

Пуск системы для очистки трубок после попадания загрязнений во входные отверстия трубок может быть произведен только после очистки трубных досок теплообменника и восстановления работоспособности фильтра.

Очистка трубных досок и восстановление работоспособности фильтра производится при отключенном водоводе теплообменника. Следовательно, до времени, когда условиями работы энергоблока будет предоставлена возможность отключить водовод конденсатора для проведения необходимых работ, решетки 4 шарикоулавливающего устройства будут заноситься крупными частицами, поступающими с охлаждающей водой.

Частицы загрязнений, оседая на ШУУ, увеличивают его гидросопротивление и сила воздействия решеток 4 на элементы планок растет. Пропорционально гидросопротивлению решеток 4 возрастает и воздействие скоб 11 и 16 на срезные штифты соответственно 13 и 17. При достижении гидросопротивления решеток 4, установленной для разрушения штифтов 13 и 17, происходит срезание штифтов 13 скрепленными с ними скобами 11 и 12 (для устройства по п.2) и штифтов 17 скобами 16 и корпусом 1 (для устройства по п.3).

При этом решетки 4 устройства по п.2 под действием набегающего потока воды поворачиваются вокруг собственных осей 9 и, опираясь на упор 18 корпуса 1, занимают положение, в котором стенки решеток 4 параллельны оси ОО₁ корпуса 1 и имеют минимальное гидросопротивление.

Стенки решеток 4 устройства по п.2 под действием набегающего потока воды поворачиваются вокруг осей 14 и занимают положение, в котором указанные стенки параллельны оси ОО₁ корпуса 1 и имеют минимальное гидросопротивление.

При восстановлении фильтра предочистки охлаждающей воды и очистке трубных досок теплообменника от механических частиц решетки 4 устройства по п.2 или стенки устройства по п. 3 возвращают в рабочее положение и фиксируют новыми штифтами.