Фильтр предварительной очистки воды из водоема для системы шариковой очистки теплообменных конденсаторных трубок

Область техники
Полезная модель устройства фильтра предварительной очистки (ФП) относится к области очистки внутренних поверхностей теплообменных или теплопередающих каналов (трубок). ФП устанавливается на напорном трубопроводе циркуляционной воды перед конденсатором или теплообменником и предназначен для удаления различных загрязнений (мусора, веток, водорослей, ракушек и т.д.), попадающих с охлаждающей водой в трубки конденсатора, теплообменника.
Уровень техники
Известен наиболее близкий аналог предлагаемой полезной модели - фильтр типа PR-BW 800 компании TAPROGGE (ТАПРОГГЕ) (ФРГ) предварительной очистки воды из водоема для системы шариковой очистки теплообменных конденсаторных трубок (Интернет-адрес информации о фильтре: https://www.taprogge.de/index.php?id=34&type=30). Основное его применение - фильтрация охлаждающей воды на электростанциях и в других крупных промышленных системах водоснабжения.
Фильтр предварительной очистки (ФП) состоит из корпуса с фланцами с обеих сторон, которые могут быть установлены непосредственно и герметично в существующую трубу водоснабжения (циркводовод). В зависимости от диаметра трубы циркводовода корпус фильтра делится на несколько одинаковых сегментов (секций, камер) с помощью опорных стальных листов (ребер сегментов). В каждой секции закреплен сегментный (секционный) фильтр (фильтроэлемент) в виде сетчэк или перфорированных стальных листов без зазоров между входной и выходной сторонами. На входной стороне фильтра расположен ротор обратной промывки (очиститель), который от привода может совершать полные вращения в обоих направлениях. Ротор имеет форму кожуха (крышки, «языка»), который соответствует размерам секции фильтра. Фильтроэлементы, подшипник ротора и привод ротора надежно закреплены на опорных листах (ребрах сегментов). Две радиальные стороны ротора (кожуха) оснащены вихревыми индукторами (обтюраторами), которые обеспечивают гидравлическое уплотнение (закрытие) соответствующей секции фильтра при ее накрытии кожухом ротора. Ротор соединен с выпускной трубой для удаления мусора, представляющей собой вращающийся патрубок, который переходит в патрубок отвода накопленного мусора на сетке фильтра наружу корпуса фильтра. В этой выпускной трубе установлен сливной клапан (дисковый затвор) для мусора. Привод ротора состоит из внешнего мотор-редуктора, редуктора внутреннего и передачи (обычно карданной) в кожухе между их валами.
ФП непрерывно удаляет все частицы мусора из охлаждающей воды, которые могут препятствовать теплообменникам и конденсаторам, установленным ниже по потоку. В процессе фильтрации среда, наполненная частицами, проходит через входной фланец на сетке сегментированных секций фильтра. Частицы, размер которых превышает выбранную тонкость фильтрации сеток фильтра, сохраняются в объемных камерах соответствующей секции (сегмента) фильтра. С ростом загрязнения перепад давления в сегментах фильтра (до и после фильтроэлемента) увеличивается до достижения заданной рабочей точки. По сигналу системы измерения перепада давления, таймера или ручной кнопкой оператора запускается процесс обратной промывки фильтра. Открывается клапан обратной промывки и включается привод ротора, так что ротор обратной промывки последовательно накрывает каждую из сегментированных секций фильтра я процессе кругового движения. Очистка отдельных сегментов фильтра осуществляется по принципу «обратной промывки с пониженным давлением». Когда кожух ротора накрывает сегмент фильтра, создается закрытая камера. Барабанная турбулентность, возникающая из-за двух вихревых индукторов (обтюраторов), обеспечивает гидравлически герметичную камеру, в которой мусор, осевший на сетке фильтра, освобождается от прижатия к сетке давлением внешнего водяного потока. При открытии сливного клапана (дискового затвора) перепад давления между очищаемой камерой сегмента фильтра и концом выпускной трубы (патрубка отвода), создает обратный поток. Все частицы мусора захватываются потоком обратной промывки и вымываются в этот патрубок. После полного оборота вращения ротора обратной промывки все сегменты фильтра будут очищены обратной промывкой. После этого ротор обратной промывки отключается, а выпускной клапан (дисковый затвор) закрывается.
Хотя в фильтре и предусмотрено, что в случае относительно больших кусков мусора (больших веток, кустов, стволов деревьев и т.п.) в качестве меры безопасности направление вращения ротора обратной промывки может автоматически меняться на противоположное, когда в очищаемом сегменте фильтра встречается непреодолимое препятствие, все же возможны (и известны из реальной эксплуатационной практики заявителя) ситуации аварийного заклинивания ротора с очистителем фильтра как из-за заклинивания большими кусками мусора, так и, например, из-за заклинивания подшипников скольжения опор ротора. Следствием такого аварийного заклинивания являются серьезные поломки важных конструктивных элементов устройства фильтра (обычно элементов крепления ротора) с выходом всего фильтра из работы и последующим затратным ремонтом данного оборудования.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является предохранение фильтра от подобных серьезных последствий аварийных ситуаций заклиниваний ротора фильтра и соответственно повышение надежности и стабильности работы фильтра в целом.
Для этого предлагается ввести в устройство фильтра дополнительную предохранительную муфту (на случай аварийной ситуации), а также поставить в опоры ротора улучшенные подшипники скольжения из материала полиацеталь (РОМ-С), существенно снижающие вероятность аварийного заклинивания ротора в его опорах.
Таким образом фильтр предварительной очистки (ФП) воды из водоема для системы шариковой очистки теплообменных конденсаторных трубок содержит корпус с фланцами с обеих сторон для встраивания в трубу водоснабжения (циркводовод); поделен на несколько одинаковых сегментов (секций) с помощью ребер сегментов. В каждом сегменте закреплен фильтроэлемент в виде сеток или перфорированных стальных листов без зазоров между входной и выходной сторонами. На входной стороне фильтра расположен очиститель (ротор обратной промывки) с возможностью полных вращений в обоих направлениях с помощью привода ротора. Ротор имеет форму кожуха, соответствующую размерам секции фильтра. Фильтроэлементы, подшипники скольжения ротора и привод ротора надежно закреплены на ребрах сегментов. Две радиальные стороны кожуха ротора оснащены обтюраторами, обеспечивающими гидравлическое уплотнение соответствующей секции фильтра при ее накрытии кожухом ротора. Ротор соединен с выпускной трубой для удаления мусора, представляющей собой вращающийся патрубок, который состыкован с неподвижным патрубком отвода накопленного мусора с сетки фильтра наружу корпуса фильтра. В этой выпускной трубе установлен управляемый (с электроприводом) дисковый затвор. Привод ротора состоит из внешнего мотор-редуктора, внутреннего редуктора и передачи между их валами, причем дополнительно содержит предохранительную муфту, включенную между валом мотор-редуктора и карданной передачей между валами редукторов. Предохранительная муфта является преимущественно беззазорной с шариковой передачей. Подшипники скольжения ротора преимущественно выполнены из материала полиацеталь (РОМ-С).
Перечень фигур
Фиг. 1 - общий полупрозрачный вид предлагаемого устройства фильтра в изометрии;
Фиг.2 - принципиальная схема модифицированного тракта передачи движения от мотор-редуктора до очистителя фильтра;
Фиг. 3 - общий полупрозрачный вид части предлагаемого устройства фильтра в изометрии с указанием элементов модифицированного тракта передачи движения от мотор-редуктора до очистителя фильтра;
Фиг. 4 - диаграмма областей нормальной работы и возможного выхода из строя при различных соотношениях крутящих моментов нагрузки очистителя фильтра и момента внутреннего редуктора с наличием и в отсутствии предохранительной муфты в приводном тракте ротора.
Осуществление полезной модели
На фиг. 2 и 3 обозначены позиции: 1 - мотор-редуктор; 2 - предохранительная муфта; 3 - карданная передача; 4 - внутренний редуктор; 5 - очиститель;
Все элементы ФП объединены в едином устройстве (внутри и снаружи корпуса ФП) механическими связями.
Корпус ФП поставляется в сборе с приваренными фланцами, люками и патрубками. Для отвода воды с загрязнениями в корпус ФП должен быть вварен патрубок с ответным фланцем. Между приваренным и ответным фланцами должен быть установлен дисковый затвор с электроприводом.
Люки-лазы, установленные на ФП, должны обеспечивать доступ к внутренним элементам ФП для осмотра и удаления крупных загрязнений. Крышка люка должна быть установлена на поворотном устройстве, обеспечивая подвешенное положение крышки в открытом состоянии. Герметичность люков обеспечена прокладками многоразового использования.
Сетка фильтра должна быть изготовлена из фильтрующих элементов в виде конусных перфорированных сегментов. Механическая прочность сетки должна быть обеспечена за счет ячеистой конструкции и радиальных растяжек с ребрами жесткости.
Очиститель должен быть закреплен на вращающемся патрубке отвода воды с загрязнениями, и при вращении плотно прилегать своими обтюраторами к ячейкам сетки. Вращающийся патрубок вместе с ротором должен приводиться во вращение посредством червячно-планетарного редуктора, расположенного в герметичном корпусе редуктора. Герметичность корпуса редуктора со стороны вращающихся деталей должна быть обеспечена применением двойного уплотнения из полиуретановых и резиновых манжет. Для контроля герметичности корпус редуктора должен иметь контрольный патрубок, сообщающийся с атмосферой. Крутящий момент к внутреннему червячно-планетарному редуктору должен передаваться от мотор-редуктора, установленного снаружи корпуса, посредством карданного вала, находящегося в герметичном кожухе.
Применение предохранительной муфты 2 обусловлено тем, что на входной вал редуктора 4, установленного внутри единого корпуса ФП приходит крутящий момент с выходного вала мотор-редуктора 1 (установленного снаружи единого корпуса ФП, но прикрепленного к нему), который в случае заклинивания ротора очистителя 5 (из-за попадания крупных посторонних тел и/или неисправности узлов трения) превышает допустимый (по прочности вала, крепежных элементов и очистителя с обтюраторами) крутящий момент на входном валу внутреннего редуктора 4.
Предохранительная муфта преимущественно является беззазорной с шариковой передачей. Беззазорная предохранительная муфта имеет следующие преимущества: удобство при монтаже; малый момент инерции; возможность монтажа в узких местах; компенсация несоосности; плавная регулировка крутящего момента; расширенный диапазон используемых комбинаций редукторов. Беззазорная предохранительная муфта действует как подпружиненная муфта с кинематическим замыканием. При превышении заданного разобщающего момента муфта разъединяет выходной вал мотор-редуктора и входной вал редуктора, который находится внутри ФП, тем самым предохраняя от поломок находящихся после нее компоненты. При перегрузке происходит почти мгновенное разъединение муфты и прекращение передачи крутящего момента.
1
2
4
3
4
об
1
2
На диаграмме фиг. 4 указаны: Мкр - заданный разобщающий момент на муфте; Мкр=Мкр / (i *η) - допустимый крутящий момент на входном валу редуктора; Мкр - крутящий момент на выходном валу мотор-редуктора; Мкр - максимальный крутящий момент на выходном валу редуктора; i - передаточное отношение редуктора; η - общее КПД (включает в себя КПД редуктора и КПД опор скольжения). Условие нормальной работы передачи вращения: Мкр<Мкр.
Помимо предохранительной муфты в случае наступления аварийной ситуации для снижения вероятности заклинивания ротора ФП и, как следствие, возникновения соответствующей аварийной ситуации также предусмотрена установка специальных улучшенных подшипников скольжения опор ротора, которые позволяют в том числе минимизировать массово-габаритные и компоновочные показатели. Данные подшипники, устанавливаемые в ФП для системы шариковой очистки, должны обладать следующими свойствами: - низкий коэффициент трения; - прочность; - низкое водопоглощение; - износостойкость. В качестве материала подшипника скольжения для ФП был выбран полиацеталь (РОМ-С) торговой марки TECAFORM. Данный материал рекомендуется при эксплуатации во влажной среде, так как его механические свойства практически не зависят от влажности среды. Основные достоинства материала полиацеталь (РОМ-С): - высокая кристалличность; - высокая плотность (относительно подобных материалов); - высокая степень ударной вязкости; - высокая прочность, твердость и жесткость; - высокие показатели трения/скольжения, устойчивость к истиранию, антиадгезионные свойства; - практически нулевое водопоглощение; - стабильность размеров во влажной среде. TECAFORM (текаформ) - это полиацеталь, внешне напоминает фторопласт-4, однако обладает рядом преимуществ механических характеристик. TECAFORM может эксплуатироваться при температурах до 140-150°С. Текаформ - инженерный пластик и предназначен для изготовления деталей конструкционного назначения. Обработка полиацеталя гораздо проще, чем фторопласта и множества других пластмасс.
Испытания и эксплуатация единого устройства ФП с предохранительной муфтой и подшипниками скольжения из полиацеталя (РОМ-С) показали высокую степень надежности и стабильности работы ФП из-за практического отсутствия аварийных поломок конструктивных элементов вследствие заклинивания вращающихся частей ФП. В проектах Курской АЭС-2 и АЭС «Руппур» предусмотрено использование предлагаемой полезной модели устройства ФП.