ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ОТ ТВЕРДЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК B08B9/45 F28G3/08 

Изобретение относится к технике очистки внутренней поверхности труб, преимущественно стальных изогнутых труб нагревательных котлов различного назначения, и может быть использовано в химической, пищевой, энергетической и других отраслях промышленности для очистки трубок конденсаторов, теплообменников и др. оборудования в процессе их эксплуатации, преимущественно от твердых отложений.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее корпус, на котором смонтированы очищающие инструменты с механизмами осевого и вращательного движения, средство для подвода рабочей жидкости, при этом очистные элементы установлены на параллельных валах и выполнены в виде продольных геликоидальных транспортирующих лопастей, на торце которых установлены многозубчатые лемехи, а за лопастями - перемешивающие лопатки, причем зубья лемехов расположены асимметрично относительно оси вращения вала, транспортирующие лопасти на внешнем радиусе имеют поперечные прорези и продольные щели в местах сопряжения с валом, а перемешивающие лопатки по периметру выполнены зубчатыми, причем корпус имеет установленные в его нижней части клиновидные ножи-рыхлители и установленное над последними средство для отвода образующейся пульпы (патент РФ 2028839, МПК 6 В 08 В 9/04, опубликован 1995 г.).

Известно также устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее расположенные на поворотном корпусе равномерно по окружности, по меньшей мере, три очистных инструмента, каждый из которых имеет основание с размещенными на нем рабочими элементами, реактивные сопла для обеспечения осевого и вращательного движения очистных инструментов, средство для подвода рабочей жидкости с реактивными соплами, при этом основание каждого очистного инструмента выполнено по форме конуса, а рабочие элементы выполнены в виде шипов и установлены жестко на боковой наружной поверхности конуса, а конусы установлены на корпусе свободно и их оси наклонены к оси вращения корпуса, причем реактивные сопла для осевого движения установлены в основаниях конусов, а реактивные сопла для вращательного движения - в шипах, при этом каждый конус установлен так, что его ось и ось вращения корпуса не пересекаются (авт. св. СССР N 1215768 опубл. 1986 г.).

Известные устройства при работе с твердыми карбонатными отложениями не обеспечивают требуемого качества очистки, кроме того, они достаточно сложны в конструктивном исполнении.

Известно также устройство для очистки внутренней поверхности труб, преимущественно от твердых отложений, содержащее корпус, на одном конце которого закреплен под углом к его продольной оси очистной элемент, выполненный в виде роликовой головки с возможностью вращения вокруг своей оси, а в корпусе выполнены каналы для подачи жидкости, при этом оно снабжено, по крайней мере, одной дополнительной роликовой головкой с кольцевыми канавками, и каждая роликовая головка с кольцевыми канавками выполнена в форме усеченного конуса, образованного роликами, размещенными с последовательным увеличением их диаметров в направлении, обратном направлению перемещения устройства, а угол наклона оси роликовых головок с кольцевыми канавками к продольной плоскости, проходящей через ось корпуса, определяется из соотношения количества роликовых головок, расстояния между роликами и внутренним диаметром трубы, при этом роликовые головки смещены в осевом направлении друг относительно друга, а каналы для подачи жидкости выполнены сообщающимися, один соосно оси корпуса, а второй - на его наружной поверхности, причем другой торец корпуса через державку посредством гибкой связи соединен с приводом вращения корпуса. Кроме того, величина смещения роликовых головок определяется из соотношения расстояния между роликами и количеством роликовых головок, а угол наклона образующей усеченного конуса к поверхности трубы определяется из зависимости расстояния между роликами, количества роликов в головке и толщины твердых отложений. Ролики в головке расположены ступенчато, причем количество роликов в ступеньке выбирается равным числу головок. Ролики выполнены в форме диска с заостренными кромками, причем ролики последней ступеньки в каждой головке являются ограничительными, и их кромки выполнены цилиндрическими, при этом высота цилиндра выбрана равной 0,1-0,3 толщины диска. Канал для подачи жидкости на поверхности корпуса выполнен в форме винтовой линии, направление которой обратно направлению вращения корпуса (PCT/PV/97/00152, А1).

Настоящее устройство, по сравнению с известными, упомянутыми выше, обеспечивает более высокое качество очистки труб от твердых отложений при менее сложном конструктивном исполнении. Однако оно не позволяет производить более эффективную очистку трубок малого диаметра, криволинейных трубок, а также трубок, полностью забитых отложениями.

Наиболее близким устройством к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является гидромеханическое устройство для очистки внутренней поверхности труб, преимущественно от твердых отложений, содержащее корпус в форме тела вращения, в передней части которого находится выполненный в виде усеченного конуса очистной инструмент с каналами для подачи жидкости, хвостовая часть соединена с приводом вращения корпуса, а на образующей поверхности усеченного корпуса нарезаны зубья с величиной затылования на ширине пера большей, чем величина подъема на зуб, при этом величину затылования выбирают из условия:

где К - величина затылования на ширине пера (с канавкой),
Р - шаг винтовой нарезки,
α - угол наклона конуса рабочей части очистного инструмента,
Z - число перьев очистного инструмента;
при этом зубья на соседних перьях расположены друг относительно друга в шахматном порядке, перья разделены канавками, к которым подведены каналы для подачи жидкости, а за последним зубом выполнен цилиндрический поясок с буртиком. Ширина цилиндрического пояска выполнена большей шага винтовой нарезки, а диаметр цилиндрического пояска выбран равным диаметру большего основания усеченного конуса очистного инструмента, буртик выполнен на цилиндрическом пояске с прямоугольным профилем, а его шаг выбран больше шага зубьев очистного инструмента. Для очистки труб, забитых твердыми отложениями частично, направление нарезки буртика на цилиндрическом пояске очистного инструмента выполнено противоположно направлению нарезки зубьев на очистном инструменте, а для очистки труб, полностью забитых отложениями, направление нарезки буртика на пояске очистного инструмента выполнено аналогично направлению нарезки зубьев на очистном инструменте. Для выравнивания нагрузки на рабочей части очистного инструмента посредством предварительного разрушения срединной зоны отложений, в торце меньшего основания усеченного конуса очистного инструмента, выполнена пирамида, на боковых поверхностях которой имеются желобки, являющиеся продолжением канавок очистного инструмента. Для этой же цели в торце меньшего основания усеченного конуса очистного инструмента может быть выполнен паз, в котором жестко закреплена пластина с режущими кромками, выполненными аналогично режущим кромкам перьевого сверла. Нарезка зубьев на образующей поверхности очистного инструмента выполнена одно- или многозаходной. Корпус, очистной инструмент и хвостовая часть устройства выполнены за одно целое (Патент РФ N 2125494 МПК В 08 В 9/04).

Описанное устройство позволяет производить эффективную очистку, преимущественно от твердых отложений трубок малого диаметра, криволинейных трубок, полностью забитых отложениями.

Однако очистка криволинейных трубок малого диаметра недостаточно высока, так как при очистке изгиба трубки устройством описанной конструкции очистной инструмент контактирует с твердыми отложениями одними и теми же зубьями в передней и задней его части, которые по этой причине быстро изнашиваются, и для повышения эффективности очистки требуется замена очистного инструмента.

В основу данного изобретения поставлена задача создания устройства для очистки внутренней поверхности труб, позволяющего производить эффективную очистку изогнутых труб, преимущественно стальных трубок котлов от твердых карбонатных отложений, характеризующегося простым конструктивным исполнением.

Поставленная задача, с достижением указанного выше технического результата, решается тем, что гидромеханическое устройство, содержащее корпус в форме тела вращения, в передней части которого находится очистной инструмент с каналами для подачи жидкости, а хвостовая часть соединена с приводом вращения корпуса для обеспечения эффективной очистки изогнутых трубок, а также для обеспечения долговечности использования устройства выполнено со сферической рабочей поверхностью, на которой нарезаны зубья. Причем радиус сферической поверхности связан с внутренним диаметром трубы и радиусом ее изгиба.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого устройства, заключается в повышении эффективности и качества очистки изогнутых труб с любым практически радиусом изгиба и увеличении при этом срока службы очистного инструмента за счет того, что при выполнении рабочей поверхности очистного инструмента сферической, при осуществлении очистки изогнутого участка трубы и при различных расположениях устройства в трубе с очищаемой поверхностью контактируют разные зубья, т.о., при осуществлении операции очистки различных участков трубы практически задействованы все зубья очистного инструмента. Устройство при этом просто в конструктивном исполнении.

Особенностью устройства является также предлагаемая зависимость, связывающая радиус сферической рабочей поверхности очистного инструмента с внутренним диаметром трубы и радиусом ее гиба:
D_{внутр.тр}/2≤R_инстр<R_гиб.тр,
где D_{внутр.тр} - внутренний диаметр трубы;
R_инстр. - радиус сферической поверхности инструмента;
R_гиб.тр - радиус гиба трубы.

Изобретение поясняется примерами его выполнения со ссылками на фиг. 1-5.

На фиг. 1 - общий вид устройства.

На фиг. 2 - вид спереди.

На фиг. 3 показан угол заточки передних (торцевых) зубьев.

На фиг. 4 показан вариант расположения устройства в полости трубы.

На фиг. 5 показан наиболее вероятный вариант расположения устройства в полости трубы, на изогнутом ее участке.

Гидромеханическое устройство содержит корпус 1, выполненный в форме тела вращения, со сферической рабочей поверхностью очистного инструмента, на котором нарезаны зубья 2 с величиной затылования по ширине пера большей, чем величина подъема на зуб, соосно его оси вращения выполнен канал 3 для подачи жидкости в зону очистки, для соединения очистного инструмента с гибким приводом предусмотрено средство 4 (фиг. 1), на соседних перьях 5 зубья расположены относительно друг друга в шахматном порядке (фиг. 2). Перо начинается с торцевого зуба 6, с углом α заточки передней поверхности 5-15^o, а угол β заточки задней поверхности больше угла подъема зубьев на сферической поверхности и определяется из соотношения

где β - величина угла;
Р - шаг зубьев;
D - диаметр инструмента.

Гидромеханическое устройство работает следующим образом.

Корпус 1 очистного инструмента вводят в очищаемую полость, предварительно соединив с гибким приводом. Затем очистной инструмент приводят во вращение со скоростью не менее 100 об/мин и подают жидкость под давлением 2-8 кг//см. Началом пера 5 с торцевым зубом 6 вычищают середину отложений, затем зубья 2, расположенные на сферической поверхности, прорезают в отложениях канавки. В связи с тем, что каждый зуб, нарезанный на сферической поверхности инструмента, затылован по спирали Архимеда, при вращении очистного инструмента в направлении, противоположном направлению нарезки зубьев, каждый зуб перемещается по винтовой, одно- или многозаходной линии, образую канавку, начатую предыдущим зубом, по касательной своими боковыми гранями. Под действием, в том числе и продольно составляющих усилий, очистной инструмент смещает, скалывает твердые отложения.

Благодаря сферической поверхности очистного инструмента при любом изгибе трубы и при любом положении устройства в ее полости с отложениями контактируют различные зубья и эффективно счищают их при любых условиях. Затем сколотые отложения удаляются под действием подаваемой по каналу 3 жидкости.

Изобретение относится к устройствам для очистки внутренней поверхности труб и может быть использовано в химической, пищевой, энергетической и других отраслях промышленности для очистки изогнутых трубок конденсаторов, теплообменников и т.п. от твердых карбонатных отложений. Гидромеханическое устройство содержит корпус в форме тела вращения, в передней части которого находится очистной инструмент с каналами для подачи жидкости, а хвостовая часть соединена с приводом вращения корпуса. На рабочей поверхности очистного инструмента нарезаны зубья с величиной затылования на ширине пера большей, чем величина подъема на зуб. При этом зубья на соседних перьях расположены относительно друг друга в шахматном порядке. Каждое перо начинается с торцевого зуба с углом α заточки передней поверхности, составляющим 5-15^o, а угол β заточки задней его поверхности больше угла подъема зубьев на сферической поверхности очистного инструмента. Рабочая поверхность очистного инструмента выполнена сферической, величина радиуса которой определяется из зависимости величины внутреннего диаметра трубы и радиуса ее гиба:
Д_{внутр.тр}/2 ≤ R_инстр < R_гиб.тр,
где Д_{внутр.тр} - внутренний диаметр трубы; R_инстр - радиус сферической поверхности инструмента; R_гиб.тр - радиус гиба трубы, а величина угла заточки задней поверхности торцевого зуба определяется из соотношения
.

Такое выполнение рабочей поверхности очистного элемента позволяет повысить эффективность и качество очистки изогнутых участков труб за счет обеспечения постоянного контакта зубьев, нарезанных на сферической поверхности очистного элемента с твердыми отложениями в полости трубы, а также повысить срок службы инструмента, так как при различном положении устройства в трубе с отложениями контактируют разные зубья. 5 ил.

Гидромеханическое устройство для очистки внутренней поверхности труб, преимущественно от твердых отложений, содержащее корпус в форме тела вращения, в передней части которого находится очистной инструмент с каналами для подачи жидкости, и хвостовую часть, выполненную за одно целое с корпусом и очистным инструментом, соединенную с приводом вращения корпуса, при этом на рабочей поверхности очистного инструмента нарезаны зубья с величиной затылования по ширине пера большей, чем величина подъема на зуб, зубья соседних перьев расположены друг относительно друга в шахматном порядке, а сами перья разделены канавками, к которым подведены каналы для подачи жидкости, отличающееся тем, что очистной инструмент выполнен со сферической рабочей поверхностью, радиус которой определяется из соотношения

где Д_{внутр.тр} - внутренний диаметр трубы;
R_инстр - радиус сферической поверхности инструмента;
R_гиб.тр - радиус гиба трубы,
а задний угол торцевого зуба больше угла подъема зубьев на сферической рабочей поверхности, исходя из зависимости

где β - величина угла;
P - шаг зубьев;
Д - диаметр инструмента.