Шарикоулавливающее устройство системы шариковой очистки трубок теплообменника и шарикозадерживающая решетка для него Российский патент 2020 года по МПК F28G1/12 

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.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменников, в частности конденсаторов паровых турбин. 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. Шарикоулавливающее устройство содержит соединенные между собой с помощью фланцев входной и выходной трубопроводы, внутри которых установлена шарикозадерживающая решетка, плоское кольцо которой зажато между вышеуказанными фланцами входного и выходного трубопроводов. Технические результаты - 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 трубопроводов шарикоулавливающего устройства при его сборке. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шарикозадерживающая решетка для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, отличающаяся тем, что она 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.

2. Шарикозадерживающая решетка по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена плоским кольцом, соединенным с большим основанием полого усеченного наклонного конуса.

3. Шарикоулавливающее устройство для системы шариковой очистки внутренней поверхности трубок теплообменника, оборудованного циркуляционным контуром жидкости с напорным и сливным трубопроводами, отличающееся тем, что оно содержит соединенные между собой с помощью фланцев входной и выходной трубопроводы, внутри которых установлена шарикозадерживающая решетка по пп. 1 и 2, плоское кольцо которой зажато между вышеуказанными фланцами входного и выходного трубопроводов;

при этом отвод вышеуказанной шарикозадерживающей решетки выходит через отверстие в боковой стенке вышеуказанного выходного трубопровода.