УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛИННЫХ ТРУБОК МАЛОГО ДИАМЕТРА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ ОТ ТВЕРДЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области очистки внутренних поверхностей выпарных аппаратов от твердых отложений при помощи установок с вращающимися рабочими органами и предназначено преимущественно для очистки внутренней поверхности трубок стационарных, вертикально установленных выпарных аппаратов, в которых для нагрева рабочего агента используется перегретый водяной пар.
Известно гидромеханическое устройство для очистки внутренней поверхности труб от твердых отложений (Патент РФ №2125494, МПК 6 B08B 9/00, опубл. 27.01.1999 г).
Известная установка содержит корпус в форме тела вращения, в передней части которого находится выполненный в виде усеченного конуса очистной элемент с каналами для подачи жидкости, а хвостовая часть соединена с приводом вращения корпуса. На образующей поверхности усеченного конуса нарезаны зубья с величиной затылования на ширине пера большей, чем величина подъема на зуб, при этом величину затылования выбирают из условия
где K - величина затылования на ширине пера;
P - шаг винтовой нарезки;
ϕ - угол наклона конуса рабочей части очистного элемента;
Z - число перьев очистного элемента.
Зубья на соседних перьях расположены друг относительно друга в шахматном порядке, перья разделены канавками, к которым подведены каналы для подачи жидкости, а последним зубом выполнен цилиндрический поясок с буртиком.
Известное устройство обеспечивает хорошее качество очистки труб от твердых отложений. Однако оно не позволяет производить очистку внутренней поверхности трубок, у которых твердые отложения перекрывают все сечение. Кроме того, известное устройство при работе может иметь контакт очистного элемента со стенками трубки, что недопустимо для тонкостенных трубок выпарного аппарата.
Известно также устройство для очистки внутренней поверхности трубок конденсатора от твердых отложений, содержащее вал, а также установленные на валу и связанные с ним привод и очистной инструмент, отличающееся тем, что привод установлен на хвостовой части вала, причем соединение привода с валом выполнено разъемным, а вал в хвостовой части выполнен с возможностью наращивания его длины, в качестве очистного инструмента в передней части вала жестко установлено сверло, наружный диаметр которого составляет от 90 до 95% внутреннего диаметра очищаемой трубки (патент РФ №114888 на полезную модель; заявка: 2011144718/05, 03.11.2011).
Однако известное устройство не позволяет осуществлять очистку внутренних поверхностей трубок выпарных аппаратов от твердых отложений, поскольку значительный диаметр очистного инструмента (90-95% внутреннего диаметра очищаемой трубки) увеличивает вероятность повреждения стенок трубки, при этом очистка 100% сечения известной конструкцией не обеспечивается.
Причиной блокирования трубок выпарных аппаратов является спекшийся рабочий агент, в твердом состоянии имеющий значительную прочность. Разрушение такого рабочего агента традиционными водяными струями невозможно, кроме того, тонкостенные трубки выпарки не допускают применения механических очищающих устройств из-за высокой вероятности повреждения стенок. В тоже время твердые отложения имеют значительные силы сцепления со стенками трубок, что затрудняет очистку стенок от отложений даже незначительной толщины.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в исключении или минимизации повреждения длинных тонкостенных трубок малого диаметра вертикально установленных выпарных аппаратов в процессе очистки их внутренней поверхности от рабочего агента, в твердом состоянии имеющего значительную прочность; в повышении надежности удаления с внутренних поверхностей трубок рабочего агента; в уменьшении времени очистки внутренних поверхностей трубок от рабочего агента; в повышении надежности и удобства эксплуатации установки по полезной модели, в т.ч., повышении устойчивости установки; в выполнении заявляемой полезной модели по блочной схеме, что обеспечивает возможность применения полезной модели в стесненных или неудобных для очистки труб рабочих пространствах, в частности, трубных решетках выпарных установок, когда рабочее пространство ограничено как по площади (в пределах площади фланца выпарной установки), так и по высоте (перекрытием производственного цеха).
Предлагаемая для достижения указанного технического результата установка для очистки внутренней поверхности длинных трубок малого диаметра выпарных аппаратов от твердых отложений содержит с возможностью поворота вокруг вертикальной оси вертикальную стойку, на верхнем конце которой предусмотрен направляющий кронштейн со стопорным винтом, при этом кронштейн имеет возможность поворота вокруг горизонтальной оси, телескопическую горизонтальную планку, один конец которой закреплен на направляющем кронштейне вертикальной стойки, а другой свободный конец после установления требуемой рабочей длины планки фиксируется стопорным винтом, предотвращающим изменение ее длины, гидроструйную бурильную машину с приводом, установленную на телескопической горизонтальной планке с помощью узла вывешивания и перемещения гидроструйной бурильной машины вдоль вертикальной оси, при этом на выходном валу привода гидроструйной бурильной машины разъемно установлен гидросъемник с буровым ставом, и оснастку для монтажа установки на очищаемом выпарном аппарате и фиксации вертикальной стойки, причем узел вывешивания и перемещения вдоль вертикальной оси гидроструйной бурильной машины, выполнен в виде двух обводных блоков, балансира-компенсатора веса гидроструйной бурильной машины и троса, причем первый обводной блок расположен на направляющем кронштейне вертикальной стойки, второй обводной блок на свободном конце телескопической горизонтальной планки, обводные блоки выполнены в виде тел качения с проточкой под трос, один конец которого закреплен за выходной крюк, расположенный на балансире-компенсаторе, а другой, после прохождения троса через первый обводной блок, вдоль телескопической горизонтальной планки и через второй обводной блок, посредством строповочного болта соединен с приводом гидроструйной бурильной машины.
Для достижения указанного технического результата целесообразно, чтобы оснастка для монтажа установки на очищаемом выпарном аппарате и фиксации вертикальной стойки была выполнена в виде опорной плиты, оснащенной крепежными отверстиями для установки на торец очищаемого выпарного аппарата и опоры со стопорным винтом для фиксации в рабочем положении вертикальной стойки с возможностью ее поворота вокруг вертикальной оси, причем для обеспечения устойчивости опора снабжена горизонтальной опорой, а для перемещения установки в сборе - роликовой опорой.
Для обеспечения устойчивости установки при максимальном выдвижении поворотной телескопической горизонтальной планки целесообразно снабдить установку дополнительной вертикальной стойкой, при этом верхний конец дополнительной вертикальной стойки закреплен подвижно к горизонтальной планке с помощью кронштейна с возможностью перемещения вдоль горизонтальной оси, а нижний конец дополнительной вертикальной стойки оснащен опорным элементом и опирается на торец обрабатываемых труб очищаемого выпарного аппарата.
Желательно, чтобы гидроструйная бурильная машина была выполнена в виде привода, гидросъемника, бурового става со штангой, рукава подвода воды высокого давления, связанного с гидросъемником через отверстие на его корпусе, и гидроструйной бурильной головки, жестко установленной на одном конце штанги бурового става, при этом другой конец штанги бурового става разъемно соединен с хвостовой частью выходного вала гидросъемника, которая в свою очередь посредством стопорного болта соединена с выходным валом привода гидроструйной бурильной машины.
Рекомендуется выполнять штангу бурового става в виде бесшовной трубы с приваренными на концах соединительными элементами с внешней резьбой, предназначенной для завинчивания в выходной вал гидросъемника или завинчивания в наращиваемую штангу, и внутренней резьбой, предназначенной для навинчивания на гидроструйную бурильную головку или навинчивания на наращиваемую штангу или навинчивания в наращиваемую штангу.
Кроме того, не менее предпочтительно, чтобы гидроструйная бурильная головка была выполнена в виде корпуса, в котором предусмотрены каналы для подвода воды к струеформирующим насадкам, на торцевой части корпуса приварены режущие элементы из твердого сплава, для предотвращения контакта которых со стенками прочищаемой трубки выпарного аппарата на корпусе установлен с возможностью вращения люнет, имеющий окна для прохождения отработанной воды и разрушенного материала, при этом от осевого перемещения люнет фиксируется пружинным кольцом; струеформирующие насадки выполнены в виде цилиндров с осевыми каналами заданного диаметра для прохода и формирования струи воды и наружной резьбой для закручивания в корпус; а струеформирующие насадки расположены на корпусе перпендикулярно оси бурового става в сторону стенок очищаемой трубки и под углом к оси бурового става в сторону разрушаемого твердого отложения.
Для поставленного технического результата допускается, чтобы выходной вал гидросъемника удерживался пружинными кольцами, установленными в проточках, выполненных на внутренней поверхности корпуса гидросъемника, а штанга бурового става была выполнена с возможностью наращивания ее длины с обеих сторон, при этом наружный диаметр штанги составляет от 80% до 90% внутреннего диаметра очищаемой трубки.
Для поставленного технического результата желательно, чтобы гидросъемник гидроструйной бурильной машины был выполнен в виде корпуса, в котором установлен выходной вал с осевым каналом подвода воды высокого давления к буровому ставу, при этом выходной вал установлен с возможностью вращения в центрирующих гайках, закрученных в корпусе и зафиксированых стопорными винтами, и бронзовых втулках скольжения, а для подачи воды в корпусе предусмотрен радиальный канал, имеющий с одной стороны заглушку, а с другой стороны - посадочное место для крепления рукава подвода воды высокого давления; полость между неподвижным корпусом и вращающимся валом загерметизирована полимерными шевронными уплотнительными элементами, собранными в пакет из уплотнений различной жесткости и поджатыми втулкой.
Для повышения удобства эксплуатации установки целесообразно на вертикальной стойке предусмотреть магазин для буровых штанг.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - изображена в сборе установка для очистки внутренней поверхности длинных трубок малого диаметра в стационарных вертикально установленных выпарных аппаратах от твердых отложений; на фиг. 2 - изображен в сборе гидросъемник; на фиг. 3 - буровая штанга; на фиг. 4 - гидроструйная бурильная головка; на фиг. 5 - вид А фиг. 4.
Установка для очистки внутренней поверхности трубок выпарного аппарата от твердых отложений (фиг. 1) содержит гидроструйную бурильную машину, вертикальную стойку 1 с направляющим кронштейном 2 на верхнем конце и возможностью поворота вокруг вертикальной оси, телескопическую горизонтальную планку 3 для перемещения гидроструйной бурильной машины вдоль горизонтальной оси, закрепленную одним концом на направляющем кронштейне 2 вертикальной стойки 1, узел вывешивания и перемещения гидроструйной бурильной машины вдоль вертикальной оси, и оснастку для монтажа установки на очищаемом выпарном аппарате и фиксации вертикальной стойки 1.
На телескопической горизонтальной планке 3 предусмотрен балансир-компенсатор веса гидроструйной бурильной машины 4 с выходным крюком 5 для закрепления одного конца троса 6.
Направляющий кронштейн 2 закреплен на вертикальной стойке 1 с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и снабжен стопорным винтом 7 для фиксации горизонтальной планки 3 в рабочем положении, т.е. винт 7 фиксирует телескопическую планку "саму в себе" от дальнейшего изменения длины.
Гидроструйная бурильная машина (фиг. 1) состоит из привода 8 с выходным валом 40, гидросъемника 9 с выходным валом 27, бурового става со штангой 11, рукава подвода воды высокого давления 10, связанного с гидросъемником через отверстие 33 на его корпусе, гидроструйной бурильной головки 12, жестко установленной на одном конце штанги бурового става, при этом другой конец штанги бурового става разъемно соединен с хвостовой частью выходного вала 27 гидросъемника 9, а другая хвостовая часть выходного вала гидросъемника посредством стопорного болта 39 соединена с выходным валом 40 привода 8 гидроструйной бурильной машины.
От осевого перемещения в процессе работы выходной вал 27 в корпусе гидросъемника 26 удерживается пружинными кольцами 44, установленными в проточках 45.
Штанга 11 выполнена с возможностью наращивания ее длины с обеих сторон. Наружный диаметр штанги составляет от 80% до 90% внутреннего диаметра очищаемой трубки. Данное соотношение диаметров обусловлено необходимостью защиты тонкой стенки очищаемой трубки от механического воздействия гидроструйной бурильной головки. Оставшийся на стенке слой твердого отложения и исполняет роль защиты. В свою очередь этот слой разрушается высоконапорными струями, вырывающимися из струеформирующих устройств, установленных на бурильной головке.
Узел вывешивания и перемещения вдоль вертикальной оси гидроструйной бурильной машины, выполнен в виде двух обводных блоков 13 и 14, один из которых (13) расположен на направляющем кронштейне 2 вертикальной стойки 1, а второй (14) на свободном конце телескопической горизонтальной планки 3 таким образом, что ось обводного блока 14 совпадала с осью прочищаемой трубки выпарного аппарата, при этом обводные блоки выполнены в виде тел качения с проточкой под трос 6, один конец которого (троса) закреплен за выходной крюк 5, расположенный на балансире-компенсаторе веса гидроструйной бурильной машины 4, а другой, после прохождения троса через обводной блок 13, вдоль телескопической горизонтальной планки 3 и через обводной блок 14, посредством строповочного болта бурильной машины 15 соединен с приводом 8 гидроструйной бурильной машины, на выходном валу которого посредством стопорного винта 16 установлен гидросъемник 9 с буровым ставом. Гидросъемник посредством рукава подвода воды высокого давления 10 подключен к водяному насосу (на фиг. не показано).
Оснастка для монтажа установки на очищаемом выпарном аппарате и установки вертикальной стойки 1 выполнена в виде опорной плиты 17, например, в виде металлической пластины, оснащенной крепежными отверстиями для установки на торец очищаемого выпарного аппарата и опоры 18 со стопорным винтом 19 для установки и фиксации в рабочем положении вертикальной стойки 1 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Для обеспечения устойчивости опора 18 снабжена горизонтальной опорой 24, а для перемещения установки в сборе - роликовой опорой 25.
На вертикальной стойке 1 предусмотрен магазин для буровых штанг 20.
Установка снабжена дополнительной вертикальной стойкой 21 для обеспечения устойчивости конструкции при максимально выдвижении поворотной телескопической горизонтальной планки 3. Верхний конец дополнительной вертикальной стойки закреплен подвижно к горизонтальной планке 3 с помощью кронштейна 22 с возможностью перемещения вдоль горизонтальной оси, а нижний конец дополнительной вертикальной стойки оснащен опорным элементом (подпятником) 23 и опирается на торец обрабатываемых труб очищаемого выпарного аппарата. Для обеспечения устойчивости опора 18 снабжена горизонтальной опорой 24, а для перемещения установки в сборе - роликовой опорой 25.
Гидросъемник (фиг. 2) выполнен в виде корпуса 26, в котором установлен выходной вал 27 с осевым каналом 28 подвода воды высокого давления к буровому ставу. Выходной вал установлен с возможностью вращения в центрирующих гайках 29 и бронзовых втулках скольжения 30. Для подачи воды в корпусе предусмотрен радиальный канал 31, имеющий с одной стороны заглушку 32, а с другой стороны - посадочное место 33 для крепления рукава подвода воды высокого давления 10. Полость между неподвижным корпусом 26 и вращающимся валом 27 загерметизирована полимерными шевронными уплотнительными элементами, собранными в пакет из уплотнений различной жесткости (мягкое 34-твердое 35-мягкое 34), поджатый втулкой 36. Центрирующие гайки 29 закручены в корпус 26 и зафиксированы стопорными винтами 37.
Штанга бурового става (фиг. 3) представляет собой бесшовную трубу 46 с приваренными на концах соединительными элементами с внешней резьбой 47, предназначенной для завинчивания в выходной вал 27 гидросъемника или завинчивания в наращиваемую штангу или завинчивания на наращиваемую штангу, и внутренней резьбой 48, предназначенной для навинчивания на гидроструйную бурильную головку 12 или навинчивания на наращиваемую штангу или навинчивания в наращиваемую штангу. В процессе работы установки штанги могут наращиваться до количества, соответствующего длине прочищаемой трубки выпарного аппарата.
Гидроструйная бурильная головка (фиг. 4) состоит из корпуса 49, в котором выполнены каналы для подвода воды к струеформирующим насадкам 50. На торцевой части корпуса приварены режущие элементы 51 из твердого сплава. Для предотвращения контакта режущих элементов вращающейся гидроструйной бурильной головки со стенками прочищаемой трубки выпарного аппарата на корпусе 49 установлен с возможностью вращения люнет (центрирующая втулка) 52, имеющий окна 53 для прохождения отработанной воды и разрушенного материала. От осевого перемещения люнет 52 фиксируется пружинным кольцом 54. Струеформирующие насадки выполнены в виде цилиндров 55 с осевыми каналами 56 заданного диаметра для прохода и формирования струи воды и наружной резьбой 57 для закручивания в корпус 49, при этом струеформирующие насадки расположены на корпусе перпендикулярно оси бурового става в сторону стенок очищаемой трубки и под углом к оси бурового става в сторону разрушаемого твердого отложения.
Устройство для очистки внутренней поверхности длинных трубок малого диаметра в стационарных вертикально установленных выпарных аппаратах от твердых отложений работает следующим образом.
Предварительно на фланце выпарного аппарата устанавливают опорную плиту 17. Затем осуществляют сборку установки, для чего в опору 18 на опорной плите 17 устанавливают вертикальную стойку 1. На вертикальной стойке 1 размещают направляющий кронштейн 2 с подвижной телескопической горизонтальной планкой 3, оснащенной обводными блоками 13 и 14. На вертикальной стойке 1 устанавливают балансир веса 4 - компенсатор веса бурильной машины, а трос 6 прокладывают через обводные блоки 13 и 14. Для обеспечения устойчивости на подвижной телескопическую горизонтальную планку 3 крепят дополнительную вертикальную стойку 21. На трос 6 балансира 4 крепят привод 8 гидроструйной бурильной машины с гидросъемником 9 и грузоподъемность балансира 4 регулируют на компенсацию веса гидроструйной бурильной машины. Гидросьемник 9 гидроструйной бурильной машины посредством рукава подвода воды высокого давления 10 подключают к водяному насосу. На выходном валу 27 гидросъемника 9 закрепляют штангу 11 с гидроструйной бурильной головкой 12, а в магазине 20 на вертикальной стойке 1 размещают штанги в количестве, соответствующем длине трубок выпарного аппарата. Установку выставляют так, чтобы вертикальная ось гидросъемника с буровым ставом была продолжением продольной оси очищаемой трубки, и фиксируют стопорными винтами 7 и 19. Далее, оператор вручную включает привод 8 и осуществляет подачу гидроструйной бурильной машины вдоль оси очищаемой трубки. При этом режущие элементы 51 гидроструйной бурильной головки 12 при ее вращении и поступательном движении вниз вдоль продольной оси очищаемой трубки, срезают твердые отложения с внутренней поверхности этой трубки, и образуется цилиндрическое осевое отверстие в твердых отложениях диаметром 80-90% от внутреннего диаметра трубки. Оставшаяся часть отложений отбивают от стенок трубки струями воды, которые вырываются из струеформирующих насадок 56 гидроструйной бурильной головки, направленных перпендикулярно оси бурового става в сторону стенок трубки, при этом фрагменты разрушенных твердых отложений удаляются из трубки потоком воды, поступающим из струеформирующих насадок гидроструйной бурильной головки, расположенных под углом к оси бурового става в сторону разрушаемого твердого отложения и из струеформирующих насадок гидроструйной бурильной головки, направленных перпендикулярно оси бурового става в сторону стенок трубки. По мере разрушения и удаления твердых отложений из очищаемой трубки освобождается пространство для дальнейшего проникновения бурового става внутрь очищаемой трубки. В случае если не хватает длины штанги 11 устройства для очистки трубки на всю ее длину, то увеличивают длину бурового става. Для этого, хвостовой конец 47 штанги 11 отсоединяют от выходного конца вала 38 гидросъемника 9, поднимают привод 8 с гидросъемником 9 на необходимую высоту и наращивают штангу 11 дополнительной штангой посредством накручивания нижнего резьбового конца 48 наращивающей штанги на хвостовой конец 47, наращиваемой штанги. Верхний конец 47 установленной штанги приворачивают к выходному концу вала 38 гидросъемника 9 и продолжают очистку внутренней поверхности трубки выпарного аппарата.