УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки наружных теплообменных поверхностей и может быть использовано для очистки труб теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла газов и жидкостей.
Известен теплообменник, содержащий корпус с коаксиальными цилиндрами внутри, образующими внешнюю и внутреннюю кольцевые камеры, в последней из которых размещен ротор с закрепленными на нем ножами, при этом ротор выполнен в виде колец, размещенных по торцам цилиндров и соединенных осевыми шпильками, на которых закреплены траверсы, и ножи присоединены к одному из концов траверсы жестко, а к другому - шарнирно (патент РФ №615347 F28D 11/02, F28G 1/08, 1978).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации теплообменника с описанным устройством для очистки теплообменных поверхностей.
Известно устройство для очистки наружной поверхности труб, содержащее наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода теплоносителей, размещенный в жидкой рабочей среде полый корпус, выполненный с возможностью вращения, и очистные элементы со средством их прижима к очищаемой поверхности, причем средство прижима очистных элементов выполнено в виде плавающих втулок, установленных в выполненных в корпусе радиальных пазах с возможностью радиального перемещения (авт. св. СССР №1389892, B08B 9/02, 1988).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации устройства, связанные с трудностями монтажа и демонтажа очистных элементов с плавающими втулками.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство для очистки наружной поверхности внутренней трубы теплообменника с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды на наружной трубе, установленными тангенциально к ее боковой поверхности, содержащее очистные элементы с положительной плавучестью, размещенные в межтрубном пространстве, при этом очистные элементы выполнены в виде цилиндрических поплавков с осесимметричным отверстием, закрепленных через это отверстие на гибком упругом стержне с длиной, равной длине внутренней трубы, а на боковой поверхности каждого поплавка закреплены абразивные элементы в виде щеток (патент на полезную модель №128840, B08B 9/023, 2013).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации, связанные со специальной конструкцией поплавков, на которых необходимо закреплять абразивные элементы в виде щеток.
Техническим результатом предлагаемого устройства для очистки наружной поверхности труб является расширение возможностей использования и эксплуатации за счет возможности регулирования качества очистки поверхности от загрязнений путем изменения режимов работы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки наружной поверхности внутренней трубы теплообменника с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды на наружной трубе, установленными тангенциально к ее боковой поверхности, содержащем размещенные в межтрубном пространстве очистные элементы с осесимметричным отверстием, закрепленные через это отверстие на гибком упругом элементе с длиной, равной длине внутренней трубы, при этом гибкий упругий элемент выполнен в виде полой герметичной трубки из резины или полимера с клапаном на одном из торцов.
Причем очистные элементы выполнены в виде абразивных колец или кругов.
Выполнение гибкого упруг ого элемента в виде полой герметичной трубки из резины или полимера с клапаном на одном из торцов позволяет в незаполненном воздухом состоянии свободно устанавливать на нее друг за другом очистные элементы (например, абразивные кольца или круги), и устанавливать полую трубку с установленными на ней очистными элементами в межтрубное пространство через патрубок.
Для перевода предлагаемого устройства в рабочее состояние достаточно полую трубку с очистными элементами, установленную в межтрубном пространстве вдоль очищаемой наружной поверхности внутренней трубы, через клапан заполнить воздухом для придания всему устройству положительной плавучести.
Изменение объема воздуха, которым заполняют полую герметичную трубку, позволяет изменять силу прижатия очистных элементов к очищаемой поверхности, а значит скорость и качество очистки очищаемой поверхности от загрязнений в зависимости от их толщины и вида, что расширяет возможности использования и эксплуатации.
Демонтаж заявляемого устройства также несложен и осуществляется в обратном порядке: через клапан выпускают из полой герметичной трубки воздух и вынимают ее вместе с очистными элементами через патрубок.
Использование абразивных колец или кругов в качестве очистных элементов позволяет специально не изготавливать цилиндрические поплавки и не закреплять на каждом из них абразивные элементы в виде щеток. Это могут быть малые по размеру стандартные абразивные кольца или уже отработанные абразивные круги точильных станков, что позволяет регулировать качество очистки загрязненных поверхностей путем установки абразивных колец или кругов с необходимыми характеристиками, а значит и расширить возможности использования и эксплуатации предлагаемого устройства для очистки наружных теплообменных поверхностей.
Таким образом, выполнение гибкого упругого элемента в виде полой герметичной трубки из резины или полимера с клапаном на одном из торцов для заполнения воздухом и использование в качестве очистных элементов абразивных колец или кругов позволяет расширить возможности использования и эксплуатации предлагаемого устройства для очистки наружной поверхности внутренней трубы в теплообменнике типа «труба в трубе» за счет несложных технологических операций монтажа и демонтажа узлов и деталей, из которых состоит предлагаемое устройство, а также простого регулирования силы прижатия очистных элементов к очищаемой поверхности, а значит и качества очистки поверхности.
На фиг. 1 показан теплообменник с предлагаемым устройством для очистки наружной поверхности внутренней трубы, общий вид; на фиг. 2 - полая трубка с клапаном и очистными элементами.
Теплообменник состоит из наружной трубы 1 и внутренней трубы 2. На входе наружной трубы 1 установлен тангенциально к ее поверхности патрубок 3, а на выходе также тангенциально установлен патрубок 4. На входе внутренней трубы 2 установлен патрубок 5, а на выходе - патрубок 6. В межтрубном пространстве установлена полая герметичная трубка 7, длина которой равна длине внутренней трубы 2. Полая герметичная трубка 7 может быть выполнена из резины или полимера и представляет собой, например, отрезок шланга, герметично закрытый с торцов, с клапаном 8 на одном из этих торцов. На всей длине полой герметичной трубки 7 установлены очистные элементы 9. На краях полой герметичной трубки 7 закреплены ограничительные шайбы 10.
Устройство для очистки наружной поверхности труб работает следующим образом.
На незаполненную воздухом полую герметичную трубку 7 устанавливают очистные элементы 9 и закрепляют на краях полой герметичной трубки 7 ограничительные шайбы 10. Через патрубок 3 свободный конец незаполненной воздухом полой герметичной трубки 7 с установленными на нее очистными элементами 9 продвигают в межтрубное пространство наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 до тех пор, пока полая герметичная трубка 7 с очистными элементами 9 не займет положение в межтрубном пространстве, соответствующее ему на фиг. 1, и заполняют ее воздухом через клапан 8.
В межтрубное пространство труб 1 и 2 подают жидкую рабочую среду по патрубку 3, а отводят по патрубку 4. Так как патрубки 3 и 4 установлены к боковой поверхности наружной трубы 1 тангенциально, то рабочая среда движется от патрубка 3 к патрубку 4 вдоль оси труб 1 и 2 с вращением. Под действием центробежной силы заполненная воздухом полая герметичная трубка 7 с очистными элементами 9, обладая положительной плавучестью, прижимается к наружной поверхности внутренней трубы 2, а очистные элементы 9 удаляют при трении с наружной поверхности внутренней трубы 2 ржавчину, накипь, солевой камень, продукты деструкции и другие отложения, которые потоком рабочей жидкости выносятся в патрубок 4. Так как очистные элементы 9 установлены на всей длине полой герметичной трубки 7, а ее длина равна длине наружной поверхности внутренней трубы 2, то удаление отложений происходит одновременно на всей наружной поверхности внутренней трубы 2.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства для очистки наружной поверхности труб позволяет обеспечивать положительную плавучесть полой герметичной трубки 7 с очистными элементами 9 в центробежном поле и работоспособность устройства за счет прижатия очистных элементов 9 к очищаемой поверхности.
Пример.
в
н
Для очистки наружной поверхности внутренней трубы 2 длинной l=3 м теплообменника типа «труба в трубе» с наружным диаметром внутренней трубы 2 D=80 мм и внутренним диаметром наружной трубы 1 D=140 мм, то есть с кольцевым зазором
Т
Т
выбирают полую герметичную трубку 7 из резины с наружным диаметром d=20 мм и длинной l=3 м, равной длине внутренней трубы 2. Масса резиновой полой герметичной трубки 7 при толщине δ=1 мм и плотности резины ρ=1,01 г/см составит
Т
Т
Т
m=ρ·π·d·δ·l=1,01·3,14·2·0,1·300=190,2 г.
н
Выбирают очистные элементы 9 в виде абразивных колец с внутренним диаметром отверстия, равным наружному диаметру полой герметичной трубки 7 d=20 мм, и наружным диаметром d=24 мм, тогда объем абразивного кольца составляет при толщине b=20 мм
a
a
3
масса при плотности ρ=2,5 г/см
a
a
a
m=ρ·V=2,5·2,76=6,9 г.
Т
Число абразивных колец на длине l=3 м
Общая масса всего устройства с абразивными кольцами, полой герметичной трубкой 7 и клапаном 8
a
a
Т
к
M=n·m+m+m=150·6,9+190,2+7,3=1232,5 г,
к
где m - масса клапана 8, которая составляет 7,3 г.
Объем полой герметичной трубки 7
Объем всех абразивных колец
a
a
3
V=n·V=150·2,76=414 см.
Общий объем полой герметичной трубки 7 с абразивными кольцами
o
T
3
V=V+V=942+414=1356 см.
Выталкивающая сила Архимеда в поле сил тяжести
g
в
o
A=ρ·V·g=1·1356·9,81=13,3 H=1,36 кг.
Вес всего устройства
G=M·g=1232,5·9,81=1,23 кг.
g
Таким образом, в поле сил тяжести сила Архимеда A=1,36 кг больше веса предлагаемого устройства для очистки наружной поверхности труб, то есть оно обладает положительной плавучестью. Центробежная сила, прижимающая абразивные кольца к очищаемой наружной поверхности внутренней трубы 2, будет равна при скорости вращения ω=20 рад/с:
то есть во вращающейся рабочей жидкости центробежная сила, прижимающая абразивные кольца к очищаемой наружной поверхности внутренней трубы 2, будет в 2 раза больше силы тяжести, что обеспечивает непрерывное взаимодействие поверхности абразивных колец с очищаемой поверхностью. Для увеличения или уменьшения этой силы прижатия абразивных колец к очищаемой поверхности можно увеличивать или уменьшать степень заполнения полой герметичной трубки 7 воздухом или регулировать число абразивных колец, установленных на полой герметичной трубке 7, или взять абразивные кольца с меньшей массой.
Устройство для очистки наружной поверхности труб несложно по конструкции и в изготовлении, так как предполагает использование недефицитных простых и дешевых материалов: резиновых или полимерных шлангов или труб, клапанов для велосипедных или автомобильных колес, стандартных абразивных колец малого диаметра или отработанных абразивных колец станков для заточки инструментов. Оно несложно и в эксплуатации, так как состоит из обычных технологических операций.