Шарикоулавливающее устройство системы шариковой очистки трубок теплообменника и шарикозадерживающая решетка для него
BALL CATCHING DEVICE OF HEAT EXCHANGER TUBES BALL CLEANING SYSTEM AND BALL-RETAINING GRATE FOR IT

Область техники
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменников, в частности, конденсаторов паровых турбин.
Уровень техники
Из всех параметров, определяющих в условиях эксплуатации экономичность паротурбинной установки, наибольшее влияние оказывает давление отработавшего пара. Оно зависит от внешних условий - температуры охлаждающей воды, режима работы конденсационной установки и в значительной степени от чистоты поверхности охлаждения конденсатора. Загрязнение конденсаторных трубок с водяной стороны определяется качеством охлаждающей воды -содержанием в ней различных химических веществ и взвешенных частиц. Электростанции вынуждены проводить периодические очистки трубных систем конденсаторов. В определенном диапазоне изменения давления отработавшего пара зависимость изменения мощности от давления в конденсаторе при заданном расходе пара имеет прямолинейный характер. Например, для турбин с начальным давлением пара 13-24 МПа и перегревом пара изменение мощности при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа составляет примерно 0,8÷0,9% от номинальной мощности. Наиболее полно решает задачу поддержания конденсатора в чистом состоянии применение эластичных шариков из пористой резины, циркулирующих по замкнутому контуру через конденсаторные трубки, предотвращая отложение на стенках трубок практически любых веществ (стр. 3, 7 Методические указания по наладке и эксплуатации систем шариковой очистки конденсаторов паровых турбин, РД 34.30.403-93, Служба передового опыта ОРГРЭС 1994 Москва ([1])).
Из предшествующего уровня техники известна выбранная в качестве прототипа 1-го объекта патентуемого изобретения шарикозадерживающая решетка для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, выполненная в виде прикрепленной к внутренней поверхности корпуса жесткой рамы с поперечными пластинчатыми ригелями и продольными пластинчатыми стойками, между которыми установлены шарикозадерживающие пластины, причем в каждой стойке рамы и в каждой шарикозадерживающей пластине по их длине предусмотрены по меньшей мере два отверстия, каждое из которых совмещено по уровню его расположения с соответствующим отверстием соседней стойки или шарикозадерживающей пластины, и через совмещенные отверстия одного уровня всех стоек рамы и шарикозадерживающих пластин пропущены крепежные стержни, а между соседними шарикозадерживающими пластинами, а также между стойками рамы и расположенными рядом с ними шарикозадерживающими пластинами установлены дистанционирующие втулки (патент RU 95815 U1, опубл. 10.07.2010 (далее - [2])).
Из предшествующего уровня техники известно выбранное в качестве прототипа 2-го объекта патентуемого изобретения шарикоулавливающее устройство для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, содержащее установленный в рассечку на сливном трубопроводе соосно с ним цилиндрический корпус с размещенными в последнем симметрично относительно его оси двумя шарикозадерживающими плоскими решетками, сходящимися в направлении водяного потока с образованием выходной щели, и примыкающий к указанной щели по меньшей мере один соединенный с трубопроводом отсоса шариков выводной короб с перфорированными боковыми стенками, параллельными друг другу и оси корпуса, а также установленный перед выходной щелью двухскатный козырек со стыковым ребром, обращенным навстречу водяному потоку, и с прикрепленной внутри козырька в его биссектральной плоскости к стыковому ребру по всей его длине стабилизирующей пластиной, отличающееся тем, что угол а между шарикозадерживающими решетками составляет α=50÷60°, а угол β между скатами козырька составляет β=70-110° ([2]).
К недостаткам известных из [2] шарикозадерживающей решетки и шарикоулавливающего устройства для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, относятся:
- недостаточно большая площадь поверхности шарикозадерживающей решетки из-за того что указанная решетка состоит из двух плоских решеток, сходящихся в направлении водяного потока с образованием выходной щели, что также приводит к увеличению гидравлического сопротивления шарикоулавливающего устройства потоку жидкости с очищающими шариками, поступающей из напорного трубопровода;
- образование скопления очищающих шариков на одной из плоских решеток при циркуляции потока жидкости с очищающими шариками через шарикоулавливающее устройство, в том случае, когда оно установлено на горизонтальном трубопроводе, за счет действия гравитационных сил на указанные шарики;
- сложность обеспечения правильного позиционирования и крепления с исключением зазоров шарикозадерживающей решетки внутри трубопровода шарикоулавливающего устройства при его сборке.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлена патентуемая группа изобретений, является повышение эффективности использования шарикоулавливающего устройства, а техническими результатами - увеличение площади поверхности шарикозадерживающей решетки; снижение гидравлического сопротивления шарикоулавливающего устройства; исключение образования скопления очищающих шариков на поверхности шарикозадерживающей решетки при циркуляции потока жидкости с очищающими шариками через шарикоулавливающее устройство, установленное на горизонтальном трубопроводе; и снижение сложности обеспечения правильного позиционирования с исключением зазоров шарикозадерживающей решетки внутри трубопровода шарикоулавливающего устройства при его сборке.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов применительно к 1-му объекту патентуемого изобретения, заключается в том, что шарикозадерживающая решетка для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, выполнена в виде полого усеченного наклонного конуса, угол между осью и плоскостью большого основания которого составляет 70÷80° и малое основание которого соединено с отводом. При этом в боковой стенке вышеуказанного конуса имеются сквозные продолговатые отверстия, оси симметрий которых перпендикулярны плоскости его большого основания.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов применительно к 2-му объекту патентуемой группы изобретений, обеспечивается тем, что шарикоулавливающее устройство для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, содержит соединенные между собой с помощью фланцев входной и выходной трубопроводы, внутри которых установлена вышеуказанная шарикозадерживающая решетка 1-го объекта патентуемого изобретения дополнительно снабженная плоским кольцом, соединенным с большим основанием полого конуса, таким образом, что указанное плоское кольцо зажато между вышеуказанными фланцами входного и выходного трубопроводов, а отвод выходит через отверстие в боковой стенке выходного трубопровода.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков вышеуказанных патентуемых объектов группы изобретений и достигаемыми техническими результатами заключается в том, что:
- выполнение шарикозадерживающей решетки в виде полого усеченного конуса, малое основание которого соединено с отводом, обеспечивает увеличение площади поверхности шарикозадерживающей решетки и снижает гидравлическое сопротивление шарикоулавливающего устройства;
- наличие сквозных продолговатых отверстий, оси симметрий которых перпендикулярны плоскости его большого основания в боковой стенке полого конуса шарикозадерживающей решетки, снижает гидравлическое сопротивление шарикозадерживающего устройства за счет того, что при установке шарикоулавливающей решетки между фланцами входного и выходного трубопроводов шарикоулавливающего устройства таким образом, чтобы большое основание вышеуказанного конуса было перпендикулярно оси симметрии указанных трубопроводов, оси вышеуказанных отверстий совпадают с направлением потока жидкости с очищающими шариками, циркулирующего через указанные трубопроводы;
- выполнение шарикозадерживающей решетки в виде полого усеченного наклонного конуса, угол между осью и плоскостью большого основания которого составляет 70÷80° обеспечивает исключение образования скопления очищающих шариков на поверхности шарикозадерживающей решетки при циркуляции потока жидкости с очищающими шариками через шарикоулавливающее устройство, установленное на горизонтальном трубопроводе, за счет возможности установки шарикозадерживающей решетки в горизонтальных трубопроводах шарикоулавливающего устройства таким образом, чтобы угол между горизонтом и осью вышеуказанного конуса совпадал с углом между осью и плоскостью большого основания конуса, составляющим 70÷80°;
- выполнение шарикозадерживающей решетки в виде полого усеченного конуса также обеспечивает снижение сложности обеспечения правильного позиционирования с исключением зазоров шарикозадерживающей решетки внутри входного и выходного трубопроводов шарикоулавливающего устройства при его сборке за счет того, что диаметр большого основания вышеуказанного конуса совпадает с внутренним диаметром указанных трубопроводов;
- наличие плоского кольца, соединенного с большим основанием полого конуса шарикозадерживающей решетки, установленной внутри входного и выходного трубопроводов шарикоулавливающего устройства таким образом, что указанное плоское кольцо зажато между фланцами двух вышеуказанных трубопроводов, а отвод выходит через отверстие в боковой стенке выходного трубопровода, обеспечивает снижение сложности обеспечения правильного позиционирования с исключением зазоров шарикозадерживающей решетки внутри вышеуказанных трубопроводов шарикоулавливающего устройства при его сборке.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы шариковой очистки трубок теплообменника. На фиг. 2 представлен вид продольного сечения шарикоулавливающего устройства для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубопроводов. На фиг. 3 представлена внутренняя сторона развертки полого усеченного наклонного конуса со сквозными продолговатыми отверстиями. На фиг. 4 представлен вид А сквозного продолговатого отверстия полого усеченного конуса. На фиг. 5 представлен вид сквозного продолговатого отверстия полого усеченного наклонного конуса в сечении Б-Б.
Перечень позиций чертежей
1 - теплообменник;
2 - трубки теплообменника;
3 - напорный трубопровод;
4 - сливной трубопровод;
5 - загрузочная камера;
6 - осевой фильтр;
7 - входной трубопровод загрузочной камеры;
8 - выходной трубопровод загрузочной камеры;
9 - входной трубопровод шарикоулавливающего устройства;
10 - выходной трубопровод шарикоулавливающего устройства;
11 - отвод;
12 - очищающий шарик;
13 - полый усеченный наклонный конус;
14, 15, 16, 17, 18, 19 - фланцы;
20 - трубопровод для ввода очищающих шариков;
21, 22, 23, 24 - запорные арматуры;
25 - трубопровод для слива очищающих шариков;
26 - сквозное продолговатое отверстие;
27 - плоское кольцо;
28 - кольцевое уплотнение.
Осуществление изобретения
Ниже представлены частные примеры конструкций и эксплуатации шарикозадерживающей решетки и шарикоулавливающего устройства.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы шариковой очистки выполненного из стали 20 ГОСТ 1050-2013 трубчатого теплообменника 1, оборудованного напорным трубопроводом 3 с установленным на нем осевым фильтром 6 и сливным трубопроводом 4, представляющими собой цилиндрические трубопроводы из стали 20 ГОСТ 1050-2013, через которые обеспечивается циркуляция охлаждающей воды в трубках 2 теплообменника 1.
Загрузочная камера 5, выполненная из стали 20 ГОСТ 1050-2013, в которую загружаются очищающие эластичные шарики из пористой резины, содержит: входной цилиндрический трубопровод 7, выполненный из стали 20 ГОСТ 1050-2013, с установленной на нем запорной арматурой 24; выходной цилиндрический трубопровод 8, выполненный из стали 20 ГОСТ 1050-2013, с установленной на нем запорной арматурой 22; цилиндрический трубопровод для ввода очищающих шариков 20, выполненный из стали 20 ГОСТ 1050-2013, с установленной на нем запорной арматурой 21; и цилиндрический трубопровод для слива очищающих шариков 25, выполненный из стали 20 ГОСТ 1050-2013, с установленной на нем запорной арматурой 23 (фиг. 1).
Выходной трубопровод загрузочной камеры 8, соединен с помощью сварки с отверстием в боковой стенке напорного трубопровода 3 теплообменника 1. На напорном трубопроводе 3 до места его соединения с выходным трубопроводом 8 загрузочной камеры 5 установлен осевой фильтр 6, предназначенный для механической очистки охлаждающей воды, перекачиваемой насосом (на фиг. не показан) через трубопровод 3 (фиг. 1).
Шарикозадерживающая решетка выполнена из листа нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т в виде полого усеченного наклонного конуса 13, угол между осью и плоскостью большого основания которого α=75° и малое основание которого соединено с отводом 11, представляющим собой цилиндрическую трубу с изгибом из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (фиг.1, 2). К большому основанию полого усеченного наклонного конуса 13 приварено встык плоское кольцо 27 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. При этом в стенке полого усеченного наклонного конуса 13 имеются сквозные продолговатые отверстия 26, которые занимают две трети от площади поверхности полого усеченного наклонного конуса 13 и ширина D которых меньше диаметра очищающего шарика 12 в два раза, а длина L равна трем диаметрам очищающего шарика 12 (на фиг. 2 показаны только два отверстия). Причем оси указанных отверстий 26 перпендикулярны плоскости большого основания полого усеченного наклонного конуса 13 (фиг. 2, 3, 4, 5).
Шарикоулавливающее устройство содержит соединенные между собой с помощью фланцев 16, 17 и болтов и гаек (на фиг. не показаны) выполненные из стали 20 ГОСТ 1050-2013 входной и выходной цилиндрические трубопроводы 9 и 10 соответственно, внутри которых установлена шарикозадерживающая решетка, плоское кольцо 27 которой зажато между фланцами 16, 17 двух вышеуказанных трубопроводов 9, 10. Причем шарикозадерживающая решетка расположена во входном и выходном трубопроводах 9, 10 таким образом, чтобы угол между горизонтом и осью полого усеченного наклонного конуса 13 совпадал с углом между осью и плоскостью большого основания полого усеченного наклонного конуса 13, составляющим α=75°. Отвод 11, соединенный с малым основанием полого усеченного наклонного конуса 13 выходит через отверстие в боковой стенке выходного трубопровода 10 шарикоулавливающего устройства перпендикулярно его оси симметрии. При этом в кольцевых выемках между фланцами 16, 17 входного и выходного трубопроводов 9, 10 шарикоулавливающего устройства установлено кольцевое резиновое уплотнение 28, обеспечивающее его герметичность (фиг. 2).
Шарикоулавливающее устройство установлено на горизонтальной части сливного трубопровода 4 теплообменника 1 с помощью фланцев 14, 15, 18, 19 и болтов и гаек (на фиг. не показаны) таким образом, чтобы циркулирующая охлаждающая вода с очищающими шариками 12, выходящая из трубок теплообменника 2 поступала через сливной трубопровод 4 во входной трубопровод 9 шарикоулавливающего устройства. При этом отвод шарикоулавливающего устройства 11 соединен с входным трубопроводом 7 загрузочной камеры 5 (фиг. 1).
Шарикоулавливающее устройство используется следующим образом.
Охлаждающая вода, перекачиваемая насосом (на фиг. не показан), циркулирует последовательно через напорный трубопровод 3, трубки 2 теплообменника 1, и сливной трубопровод 4.
Работа системы шариковой очистки осуществляется следующим образом.
Запорная арматура 21 на трубопроводе 20 для ввода очищающих шариков 12 загрузочной камеры 5 переводится в положение открыто и производится загрузка очищающих шариков 12 в загрузочную камеру 5. После чего запорная арматура 21 переводится в положение закрыто и установленные на входном и выходном трубопроводах 7, 8 загрузочной камеры 5 запорные арматуры 22, 24 переводятся в положение открыто. Охлаждающая вода, поступающая через напорный трубопровод 3, после прохождения через осевой фильтр 6 смешивается с очищающими шариками 12 и вместе с ними проходит через трубки 2 теплообменника 1, обеспечивая очищение их внутренних поверхностей (фиг. 1).
Затем после выхода из трубок 2 теплообменника 1 охлаждающая вода через сливной трубопровод 4 попадает во входной трубопровод 9 шарикоулавливающего устройства. При прохождении охлаждающей воды через полый усеченный наклонный конус 13 шарикоулавливающей решетки, плоское кольцо 27 которой закреплено между входным и выходным трубопроводами 9, 10 шарикоулавливающего устройства, часть потока охлаждающей воды с очищающими шариками 12 выходит из малого основания полого усеченного наклонного конуса 13 и попадает через отвод 11 во входной трубопровод 7 загрузочной камеры 5, а другая часть охлаждающей воды без очищающих шариков 12 через сквозные продолговатые отверстия 26 в полом усеченном наклонном конусе 13 направляется на выход из сливного трубопровода 4 (фиг. 1, 2).
После завершения процесса очистки трубок 2 теплообменника 1 сначала переводится в положение закрыто установленная на выходном трубопроводе 8 загрузочной камеры 5 запорная арматура 22 и переводится в положение открыто запорная арматура 23, установленная на сливном трубопроводе 25 загрузочной камеры 5. Затем, после извлечения всех очищающих шариков 12 из трубок 2 теплообменника 1, а также из напорного и сливного трубопроводов 3, 4 через отвод 11 шарикоулавливающего устройства, запорная арматура 24, установленная на входном трубопроводе 7 загрузочной камеры 5, переводится в положение закрыто.
Промышленная применимость
Патентуемая группа изобретений отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области теплоэнергетики.