УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБКИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к теплообменным устройствам и может быть использована в составе прямотрубных теплообменных аппаратов (ТА): конденсаторах турбин, подогревателях, испарителях и других технологических теплообменниках энергетической, нефтехимической, нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, металлургической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так из описания к патенту Китая № 205607231 (опубликован 28.09.2016) известна конструкция теплообменного устройства, содержащего спиральный элемент с возможностью вращения и подшипник.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принято устройство для увеличения коэффициента теплопередачи, которое спиральный элемент, управляемый скоростью потока текучей среды, подшипники, уплотнительную крышку, опорный стержень и рабочую рукоятку (патент Китая № 205580290, опубл. 14.09.2016).
Недостатком известного решения и наиболее близкого аналога является недостаточные: улучшение теплообмена и предотвращение отложений; недостаточный рост производительности ТА, а также высокое гидравлическое сопротивление потоку воды, что обусловлено конструкцией спирального элемента.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков, расширение арсенала технических средств, повышение значения коэффициента теплопередачи, снижение расхода воды, расширение эксплуатационных характеристик и функциональных возможностей  устройства за счёт изготовления и установки составных элементов устройства.
Техническим результатом патентуемого решения является предотвращение образования отложений за счёт снижения гидравлического сопротивления на входном участке теплообменной трубки и его равномерного распределения по всей длине теплообменной трубки.
Технический результат достигается за счет использования устройства, которое содержит вращающийся продольный элемент, соединенный с подшипниковым узлом, при этом вращающийся продольный элемент выполнен в виде спирально закрученной ленты с шириной, увеличивающейся по ее длине от подшипникового узла.
Вращение спирального элемента происходит за счет воздействия направленного потока жидкости в теплообменной трубке. Выполнение спирально закрученной ленты с изменяющейся шириной – увеличивающейся по ее длине от подшипникового узла (лента уже - у входного конца трубки и  шире - у выходного) позволяет избежать излишнюю турбулизацию жидкости на входном участке теплообменной трубки и тем самым минимизировать рост гидравлического сопротивления, при этом эффективно препятствовать адгезии отложений.
В частном случае реализации, спирально закрученная лента выполнена с изменяющимся по длине шагом свивки, что приводит к дополнительному снижению роста гидравлического сопротивления, с улучшением функциональных свойств устройства.
На фиг. 1 - представлен общий вид устройства очистки трубки теплообменного аппарата (теплообменная трубка условно не показана).
На фиг. 2 - вид исходной ленты для изготовления вращающегося продольного элемента.
Согласно фигурам устройство для очистки трубки теплообменного аппарата  содержит вращающийся продольный элемент в виде спирально закрученной ленты 1 и подшипниковый узел 2. Для обеспечения возможности вращения спирально закрученная лента 1 соединена с подшипниковым узлом 2, который размещен в корпусе адаптера 3. Адаптер 3 выполнен в виде металлического корпуса с расположенным внутри керамическим опорным подшипником 2. При этом с одной стороны корпус оборудован технологической заглушкой 4, а с другой - 3-мя элементами крепления 5, выполняемыми с учетом внутреннего диаметра теплообменной трубки и  предназначенными для фиксации  адаптера в теплообменной трубке.
Снижение производительности ТА (теплообменного аппарата) имеет место по причине возрастающего гидравлического сопротивления току воды в каждой теплообменной трубке ТА из-за излишней турбулизации потока посредством вращающейся спирали. Причем на входе в теплообменную трубку скорость воды у всех ТА всегда выше, чем на  выходе. При этом  равномерно закрученная по длине спираль, выполненная без учета этого фактора, создает избыточную турбулизацию потока на входе (и как следствие – неоправданно возрастающее гидравлическое сопротивление) и недостаточную турбулизацию потока, начиная со средней части теплообменной трубки. Как результат - неэффективное препятствование образованию отложений и снижение коэффициента теплопередачи на «выходных» участках трубок теплообмена. Для улучшения теплообмена и предотвращения образования отложений на стенках трубок теплообменного аппарата спирально закрученная лента выполняется с изменяющейся шириной по длине спирали, т.е. имеет наименьшую ширину на входном участке трубки (место соединения спирально закрученной ленты с подшипниковым узлом), и наибольшую на выходном. При этом гидродинамический напор на стенку теплообменной трубки от вращающейся в потоке жидкости спирали выравнивается по всей длине трубки и эффективно препятствует адгезии отложений.
Также изготовление спирально закрученной ленты с изменяющимся по длине спирали шагом свивки - чем ближе расположение спирально закрученной ленты к адаптеру с подшипниковым узлом, тем шаг свивки больше, позволяет уменьшить сопротивление на входном участке.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для очистки является частью ТА и устанавливается внутри теплообменной трубки, вдоль её осевого направления. Устройство создаёт препятствие току жидкости, при этом циркулирующая жидкость воздействует на спирально закрученную ленту 1, что заставляет её непрерывно вращаться внутри трубки без какого-либо дополнительного источника питания, превращая упорядоченный поток воды в турбулентный. Кроме того, путём вращения спирально закрученной ленты 1 с шириной, увеличивающейся по ее длине от подшипникового узла 2, обеспечивается выравнивание гидродинамического напора на стенку теплообменной трубки по всей её длине и эффективно препятствует адгезии отложений, что не позволяет отложениям оседать на стенках труб. Ширина ленты выбирается в соответствии с типоразмером трубки, при этом вращающийся элемент изготавливается с гарантированным зазором 2-3 мм. на сторону в самой широкой части, т.е. на выходном конце трубки.
Опытным путем установлено, что реализуемая конструкция устройства для очистки по сравнению с конструкцией устройства, раскрытой в наиболее близком аналоге, позволяет минимизировать рост гидравлического сопротивления ТА (снизить гидравлическое сопротивление на входном участке трубки теплообменного аппарата) на 10-15%, что позволит предотвратить образование отложений и тем самым повысить эффективность работы теплообменного аппарата. Также повышается значение коэффициента теплопередачи (K) на всей длине теплообменной трубки не менее чем на 15% при повышении КПД теплообменника в целом на такую же величину. Также из-за созданного препятствия току воды, уменьшается её расход на 5-10% через ТА в целом, тем самым сокращая размер платы за водопотребление, которая для энергопредприятий возрастает на 8% каждый год.
Таким образом, использование устройства в составе каждой теплообменной трубки ТА позволяет обеспечить высокую эффективность работы теплообменного аппарата за счёт улучшения теплообмена и препятствования образованию отложений, с высоким КПД в течение длительного периода времени.