ТЕПЛООБМЕННЫЙ КОТЕЛ И СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УДАЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НАКИПИ В ТЕПЛООБМЕННОМ КОТЛЕ Российский патент 2022 года по МПК F28G7/00 B08B7/02 

Изобретения относятся к области очистки теплообменных котлов от отложений и могут быть использованы для удаления накипи с внутренних поверхностей теплообменных котлов.

Известен способ защиты и очистки поверхности ферромагнитных материалов от отложений, заключающийся в воздействии на ферромагнитную поверхность парового, и/или водогрейного, и/или теплообменного оборудования импульсным электромагнитным полем, созданным разнополярными пачками импульсов для эффекта магнитострикции, при котором одновременно осуществляют магнитную обработку воды на питающем трубопроводе оборудования импульсным электромагнитным полем, которое для эффекта магнитострикции и магнитной обработки воды создают за счет воздействия пачек импульсов с частотой 0,1-10 Гц. (Патент RU 2167728 С1. Способ защиты и очистки поверхности ферромагнитных материалов от отложений. - МПК: B08B 7/02, B08B 3/10, F28G 7/00. - 27.05.2001).

Известен способ защиты и очистки теплообменного оборудования от отложений, заключающийся в воздействии на поверхность парового, и/или водогрейного, и/или теплообменного оборудования импульсным электромагнитным полем для создания эффекта магнитострикции и одновременном воздействии на поверхность трубопроводов из ферромагнитных и неферромагнитных металлов оборудования создающим эффект магнитострикции импульсным переменным магнитным полем посредством трехполюсного магнитного преобразователя для последовательного смещения магнитного поля.

Известно устройство для защиты и очистки теплообменного оборудования от отложений, в котором воздействуют на поверхность парового, и/или водогрейного, и/или теплообменного оборудования импульсным электромагнитным полем для создания эффекта магнитострикции, снабжено установленным на наружной поверхности трубопроводов трехполюсным магнитным преобразователем для одновременного воздействия на поверхность трубопроводов из ферромагнитных и неферромагнитных металлов оборудования, создающим эффект магнитострикции импульсным переменным магнитным полем и для последовательного его смещения, а также снабжено генератором импульсов, преобразующим постоянный ток от источника питания с помощью электронного ключа и подающим импульсный ток на преобразователь. (Патент RU 2251062 С2. Способ защиты и очистки теплообменного оборудования от отложений и устройство для его осуществления. - МПК: F28C 7/00. - 27.04.2005).

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус, коллекторы с патрубками для подвода и отвода первого теплоносителя, патрубки для входа и выхода второго теплоносителя из корпуса и расположенный в нем пучок теплообменных труб с трубной решеткой, а также конструктивные элементы, расположенные в межтрубном пространстве для обеспечения поперечного обтекания вторым теплоносителем пучка труб снаружи, выполненные в виде винтовой перегородки, в которой сделаны отверстия для прохода пучка труб, внутри которых течет первый теплоноситель. Теплообменный аппарат содержит две неподвижные трубные решетки, или одну неподвижную трубную решетку и плавающую головку, или одну неподвижную трубную решетку и U-образные трубы, причем винтовая перегородка выполнена многоярусной, а между ярусами рсположены разделительные стенки. (Патент RU 2262054 С2. Теплообменный аппарат.- МПК: F28D 3/02. - 10.10.2005).

Известна установка для ультразвуковой очистки, содержащая технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний, соединенные плоскостями излучателей преобразователей и демпфера с наружной поверхностью дна ванны. Демпфер выполнен в виде отдельных массивных стальных колец, концентрично охватывающих излучатели соответствующих преобразователей и расположенных на расстоянии от них. Внутренняя поверхность кольца выполнена в форме шестерни с зубьями и пазами в виде равнобедренных трапеций, продолжения боковых сторон которых до центра кольца образуют равные телесные углы, а глубина пазов равна λ/4, где λ - длина изгибной волны в материале дна ванны. Плоскости излучателей преобразователей и демпфера жестко соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны. (Патент RU 2181635 С1. Установка для ультразвуковой очистки. - МПК: F08B 3/72. - 27.04.2002).

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий металлический диск, на периферийной части диска расположены пакеты, каждый из которых состоит из плоских пьезоэлектрических колец и расположенных между ними токоподводящих шайб с клеммами для подключения к ультразвуковому генератору. Каждый из пакетов снабжен металлической накладкой, имеющей цилиндрическую форму и расположенной на пакете с наружной по отношению к диску стороны, геометрическая ось каждого из пакетов совпадает с геометрической осью соответствующей накладки, находится в плоскости, перпендикулярной геометрической оси диска, и проходит через его центр тяжести. Каждый пакет с накладкой прикреплен к диску посредством стяжного стержня, имеющего на концах винтовую нарезку, один из концов каждого из этих стяжных стержней ввинчен в нарезное отверстие, выполненное в одной из накладок, а другой его конец ввинчен в нарезное отверстие, выполненное в периферийной части диска, причем между нитками резьбы, выполненной в упомянутых нарезных отверстиях накладок и диска, и нитками резьбы на стяжных стержнях, находятся слои припоя, а средняя часть каждого из стяжных стержней установлена с зазором в соответствующих отверстиях плоских керамических колец и токоподводящих шайб, составляющих каждый из пакетов. В центральной части диска с одной из его сторон расположено средство для крепления к диску сменного инструмента, а с противоположной стороны, на которой расположено средство для крепления к диску сменного инструмента, выполнена металлическая резонансная подвеска, имеющая форму цилиндра. Резонансная подвеска выполнена за одно целое с диском, с наружной стороны которой выполнен фланец. (Патент RU 113622 U1. Пьезоэлектрический преобразователь. - МПК: H04R 17/00. - 20.02.2012).

Известен магнитострикционный преобразователь, выполненный из ленты магнитострикционного материала, свернутой в тело цилиндрической формы, и содержит обмотку возбуждения. Вдоль образующей цилиндра имеется, по меньшей мере, одно сквозное окно, а обмотка возбуждения проходит через окно и уложена на сегменты цилиндра, при этом толщина стенки цилиндра определяется требуемой мощностью преобразователя. (Патент RU 2579641 С1. Магнитострикционный преобразователь. - МПК: H01L 41/12, B06B 1/08. - 10.04.2016).

Известен акустический стержневой преобразователь, содержащий пьезоэлемент в виде набора продольно поляризованных шайб из пьезокерамики, стержневой волновод, переднюю накладку, концентратор и тыльную накладку, соединенные с торцевыми поверхностями пьезоэлемента, а между собой армированные волноводом. Тыльная накладка выполнена с выступом в виде усеченного конуса и центральным отверстием, превышающим диаметр волновода, последний выполнен из материала с уровнем внутреннего механического сопротивления более низким, чем у накладок. (Патент RU 2230615 С1. Акустический стержневой преобразователь. - МПК: B06B 1/06, H01L 41/09. - 20.06.2004).

Недостатком известных технических решений является недостаточный эффект магнитострикции для удаления накипи с внутренних поверхностей неферромагнитных теплообменных трубопроводов, что снижает срок службы теплообменных котлов.

Основной задачей заявляемых технических решений является увеличение срока службы теплообменных котлов за счет повышения качества удаления отложений накипи с поверхностей неферромагнитных теплообменных труб с помощью ультразвуковых и поперечно направленных им электроакустических преобразователей.

Техническим результатом, достигаемым заявляемыми техническими решениями, является увеличение срока службы теплообменных котлов за счет повышения качества удаления отложений накипи с внутренних поверхностей теплообменных труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе ультразвукового удаления отложений накипи, заключающемся в одновременном воздействии на поверхности теплообменного оборудования и трубопроводов, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, переменным электромагнитным полем, созданным разнополярными пачками импульсов с частотой 0,1-10,0 Гц, создающим эффект магнитострикции в ферромагнитных материалах, приводящий продольными и радиальными колебаниями ультразвуковой частоты к отслаивание накипи с внутренних поверхностей теплообменного оборудования с последующим ее удалением, согласно предложенному техническому решению,

воздействие импульсного электромагнитного поля на поверхности теплообменного оборудования и трубопроводов дополнительно усиливают поперечно направленным к нему акустическим полем, создающим в водных средах акустические волны, выравнивающие знакопеременные механические колебания ультразвуковой частоты, способствующие интенсивному отслаиванию накипи с поверхностей теплообменных трубопроводов из неферромагнитных металлов и последующему удалению ее из теплообменного оборудования во взвешенном состоянии;

удаление накипи из теплообменного оборудования осуществляют периодически по мере ее образования.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном теплообменном котле, содержащем корпус с подводным и отводным патрубками, размещенный в нем пучок теплообменных труб, сообщающихся, с одного конца, с напорным и сливным коллекторами, а с другого, - с перепускным коллектором, разделенных трубными решетками для обеспечения поперечного обтекания теплоносителем труб, снабженный, по меньшей мере, одним электромагнитным преобразователем, приваренным торцом излучателя ультразвука к наружной поверхности корпуса, соединенный электрическим кабелем с генератором ультразвуковых импульсов, для одновременного воздействия на поверхность теплообменного котла и трубопроводов, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, создающие импульсным переменным магнитным полем эффект магнитострикции, согласно предложенному техническому решению,

он дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним акустическим преобразователем, содержащим пьезоэлемент и стержневой волновод, соединенный электрическим кабелем с генератором акустических волн, вмонтированным в стенку корпуса и расположенным передней накладкой внутри перепускного коллектора котла, ориентированной волноводом вдоль разделенного пучка теплообменных труб, и закреплен фланцем на стенке корпуса котла;

в качестве электромагнитного преобразователя используется магнитострикционный преобразователь;

в качестве электромагнитного преобразователя используется пьезоэлектрический преобразователь;

количество преобразователей и места их закрепления на корпусе определяются конструкцией теплообменного котла.

На фиг. 1 схематично показан теплообменный котел для осуществления предлагаемого способа ультразвукового удаления отложений накипи.

Сущность способа ультразвукового удаления отложений накипи заключается в одновременном воздействии на поверхности теплообменного оборудования и трубопроводов из ферромагнитных и неферромагнитных металлов переменным электромагнитным полем, созданным разнополярными пачками импульсов с частотой 0,1-10,0 Гц, для создания эффекта магнитострикции в ферромагнитных материалах, приводящий продольными и радиальными колебаниями ультразвуковой частоты к отслаиванию накипи с внутренних поверхностей теплообменного оборудования и трубопроводов и поперечно направленным акустическим полем, возбуждающим в водных средах акустические волны, выравнивающие знакопеременные механические колебания ультразвуковой частоты, усиливающим отслаивание накипи с внутренних поверхностей теплообменного оборудования и трубопроводов из неферромагнитных металлов, с последующим удалением взвешенной накипи из теплообменного оборудования. Удаление накипи из теплообменного оборудования осуществляют периодически по мере ее образования.

Предлагаемый способ ультразвукового удаления отложений накипи осуществляется с помощью теплообменного котла, содержащего корпус 1 с подводным 2 и отводным 3 патрубками, расположенный в нем пучок теплообменных труб 4, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, сообщающихся, с одного конца, с напорным 5 и сливным 6 коллекторами, выполненными с соответствующими патрубками 7 и 8, а с другого, - с перепускным коллектором 9, разделенных трубными решетками 10 для обеспечения поперечного обтекания нагревательной средой теплообменных труб 4 снаружи, снабженный, по меньшей мере, одним магнитострикционным или пьезоэлектрическим ультразвуковыми преобразователями 11, плотно закрепленный торцом 12 излучателя ультразвука на наружной поверхности корпуса 1 теплообменного котла и соединенные электрическим кабелем с генератором ультразвуковых импульсов (условно не показаны), создающие импульсным переменным магнитным полем эффект магнитострикции, и, по меньшей мере, одним акустическим преобразователем 13, содержащим пьезоэлемент, стержневой волновод, соединенный электрическим кабелем с генератором ультразвуковых импульсов (условно не показаны), возбуждающий акустические волны, вмонтированным в стенку корпуса 1 котла и расположенным передней накладкой 14 внутри перепускного коллектора 9 теплообменного котла, ориентированный волноводом вдоль разделенного пучка теплообменных труб 4 и закреплен фланцем 15 на стенке корпуса 1 котла, усиливающий эффект магнитострикции в теплообменном котле и теплообменных трубах 4 котла.

Ультразвуковое удаление отложений накипи с внутренних поверхностей корпуса 1 теплообменного котла и теплообменных трубопроводов 4 в котле осуществляют периодически по мере образования накипи. После подключения источника электропитания генераторы, последние начинают генерировать импульсные токи, которые подаются на акустический преобразователь 13 и ультразвуковой магнитострикционный преобразователь 11, создающие ультразвуковые колебания разнополярными пачками импульсов с частотой 0,1-10 Гц, а преобразователи 13 и 11 трансформируют их в механические колебания с этой ультразвуковой частотой, которые через стенку корпуса 1 и нагревательную среду теплообменника передаются поперечно обтекаемым теплообменным трубам 4. Поскольку торцы 12 излучателей ультразвука магнитострикционных преобразователей 11 приварены электросваркой к наружной поверхности стенки корпуса, воздействием знакопеременных механических колебаний ультразвуковой частоты одновременно с импульсным переменным магнитным полем создают эффект магнитострикции. Под воздействием акустического поля, создаваемого акустическим преобразователем 13, направленным поперек импульсного электромагнитного поля, оказывается взаимное влияние ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей 11 друг на друга и происходит выравнивание распределения акустического поля внутри корпуса 1. В нагревательной и нагреваемой средах, контактирующих с поверхностью стенок корпуса 1 и теплообменных труб 4, возникает кавитация. Благодаря этому формируется микроударное воздействие на очищающиеся поверхности стенок корпуса 1 и теплообменных труб 4, усиливающее эффект магнитострикции, вызывающий продольные и радиальные колебания ультразвуковой частоты, которые приводят к более интенсивному отслаиванию и разрушению отложений накипи с очищаемых поверхностей корпуса 1 и теплообменных труб 4 котла из неферромагнитных металлов, с последующим вымыванием взвешенной накипи из теплообменного котла.

Использование предлагаемых технических решений позволяет значительно увеличить срок службы теплообменных котлов за счет повышения качества удаления отложений накипи с внутренних поверхностей стенок теплообменного котла и трубопроводов из неферромагнитных металлов.

Группа изобретений относится к области очистки внутренних поверхностей теплообменных котлов от отложений и может быть использована для предотвращения и удаления накипи с внутренних поверхностей теплообменных аппаратов. Теплообменный котел с функцией удаления отложений накипи содержит корпус с подводным и отводным патрубками, размещенный в нем пучок теплообменных труб, сообщающихся с одного конца с напорным и сливным коллекторами, а с другого - с перепускным коллектором, разделенных трубными решетками для обеспечения поперечного обтекания теплоносителем труб. Снабжен по меньшей мере одним электромагнитным преобразователем, приваренным торцом излучателя ультразвука к наружной поверхности корпуса, соединен электрическим кабелем с генератором ультразвуковых импульсов для одновременного воздействия на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, с возможностью создания импульсным переменным электромагнитным полем эффекта магнитострикции. Дополнительно снабжен по меньшей мере одним акустическим преобразователем, содержащим пьезоэлемент и стержневой волновод, соединенный электрическим кабелем с генератором акустических волн, вмонтированным в стенку корпуса и расположенным передней накладкой внутри перепускного коллектора котла, ориентированной волноводом вдоль разделенного пучка теплообменных труб, и закреплен фланцем на стенке корпуса котла. Ультразвуковое удаление отложений накипи в вышеописанном теплообменном котле осуществляют одновременным воздействием на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, переменным электромагнитным полем, созданным разнополярными пачками импульсов с частотой 0,1-10,0 Гц. Воздействие импульсного электромагнитного поля на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб дополнительно усиливают поперечно направленным к нему акустическим полем, создающим в водных средах акустические волны, выравнивающие знакопеременные механические колебания ультразвуковой частоты. Обеспечивается увеличение срока службы теплообменных котлов за счет повышения качества удаления отложений накипи с внутренних поверхностей теплообменных трубопроводов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплообменный котел с функцией удаления отложений накипи, содержащий корпус с подводным и отводным патрубками, размещенный в нем пучок теплообменных труб, сообщающихся с одного конца с напорным и сливным коллекторами, а с другого - с перепускным коллектором, разделенных трубными решетками для обеспечения поперечного обтекания теплоносителем труб, снабженный по меньшей мере одним электромагнитным преобразователем, приваренным торцом излучателя ультразвука к наружной поверхности корпуса, соединенный электрическим кабелем с генератором ультразвуковых импульсов для одновременного воздействия на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, с возможностью создания импульсным переменным электромагнитным полем эффекта магнитострикции, характеризующийся тем, что дополнительно снабжен по меньшей мере одним акустическим преобразователем, содержащим пьезоэлемент и стержневой волновод, соединенный электрическим кабелем с генератором акустических волн, вмонтированным в стенку корпуса и расположенным передней накладкой внутри перепускного коллектора котла, ориентированной волноводом вдоль разделенного пучка теплообменных труб, и закреплен фланцем на стенке корпуса котла.

2. Котел по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве электромагнитного преобразователя используется магнитострикционный преобразователь.

3. Котел по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве электромагнитного преобразователя используется пьезоэлектрический преобразователь.

4. Котел по п. 1, характеризующийся тем, что количество преобразователей и места их закрепления на корпусе определяются конструкцией теплообменного котла.

5. Способ ультразвукового удаления отложений накипи в теплообменном котле по любому из пп. 1-4, заключающийся в одновременном воздействии на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб, изготовленных из ферромагнитных и неферромагнитных металлов, переменным электромагнитным полем, созданным разнополярными пачками импульсов с частотой 0,1-10,0 Гц, характеризующийся тем, что воздействие импульсного электромагнитного поля на поверхности теплообменного котла и теплообменных труб дополнительно усиливают поперечно направленным к нему акустическим полем, создающим в водных средах акустические волны, выравнивающие знакопеременные механические колебания ультразвуковой частоты.

6. Способ по п. 5, характеризующийся тем, что удаление отложений накипи из теплообменного котла выполняют периодически по мере их образования.