Мобильная установка для автоматизированной очистки теплообменного оборудования
MOBILE UNIT FOR AUTOMATED CLEANING OF HEAT EXCHANGE EQUIPMENT

Заявляемое изобретение относится к конструкциям устройств для автоматизированной чистки трубных пучков теплообменников.
Известны технические решения, относящиеся к устройствам и системам для очистки труб теплообменников, включая автоматизированные и мобильные.
Например, в А.С. СССР на изобретение № 131764, опубл. в БИ №18 за 1960 г. описана конструкция машины для очистки внутренних поверхностей труб теплообменников, содержащей пустотелый вал, несущий на одном конце пустотелый бур, через который пар или жидкость подаётся в очищаемую трубу, а второй конец вала присоединён к пароприёмную и пневматическому двигателю, установленным на каретке, при этом каретка вала расположена на подвижной раме каркаса, установленного на самоходной тележке. Для перемещения вала с буром в горизонтальном и вертикальном направлениях каркас машины изготовлен из трубчатых стоек, связанных в верхней части неподвижной, а в средней части подвижной рамами, выполненными из труб.
Описанная в патенте машина позволяет механизировать и ускорить процесс очистки труб теплообменников, однако, известная конструкция обладает недостатком, заключающимся в том, что её применение невозможно внутри сооружений с ограниченным внутренним пространством, например, в камерах, в которых располагаются теплообменники атомных электростанций.
В патенте US20120055520, МПК B08 B 9/027, B08B 3/00, опубл. 08.13.2012, выбранном в качестве прототипа, раскрыта система для очистки внутренних поверхностей множества трубок теплообменника, содержащая средство дистанционного контроля и управления, источник находящего под давлением чистящего материала и установку для очистки, соединённую со средством дистанционного управления и источником находящего под давлением чистящего материала и содержащая раму, трубку для эмитирования чистящего материала, сканирующее устройство и манипулятор, при этом трубка для эмитирования чистящего материала размещена на манипуляторе и выполнена с возможностью перемещения внутри трубки теплообменника и с возможностью распространения чистящего материала, манипулятор выполнен с возможностью перемещения в раме в заданное положение и содержащий направляющую для трубки для эмитирования чистящего материала, средство дистанционного контроля и управления выполнено с возможностью выдачи команд на перемещение трубки для эмитирования чистящего материала и манипулятора, а сканирующее устройство соединено со средство дистанционного контроля и управления и выполнено с возможностью создания карты расположения трубок теплообменника. Средство дистанционного контроля может быть снабжено пультом управления и(или) средством видеонаблюдения, содержащим множество видеокамер, может быть выполнено с возможностью управления работой источника чистящего материала и с возможностью выдачи команд на перемещение устройств установки для очистки в автоматическом и(или) ручном режиме. Трубка для эмитирования чистящего материала может быть выполнена жёсткой, полужёсткой и гибкой.
Известная конструкция позволяет осуществлять очистку теплообменников дистанционно, что обеспечивает безопасность оператора, однако, она обладает недостатком, заключающимся в том, что её применение невозможно внутри помещений с ограниченным внутренним пространством, например, внутри камер для теплообменников атомных электростанций.
Все известные конструкции устройств, предназначенных для очистки трубок теплообменников обладают общим недостатком, заключающимся в том, что их применение невозможно внутри сооружений с ограниченным внутренним пространством, например, внутри камер для теплообменников атомных электростанций.
Технической проблемой, решаемой при помощи заявляемого изобретения, являются имеющиеся ограничения применения устройств для очистки труб теплообменников в особых условиях их эксплуатации, например, для выполнения очистки теплообменников атомных электростанций непосредственно в камерах, в которых они расположены, а также из-за имеющихся ограничений присутствия людей в зоне проведения работ.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявляемого изобретения, является расширение сферы применения устройств для автоматизированной очистки теплообменного оборудования в замкнутом пространстве, в том числе в опасных для оператора условиях.
Указанный технический результат достигается за счёт применения мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования, включающей координатный стол, предназначенный для наведения каретки с чистящими шлангами высокого давления на очищаемый участок стенки теплообменника, состоящий из двух рам, соединённых между собой при помощи пневмоцилиндров, при этом на рамах установлены гусеницы, оснащенные сервоприводами, которые предназначены для выполнения перемещений координатного стола между стеной корпуса теплообменника, внутри которого установлен теплообменник, и трубной стенкой теплообменника, а пневмоцилиндры служат для фиксации координатного стола между стеной корпуса и трубной стенкой теплообменника путём распора его рам.
При этом на одной из рам координатного стола установлена каретка, оснащенная механизмом перемещения закреплённых на ней шлангов высокого давления в вертикальной плоскости параллельно трубной стенке теплообменника и их наведения на очищаемые трубки теплообменника.
Кроме того, шланги высокого давления проходят через механизм подачи шлангов высокого давления, предназначенный для их подачи внутрь трубок теплообменников во время их очистки и находящийся за пределами координатного стола, при этом на концах шлангов высокого давления могут быть установлены роторные насадки, позволяющие более эффективно производить очистку трубок теплообменника.
Кроме того, с целью защиты шлангов высокого давления от загрязнений и возможных механических повреждений на каретке могут быть установлены защитные гладкие и гофрированные трубки.
Координатный стол соединён при помощи кабеля с блоком управления, который расположен за пределами корпуса теплообменника в безопасном для оператора месте, с помощью которого обеспечивается передача управляющих сигналов от блока управления на сервоприводы гусениц, на механизм подачи шлангов высокого давления и механизм перемещения каретки, а также с помощью этого кабеля обеспечивается передача в блок управления сигналов, поступающих от датчиков расположения теплообменных трубок, лидара, предназначенного для обнаружения препятствий на трубной стенке теплообменника, лазерного дальномера, служащего для ревизии внутренней поверхности трубок теплообменника и видеокамеры, служащей для визуального контроля работы мобильной установки, которые установлены на координатном столе. За счёт чего управление перемещениями координатного стола и каретки осуществляется в автоматическом и полуавтоматическом режиме в соответствии с алгоритмами, заранее заложенными в блок управления.
Таким образом, за счёт выполнения работ по очистке теплообменных трубок в автоматическом и полуавтоматическом режиме обеспечивается выполнение норм безопасности для персонала, а также исключается необходимость выполнения трудоёмкой операции демонтажа крышки теплообменника перед выполнением работ.
Дополнительным преимуществом заявляемой конструкции является её универсальность, так как возможно её применение для теплообменников разных типов и размеров.
Заявляемая конструкция мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования изображена на Фиг. 1. На Фиг. 2 показана схема размещения мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования на трубной стенке теплообменника.
Мобильная установка для автоматизированной очистки теплообменного оборудования, включает координатный стол (1), предназначенный для наведения каретки с чистящими шлангами высокого давления на очищаемый участок стенки теплообменника, состоящий из двух рам, соединённых между собой при помощи пневмоцилиндров (2), при этом на рамах установлены гусеницы (3), оснащенные сервоприводами, которые предназначены для выполнения перемещений координатного стола между стеной корпуса теплообменника и его трубной стенкой, а пневмоцилиндры (2) служат для фиксации координатного стола (1) путём распора его двух рам между стеной корпуса теплообменника и его трубной стенкой.
На одной из рам координатного стола (1) установлена каретка (4), оснащённая механизмом её перемещения, которая предназначена для перемещения шлангов высокого давления (5) в вертикальной плоскости и их точного наведения на очищаемые трубки теплообменника.
При выполнении работ по очистке трубок теплообменника шланги высокого давления (5), подают внутрь очищаемых трубок с помощью механизма подачи шланга высокого давления (8), расположенного за пределами координатного стола (1). При этом для защиты шлангов высокого давления от возможных механических повреждений они проходят через защитные гладкие трубки (6) (до устройства подачи) и гофрированные трубки (7) (после устройства подачи).
Управление работой мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования осуществляют с помощью блока управления (10) (выполненного, например, в виде компьютера), расположенного вне зоны выполнения работ при помощи кабеля (9), предназначенного для передачи управляющих сигналов, который соединён соединён с сервоприводами гусениц (3), механизмом подачи шлангов высокого давления (8) и механизмом перемещения каретки. Кабель (9) также предназначен для передачи сигналов, поступающих от датчиков расположения теплообменных трубок, лидара, предназначенного для обнаружения препятствий на трубной стенке теплообменника, лазерного дальномера, служащего для ревизии внутренней поверхности трубок теплообменника и видеокамеры, служащей для визуального контроля работы мобильной установки, которые установлены на координатном столе (1).
Заявляемая конструкция работает следующим образом.
Координатный стол (1) заводят внутрь корпуса теплообменника и устанавливают между его стеной (11) и трубной стенкой теплообменника (12) (Фиг. 2). Эта работа выполняется бригадой из двух человек, при этом монтаж занимает не более 20 минут, что соответствует требуемому уровню безопасности выполнения работ для атомных электростанций.
Затем осуществляют подачу сжатого воздуха в пневмоцилиндры (2) за счёт чего рамы координатного стола (1) раздвигаются и координатный стол (1) фиксируется между стеной корпуса теплообменника (11) и его трубной стенкой (12).
Далее, при полуавтоматическом режиме очистки оператор дистанционно управляет перемещением гусениц (3), установленных на рамах, за счёт чего координатный стол (1) перемещают в точку «НОЛЬ», соответствующей входу в одну из трубок теплообменника, выбранной в качестве первой и которая задаёт исходные координаты для последующего направления движения координатного стола (1) во время очистки всего теплообменника, либо, в случае применения автоматического режима очистки оператор нажимает кнопку «СТАРТ» на блоке управления (10), после чего координатный стол (1) в соответствии с заложенной в блок управления (10) программой самостоятельно перемещается в точку «НОЛЬ».
После определения точки с нулевыми координатами и фиксации каретки (4) оператор дает команду на выполнение пробного (калибровочного) прохода первой трубки теплообменника, имеющей нулевые координаты, осуществляемого путём подачи шланга высокого давления (5) при помощи механизма подачи шлангов (8) через гофрированную трубку (7). Оператор также задаёт время прохода шланга высокого давления (5) в трубке теплообменника и определяет необходимое количество проходов.
После осуществления первого прохода блок управления (10) осуществляет поиск теплообменных трубок при помощи датчиков обнаружения расположения, лидара, предназначенного для обнаружения препятствий на трубной стенке теплообменника, лазерного дальномера, служащего для ревизии внутренней поверхности трубок теплообменника, и видеокамеры и управляет процессом очистки трубок теплообменника в соответствии с заложенной в него программой.
При этом в памяти блока управления (10) формируется облако координат точек осей трубок каждого конкретного очищаемого теплообменника в плоскости трубной стенки. Облако координат каждого конкретного теплообменника в последующем может быть использовано при повторной очистке этого же теплообменника. При этом оператор контролирует работу мобильной установки с помощью монитора блока управления (10) по заданным параметрам, а также осуществляет визуальный контроль прохода шлангов высокого давления (5) в трубках теплообменника. При необходимости оператор корректирует время и количество проходов каждой трубки.
Кроме того, с целью контроля в блоке управления (10) с помощью лидара формируется карта препятствий, имеющихся на трубной стенке теплообменника в зоне расположения координатного стола (1), с помощью лазерного дальномера осуществляют ревизию качества очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, а для визуального контроля выполнения работ используют видеокамеру, передающую изображение на пульт оператора.
С помощью лазерного дальномера также выявляют заглушенные трубки, при этом, в памяти блока управления (10) координаты заглушенных трубок запоминаются, за счёт чего в дальнейшем, шланги высокого давления в такие трубки во время последующей очистки этого же теплообменника уже не подаются.
После выполнения полного цикла очистки теплообменника выполняют демонтаж мобильной установки силами бригады, также состоящей из двух человек.
При этом параметры каждого очищенного теплообменника, время прохода каждой из его трубок, место нахождения заглушенных трубок и другие параметры сохраняются в памяти блока управления. Сохраненную информацию в последующем возможно использовать при проведении очередного ремонта этого теплообменника.
Как правило, очистку трубок теплообменника производят с помощью вращающихся головок с разнонаправленными струями воды под давлением 100 - 1500 бар (в зависимости от просвета трубок и характера загрязнений) путём их поступательного прохода вдоль трубок.
Известные аналоги мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования имеют сходное назначение, но используют иные принципы очистки, организации, автоматизации и управления процессом.
Уникальность предложенного и реализованного в виде опытного экземпляра мобильной установки состоит в системном применении ряда принципов, ранее не реализованных во взаимодействии компонентов и получении эффекта экономии времени, автоматизации процесса и создания условий для безопасной работы персонала:
1. Мобильную установку для автоматизированной очистки теплообменного оборудования размещают непосредственно внутри закрытого корпуса теплообменника, что позволяет снизить расходы на демонтаж крышки теплообменника, уменьшить время очистки, а также существенно сократить затраты на простой очищаемого теплообменника.
2. Конструкция мобильной установки, включающая координатный стол и каретку, перемещение которых обеспечивается с помощью блока управления позволяет в автоматическом режиме производить очистку теплообменников любых размеров.
3. Координатный стол самостоятельно перемещается по трубной доске на гусеничном шасси с сервоприводами, что позволяет исключить операции демонтажа и его повторной сборки для обеспечения подачи шлангов высокого давления в теплообменные трубки, расположенные в другой зоне трубной стенки теплообменника.
4. Сформированное во время выполнения работ каждого конкретного теплообменника облако координат точек входа в его теплообменные трубки хранится в памяти управляющего устройства и может быть использовано как карта для задания маршрута движения координатного стола при повторных очистках этого же теплообменника.
5. Рабочее место оператора и блок управления находятся вне опасной зоны, что обеспечивает безопасность выполнения работ, например, при очистке теплообменников атомных электростанций.
6. Вся работа мобильной установки осуществляется в автоматическом и полуавтоматическом режиме с минимальным участием в управлении человека.
7. Наличие устройств обнаружения, контроля и визуализации (датчиков, лазерного дальномера и видеокамеры) позволяют мобильной установке определять разницу между загрязненной и заглушенной трубкой и принимать решение по режимам очистки, а также об исключении трубки из плана очистки.
За счёт такой конструкции мобильной установки для автоматизированной очистки теплообменного оборудования исключается непосредственное присутствие людей в зоне расположения устройства во время выполнения работ. При этом, оператор с помощником только лишь на короткий промежуток времени проникают в корпус теплообменника через технологический лаз для выполнения установки координатного стола и подключения к нему кабелей, и после выполнения очистки для их демонтажа, а вся работа по очистке трубок теплообменника осуществляется удаленно с пульта оператора, расположенного вне корпуса теплообменника в безопасном для оператора месте.
Таким образом, конструкция и функциональность мобильной установки позволяют исключить пребывание человека в зоне проведения работ, что особо важно при чистке теплообменников в зонах радиоактивного загрязнения, а предусмотренные конструкцией устройства средства защиты техники рассчитаны на выполнение дезактивации без повреждения и нарушения его функциональности.