ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным устройствам для очистки наружных теплообменных поверхностей в теплообменных аппаратах типа «труба в трубе», рубашек химических реакторов, колонных аппаратов, котлов парогенераторов и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла газов и жидкостей.
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, В08В 9/02, 1988).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточное качество очистки поверхности труб от отложений из-за периодичности процесса работы очистных элементов, требующей после одного прохода очистных элементов вдоль очищаемой поверхности изменения направления рабочей среды, а также из-за небольшой центробежной силы, прижимающей очистные элементы к очищаемой поверхности при малом расходе рабочей среды.
Известен аппарат для очистки поверхностей нагрева, содержащий корпус, обдувочную трубу, установленную с возможностью вращательного и поступательного перемещения и расположенные по окружности трубы роликовые узлы, при этом оси роликов, охватывающих обдувочную трубу, помещены на основании, содержащем дополнительные ролики, взаимодействующие с кольцевой направляющей, связанной с корпусом, причем кольцевая опора выполнена подвижной относительно корпуса (описание изобретения к патенту РФ №2140618 F28G 1/16, F28G 3/16, 1999).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность очистки наружной поверхности нагрева, находящейся внутри рубашки, что требует предварительного удаления рубашки с очищаемой поверхности для обеспечения возможности движения каретки и обкатывания трубы роликами. Поэтому только обдувка обдувочной трубы рабочим агентом - паром не позволяет удалять все загрязнения с очищаемой наружной поверхности нагрева, что снижает качество ее очистки.
Известно устройство для очистки наружной поверхности труб, включающее наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды, при этом патрубки входа и выхода наружной трубы установлены тангенциально к ее боковой поверхности, и очистные элементы, закрепленные на стержне с положительной плавучестью, установленном вдоль наружной поверхности внутренней трубы с возможностью радиального перемещения вдоль направляющих полозьев, которые соединены с подшипниками, установленными по краям внутренней трубы, а в зоне патрубка входа наружной трубы с внешней стороны направляющих полозьев закреплена турбинка (патент на полезную модель РФ №117328, В08В 9/023, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточное качество очистки наружной поверхности внутренней трубы при малом расходе рабочей среды, вызывающем небольшую скорость вращения турбинки и значит малую центробежную силу прижатия очистных элементов к очищаемой наружной поверхности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является 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 (авт.св. СССР №615347 F28D 11/02, F28G 1/08, 1978).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточное качество очистки наружной поверхности корпуса, находящегося внутри рубашки с рабочей средой, из-за сложностей герметичной установки ротора с ножами и траверсами в кольцевом зазоре между стенками рубашки и корпуса, особенно когда этот кольцевой зазор небольшой по величине.
Техническим результатом предлагаемого теплообменного аппарата является повышение качества очистки наружных теплообменных поверхностей в теплообменных аппаратах типа «труба в трубе», рубашек химических реакторов, колонных аппаратов, котлов парогенераторов за счет непрерывного принудительного прижимания очистных элементов к очищаемой поверхности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с коаксиальным цилиндром внутри, образующий внутреннюю кольцевую камеру, в которой размещены ротор и очистные элементы, причем, что ротор выполнен в виде зубчатого колеса, взаимодействующего с шестеренкой, соединенной с приводом, и установленного в подшипнике, расположенном на коаксиальном цилиндре, а очистные элементы, установленные с одинаковым зазором относительно очищаемой поверхности, закреплены на криволинейном стержне, верхний торец которого жестко соединен со ступицей зубчатого колеса.
Установка на подшипнике зубчатого колеса с жестким прикреплением на его ступице верхнего торца, стержня обеспечивает сильное прижатие очистных элементов, находящихся на стрежне к очищаемой поверхности, а значит, позволяет полностью удалять образующиеся на ней загрязнения.
Кроме того, установка на подшипнике зубчатого колеса, взаимодействующего с шестерней, соединенной с приводом, позволяет непрерывно приводить во вращение зубчатое колесо вместе со стержнем и очистными элементами, что позволяет за один оборот зубчатого колеса очищать всю наружную поверхность и предотвращать накопление на ней загрязнений во времени.
Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменного аппарата позволяет непрерывно принудительно с большой силой прижимать очистные элементы к очищаемой поверхности и удалять с нее загрязняющие вещества, обеспечивая высокое качество очистки.
На фиг. изображен общий вид теплообменного аппарата.
Он включает в себя корпус 1 с коаксиальным цилиндром 2 внутри с крышкой 3 и патрубком 4 для подачи горячей рабочей среды. В нижней части коаксиального цилиндра 2 установлен патрубок 5 для отвода горячей рабочей среды. Корпус 1 имеет патрубки входа 6 и выхода 7 хладагента и установлен на опорах 8. Внутри корпуса 1 расположен ротор 9 в виде зубчатого колеса, который установлен в подшипнике 10, расположенном на коаксиальном цилиндре 2. Ротор 9 в виде зубчатого колеса взаимодействует с шестеренкой 11, установленной на валу 12. Вал 12 соединен с приводом 13, закрепленном на крышке 3. К ступице ротора 9 в виде зубчатого колеса жестко прикреплен верхний торец стрежня 14, установленный вдоль наружной поверхности коаксиального цилиндра 2. Очистные элементы 15, например, металлические щетки закреплены на стержне 14 вдоль всей его длины и прижаты свободными краями к очищаемой наружной поверхности коаксиального цилиндра 2.
Теплообменный аппарат работает следующим образом. По патрубку 4 в коаксиальный цилиндр 2 подают горячую рабочую среду и отводят ее по патрубку 5. Одновременно по патрубку 6 в корпус 1 подают другую рабочую среду - хладагент, который, нагреваясь, отводится по патрубку 7 из корпуса 1. Включают привод 13, который приводит во вращение вал 12 с шестерней 11, от которой вращение передается на ротор 9 в виде зубчатого колеса. Так как к ступице ротора 9 в виде зубчатого колеса жестко прикреплен верхний торец стержня 14, то он вместе с очистными элементами 15 вращается вдоль очищаемой наружной поверхности коаксиального цилиндра 2. Очистные элементы 15, прижатые к этой поверхности, непрерывно счищают с нее отложения - накипь, солевой камень, ржавчину и т.п. - за один оборот ротора 9, являющегося зубчатым колесом.
Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменного аппарата позволяет непрерывно удалять загрязнения с наружных теплообменных поверхностей в теплообменных аппаратах типа «труба в трубе», рубашек химических реакторов, колонных аппаратов, котлов парогенераторов за счет непрерывного принудительного прижимания очистных элементов к очищаемой поверхности независимо от расхода хладагента, предотвращать накопление этих загрязнений и их закрепление на очищаемой теплообменной поверхности, что увеличивает качество очистки наружной поверхности емкостей.