УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НАКИПИ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА ВОЗДУХ-ВОДА
DEVICE FOR DESCALING FROM CELLULAR HEAT EXCHANGER ELEMENTS OF AIR-WATER TYPE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к теплообменникам типа воздух/вода, применяемых, например, в градирнях, и, в частности, относится к очистке орошаемых поверхностей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В градирнях охлаждение воды, например, вторичного контура конденсации в основном происходит за счет испарения части охлаждаемой воды, которая стекает по предусмотренным для этого поверхностям, обдуваемым воздушным потоком, проходящим в направлении, противоположном направлению протекания воды, а также во время конвекции, которая происходит на теплообменных поверхностях в самой воде.
Эти поверхности выполнены на теплообменном элементе, общепринято называемом "packing" и образованном листами в основном из ПВХ, иногда из металла, которые соединяют друг с другом, образуя ячеистую структуру. Каждая ячейка этой структуры выполнена в виде трубы длиной примерно 1,5 метра, при этом средний размер ее сечения составляет примерно несколько сантиметров. Стенка ячеек является тонкой (несколько десятых миллиметра) и может содержать множество отверстий. Теплообменные элементы подвешены в градирне между установкой разбрызгивания охлаждаемой воды и нижним баком сбора охлажденной воды.
В верхней части градирни расположены средства улавливания, чтобы удерживать, насколько это возможно, капли воды, увлекаемые охлаждающим воздухом. Действительно, очень важно не допускать выброса в атмосферу этой воды, содержащей бактерии, которые могли размножиться в башне градирни, температура в которой способствует этому размножению.
Во время эксплуатации в теплообменном элементе образуется осадок (накипь) из минеральных солей в результате испарения, которое происходит на уровне орошаемых поверхностей. Этот осадок со временем накапливается и в некоторых установках иногда достигает десятикратного веса самого элемента.
Этот осадок создает много проблем: он препятствует орошению и, следовательно, снижает эффективность теплообмена, он является местом скопления различных бактерий в среде воды, благоприятной для их размножения, он представляет собой значительный вес, перегружающий конструкцию крепления теплообменного элемента, который, как правило, подвешивают внутри градирни, и т.д.
Существует, по крайней мере в теории, несколько средств для устранения этих недостатков.
Одно из них состоит в химической обработке охлаждаемой воды для удаления из нее солей и предупреждения образования накипи на теплообменных поверхностях. Этот способ не подходит для градирен тепловых или атомных электростанций.
Можно также производить химическое растворение накипи соответствующими растворителями. Этот способ порождает сложную проблему обработки эфлюентов, которая неизбежно сказывается на стоимости операции.
Можно предусмотреть встряхивание теплообменного элемента при помощи любого соответствующего механического средства; этот способ, если он только был опробован, приводит к разрушению теплообменного элемента, которое делает невозможным его дальнейшее использование.
Наконец, можно производить механическую очистку этого теплообменного элемента после его снятия, что является очень дорогой операцией, учитывая объемность этого элемента (от 10 до 12000 кубических метров блоками примерно по два кубических метра).
В документе FR 2903178 предложены способ и устройство, позволяющие избежать недостатков существующих или возможных решений и предназначенные для очистки теплообменных элементов, применяемых в градирнях воздушного охлаждения электростанций, в частности атомных электростанций.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в создании решения, альтернативного решению по вышеупомянутому источнику, благодаря которому можно быть уверенным, что обработанная ячейка больше не покрыта накипью или содержит лишь допустимое количество остаточной накипи.
Поставленная задача решена в устройстве для удаления накипи из ячеек орошаемого ячеистого элемента, применяемого в теплообменнике типа воздух-вода, которое содержит, по меньшей мере, один инструмент с активным острием, установленный с возможностью перемещения на раме между двумя положениями вдоль направления, общего для всех инструментов, установленных на раме, при этом активное острие этого инструмента выполнено на конце штока силового цилиндра, корпус которого выполнен подвижным с возможностью перемещения относительно рамы вдоль ее оси, при этом поршень, неподвижно соединенный со штоком, ограничивает в корпусе первую камеру, постоянно сообщающуюся с источником текучей среды под давлением, и вторую камеру, через которую проходит шток, сообщающуюся с первой камерой, пока шток, по меньшей мере, частично убран в корпус силового цилиндра и изолирован от последней, и сообщающуюся с атмосферой (или с любым резервуаром сбора текучей среды, если она не является воздухом), когда шток находится в крайнем выдвинутом положении за пределами корпуса.
Активное острие инструмента выполнено в виде наконечника из обработанной стали, размеры которого соответствуют размерам ячеек так, чтобы, если их стенки выполнены из стали, каждый наконечник образовал скребковый элемент для удаления накипи, тогда как, если стенки ячеек выполнены из пластического материала (ПВХ), наконечник заставлял ячейку локально расширяться, благодаря чему накипь начнет растрескиваться и отделяться.
Вышеупомянутая конструкция каждого инструмента позволяет сохранять в целостности относительно хрупкую структуру теплообменного элемента "packing". Действительно, во время использования инструмента каждый шток максимально выдвинут относительно корпуса силового цилиндра. В этом состоянии усилие приложения (проникновения в ячейку) инструмента равно и ограничено давлением источника, умноженным на сечение первой камеры. Таким образом, достаточно отрегулировать давление по допустимому значению, чтобы во время блокировки не допустить разрушения теплообменного элемента "packing". Если сопротивление проникновению превышает это усилие, шток убирается в корпус силового цилиндра и открывает сообщение между двумя камерами силового цилиндра. В этот момент устанавливается давление во второй камере и усилие приложения инструмента падает до значения, равного давлению, умноженному на разность сечений первой и второй камеры. При всех прочих равных показателях соотношение между диаметрами штока и поршня представляет собой коэффициент-делитель усилия действия инструмента на теплообменный элемент. Эта конструкция позволяет устанавливать множество инструментов на одной подвижной раме, при этом каждый инструмент продолжает работать или прекращает работать в зависимости от сопротивления, которое он встречает во время своего проникновения в ячейку, которую он должен обрабатывать.
В частном варианте выполнения каждого инструмента сообщение между первой и второй камерами каждого силового цилиндра обеспечивается зазором между корпусом силового цилиндра и поршнем.
Версия этого варианта выполнения предусматривает постоянную утечку между корпусом силового цилиндра и штоком таким образом, чтобы давление во второй камере устанавливалось благодаря этой утечке. Разумеется, данная утечка имеет сечение, намного меньшее сечения зазора вокруг поршня, чтобы во второй камере могло устанавливаться давление источника. В этом случае при максимально выдвинутом положении штока поршень изолирует вторую камеру от утечки при помощи прокладки, которой он оборудован и которая при этом максимально выдвинутом положении входит в контакт с дном корпуса силового цилиндра, через которое проходит шток.
Согласно отличительному признаку конструкции подвижное соединение каждого корпуса силового цилиндра относительно рамы осуществляется при помощи каретки, установленной с возможностью перемещения скольжением на раме в направлении, параллельном оси силового цилиндра, при этом соединение между кареткой и корпусом силового цилиндра является упругорасширяющимся вдоль этой оси и автоматически регулируется в плоскости, перпендикулярной этому направлению.
В частном варианте выполнения вышеупомянутое соединение содержит множество верхних и нижних не упругих и деформирующихся связей, образующих растяжки между кареткой и корпусом каждого силового цилиндра, при этом длину связей выбирают таким образом, чтобы, когда верхние связи являются прямолинейными, нижние связи образовали ломаную линию и наоборот, при этом точки изгиба связей соединены упругими элементами, обеспечивающими подвеску с определенным натяжением в связях. Связи представляют собой либо тросы, либо рычаги, шарнирно соединенные между собой в точке изгиба и соответственно с корпусом силового цилиндра и с рамой своими свободными концами.
Наконец, каждый шток силового цилиндра направляется относительно рамы при помощи направляющей, неподвижно соединенной с рамой посредством соединения, саморегулирующегося в плоскости, перпендикулярной оси штока.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примера осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 показаны детали устройства, изображенного на фиг.1, схематичный вид;
на фиг.3 схематично показан частный варианта осуществления очистительной иглы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показана рама 1 устройства, выполненная с возможностью перемещения под орошаемым теплообменным элементом 2, который содержит множество смежных ячеек, очищаемых от накипи, покрывающей их стенки. Эта рама образует опору для двух кареток 4 и 5, установленных с возможностью вертикального перемещения скольжением в раме 1. На каждой из этих кареток установлен ряд очистительных игл 6, 7 (показана только одна игла из каждого ряда).
Из этой фигуры понятно, что, когда каретку 4, 5 поднимают вдоль рамы 1, установленные на ней иглы заходят в ячейку. Каждая игла имеет острие 6а, 7а из обработанной стали, размеры и форма которого адаптированы к размерам обрабатываемой ячейки и к материалу стенок. Так, острие каждой иглы будет предпочтительно иметь стрельчатую форму для обеспечения расширения ячейки, в которую оно проникает, если она выполнена из пластического материала, который может выдерживать деформацию, приводящую к растрескиванию и к отделению накипи. Это острие будет иметь предпочтительную форму скребка, если стенка ячейки является металлической и мало деформирующейся и отделение накипи от нее происходит в результате соскабливания, а не деформации.
В случае, представленном на схеме, каретки приводятся в движение опускания и подъема при помощи централизованного привода, в данном случае представляющего собой цепь или ремень 8, с которым соединена каждая каретка и который наматывается на два колеса или шкива 9 и 10, один из которых оборудован двигателем.
В этой общей компоновке устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет отличительные признаки, которые представлены на следующих фигурах.
На фиг.2 некоторые из уже описанных элементов обозначены теми же позициями. Игла 6 выполнена в виде силового цилиндра 11 по причинам, которые будут указаны ниже. Корпус 12 этого силового цилиндра соединен с кареткой 4 через систему подвески, податливость которой позволяет игле «находить свой путь», то есть смещаться в боковом направлении, если ее острие не совсем центровано относительно ячейки, в которую оно должно заходить. Эту податливость обеспечивают на уровне соединения корпуса 12 силового цилиндра 11 с кареткой 4 и на уровне направляющей штока 13 этого силового цилиндра, который образует собственно иглу, оборудованную на конце вышеупомянутым острием 6а.
Соединение корпуса 12 с кареткой 4 содержит верхние связи, в данном случае два троса 14 и 15, и нижние связи, в данном случае тросы 16 и 17. Тросы являются нерастяжимыми, и их длину выбирают таким образом, чтобы, когда верхние или нижние тросы натянуты, нижние или верхние тросы были расслабленными, что позволяет получать вертикальное движение между силовым цилиндром 11 и кареткой 4. Амплитуда этого движения зависит от превышения длины тросов по сравнению с их длиной, которая сделала бы невозможным это относительное движение, при всех прочих равных показателях. Кроме того, соединение содержит упругие элементы 18 и 19, которые расположены между верхним и нижним тросами пары тросов и соединены с ними в точках, образующих изгиб каждого троса между двумя натянутыми участками. Таким образом, каждая игла упруго подвешена к каретке с возможностью бокового смещения относительно рамы, пока тросы, противоположные направлению движения, не натянутся и не ограничат амплитуду этого движения, и с возможностью вертикального смещения, пока тросы, противоположные направлению движения, тоже не натянутся.
Кроме того, часть иглы, образованная штоком 13 силового цилиндра 11, выдвигаемая за пределы корпуса 12 этого силового цилиндра, направляется подобием подшипника 20, который, в свою очередь, удерживается упругим соединением 21 с рамой 1. Таким образом, игла обладает определенной подвижностью в боковом направлении относительно этой рамы.
Этот монтаж обеспечивает проникновение иглы в ячейку, в направлении которой она может отклоняться. Если сопротивление проникновению в ячейку превышает упругое возвратное усилие соединения игла/каретка, тросы 16 и 17 натягиваются и заставляют иглу двигаться вверх, пока усилие сопротивления не достигнет критического значения, что будет пояснено ниже. Точно так же, если игла удерживается сильным трением во время своего движения вниз, тросы 14 и 15 натягиваются и усилие опускающейся каретки передается непосредственно на иглу, которая обязательно выходит из ячейки.
В не представленном на фигурах варианте тросы заменены рычагами, шарнирно соединенными между собой в точке крепления пружины 18, 19 и своим свободным концом с корпусом 12 и с кареткой 4. Следует отметить, что число тросов или рычагов может быть больше двух показанных пар, и их равномерно распределяют вокруг иглы.
На фиг.3 показано устройство очистительной иглы, применяемой в рамках изобретения. Корпус 12 силового цилиндра содержит поршень 23 с калиброванным зазором 22, неподвижно соединенный со штоком 13. Этот шток 13 проходит с калиброванным зазором 24 через дно корпуса 12 силового цилиндра 11, тогда как противоположное дно постоянно сообщается с источником текучей среды под давлением, предпочтительно воздуха, через отверстие питания 25.
Поршень 23 делит внутренний объем корпуса силового цилиндра на две камеры 26 и 27, которые сообщаются между собой через зазор 22. Соотношение диаметров штока и поршня является таким, что полезная площадь поршня в камере 27, которая содержит шток, составляет примерно от 70 до 80% полезной площади поршня, на которую действует давление в камере 26. Камера 27 сообщается с окружающей средой через зазор 24.
Верхняя сторона на своей периферии поршня 23 оснащена прокладкой 28 вокруг штока 13. Когда шток находится в максимально выдвинутом положении, прокладка 28 прижимается к внутренней стороне конца корпуса 12 силового цилиндра 11. Часть камеры 27, окружающая шток внутри прокладки, находится под атмосферным давлением.
Текучая среда, впускаемая в камеру 26, находится под давлением Р, называемым регулировочным давлением. Под действием этого давления, несмотря на утечку вокруг поршня 23, шток достигает своего максимально выдвинутого положения из корпуса и поршень прижимается ко дну корпуса через прокладку 28. Усилие, которое удерживает выпущенный шток, равно, таким образом, Р×S, где S является площадью нижней поверхности поршня 23.
Во время работы игла в этом выдвинутом положении заходит в ячейку 3 под действием каретки 4, 5. Если сопротивление проникновению является большим, упругое соединение, описанное со ссылками на фиг.2, деформируется, пока не натянутся тросы 16 и 17. После этого, когда усилие сопротивления становится больше Р×S, поршень 23 отходит от дна корпуса силового цилиндра и камера 27 сообщается с камерой 26; в камере 26 быстро устанавливается давление Р, и усилие, продолжающее действовать на шток 13 в направлении его выпуска, снижается до 0,2- или 0,3-кратного значения Р×S. В этих условиях шток заходит в корпус силового цилиндра вместо того, чтобы принудительно перемещаться в направлении теплообменного элемента. Таким образом, риск повреждения последнего снижается, особенно если значение Р давления отрегулировано в зависимости от хрупкости стенок ячеек. Таким образом, работа других игл, установленных на каретке, может продолжаться в нормальном режиме. Зазоры 22 и 24 адаптированы к ритму работы аппарата. Зазор 24 будет иметь меньшее сечение, чем зазор 22, чтобы в камере 27 быстро устанавливалось давление Р и чтобы игла быстро прекращала работу, тогда как каретка-держатель игл продолжала свой ход.