RU2162754C1

RU2162754C1 - Device for cleaning internal surfaces of tubes

Info

Publication number: RU2162754C1
Application number: RU99126061A
Authority: RU
Inventors: А.П. Шишкин; В.П. Кияшко; В.В. Гурьянов; В.В. Демьянов; Г.А. Рыбальченко
Original assignee: ОАО "Газпром"; ООО "Астраханьгазпром"
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: heat-power engineering; devices for cleaning internal surfaces of tubes. SUBSTANCE: device is made in form of nozzle consisting of two segments made from halves of tube cut along generatrix. Segments are shifted relative to longitudinal axis of nozzle at eccentricity ε, thus forming slits between pairs of edges. Segments fastened together at their ends are introduced into tube to be cleaned. Working fluid under pressure is fed inside tube to be cleaned through pipe union. Reaction of jet escaping from slit between edges of segments makes segments revolve around their axes. Difference between velocities of flow around edges of segments gives to vortex and consequently to ultrasonic waves. Nozzles is screw type for removal of products of cleaning, thus forming effect of non-hermetic screw pump. EFFECT: enhanced efficiency. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения, в частности к устройствам для очистки внутренней поверхности труб теплообменных аппаратов. The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to devices for cleaning the inner surface of the pipes of heat exchangers.

Для этих целей наиболее распространены в технике устройства, где используется промывка труб теплообменников с помощью высоконапорных струй. Известно устройство гидроструйной обработки отверстий / Шманев В.А. и др. Струйная гидроабразивная обработка деталей ГТД. - М.: Машиностроение, 1995 г. , стр. 84-85/. Конструктивно это устройство представляет собой аппарат, содержащий корпус с наконечником и активным соплом. Аппарат при помощи гибких шлангов соединен с насосом. Работает он следующим образом. Суспензия увлекается сжатым воздухом, подаваемым через сопло, и направляется через выходные отверстия в корпусе аппарата на обрабатываемую поверхность. Недостатками данного устройства являются быстрый гидроабразивный износ корпуса аппарата, ограниченность зоны обработки, недостаточная производительность, необходимость обеспечения дополнительными материалами, такими как рабочие суспензии и сжатый воздух. For these purposes, the devices most commonly used in the technique are flushing tubes of heat exchangers using high-pressure jets. A device for waterjet hole processing / Shmanev V.A. and others. Jet waterjet processing of gas turbine engine parts. - M.: Mechanical Engineering, 1995, pp. 84-85 /. Structurally, this device is an apparatus comprising a housing with a tip and an active nozzle. The device is connected to the pump using flexible hoses. It works as follows. The suspension is carried away by the compressed air supplied through the nozzle, and is directed through the outlet openings in the apparatus body to the surface to be treated. The disadvantages of this device are the rapid hydroabrasive wear of the apparatus body, the limited treatment area, insufficient productivity, the need to provide additional materials, such as working suspensions and compressed air.

Наиболее близким заявляемому (прототипом) является устройство для внутренней очистки труб гидромониторами с помощью высоконапорных струй / Справочник. Ремонт речных судов. Ю.К. Аристов, Ф.Ф.Бенуа, А.А.Вышеславцев и др. ; под ред. А.Ф.Видецкого. - М.: Транспорт, 1988, стр. 253-257/. Устройство представляет собой гидравлический пистолет со сменными соплами и удлиненными насадками для выполнения различных видов работ. При помощи гибких шлангов происходит подключение к насосам. Рабочая жидкость под большим давлением через штуцер устройства подается внутрь очищаемой трубы. Очистка в данном случае происходит за счет высокой скорости рабочей жидкости, размывающей отложения на стенках труб. The closest claimed (prototype) is a device for the internal cleaning of pipes with hydraulic monitors using high-pressure jets / Reference. Repair of river vessels. Yu.K. Aristov, F.F. Benois, A.A. Vysheslavtsev and others; under the editorship of A.F. Videtsky. - M.: Transport, 1988, p. 253-257 /. The device is a hydraulic gun with interchangeable nozzles and elongated nozzles for performing various types of work. Flexible hoses connect to the pumps. The working fluid under high pressure through the nozzle of the device is fed into the cleaned pipe. Cleaning in this case occurs due to the high speed of the working fluid, eroding deposits on the walls of the pipes.

Недостатками устройства, выбранного в качестве прототипа, являются необходимость создания высоких давлений рабочих жидкостей (100 - 250 МПа), опасных для жизни обслуживающего персонала, невозможность с помощью гидродинамического способа качественной очистки труб большой протяженности (длиной более 5-6 м). The disadvantages of the device selected as a prototype are the need to create high pressures of working fluids (100 - 250 MPa), life-threatening personnel, the impossibility of using the hydrodynamic method of high-quality cleaning of pipes of long length (more than 5-6 m).

Целью изобретения является повышение качества очистки внутренней поверхности труб. The aim of the invention is to improve the cleaning quality of the inner surface of the pipe.

Для достижения поставленной цели предлагаемое устройство включает насос, который гибкими шлангами с помощью штуцерного соединения подключен к очищающей насадке, которая обеспечивает высокодисперсное дробление, рыхление с помощью кавитации, очистку микроструями от отложений на внутренних поверхностях труб теплообменников и является по сути кавитатором. Очищающая насадка представляет собой два сегмента, выполненных из разрезанной вдоль образующей трубки. Сегменты жестко закреплены по торцам и установлены в кольцевых канавках опорных штуцеров с эксцентриситетом относительно продольной оси. Диаметр окружности, описанной вокруг сегментов, вычисляется из условия кратности длины данной окружности к длине возникающих в кольцевом зазоре ультразвуковых полуволн. To achieve this goal, the proposed device includes a pump, which is connected with a flexible hose with a nozzle connection to a cleaning nozzle, which provides highly dispersed crushing, loosening by cavitation, cleaning with microjets from deposits on the inner surfaces of the tubes of heat exchangers and is essentially a cavitator. The cleaning nozzle is two segments made of cut along the generatrix tube. The segments are rigidly fixed at the ends and installed in the annular grooves of the supporting fittings with an eccentricity relative to the longitudinal axis. The diameter of the circle described around the segments is calculated from the condition of the multiplicity of the length of a given circle to the length of the ultrasonic half waves arising in the annular gap.

В результате такого расположения сегментов образуются щели между двумя парами кромок. Реактивное действие водяной струи, вытекающей из щели между краями сегментов, заставляет сегменты вращаться вокруг собственной оси. Разность между относительными скоростями потоков, обтекающих сегменты, приводит к завихрению. При высоких скоростях потока возникают условия для кавитации, которая усиливается за счет ультразвуковых волн. As a result of this arrangement of segments, gaps are formed between two pairs of edges. The reactive action of a water stream flowing from the gap between the edges of the segments causes the segments to rotate around their own axis. The difference between the relative velocities of the flows flowing around the segments leads to a vortex. At high flow rates, conditions arise for cavitation, which is amplified by ultrasonic waves.

На фиг. 1 и 2 изображены фронтальная и боковая проекции устройства для очистки внутренней поверхности труб; на фиг. 3 - поперечное сечение насадки (кавитатора). In FIG. 1 and 2 show the front and side projections of the device for cleaning the inner surface of the pipes; in FIG. 3 - cross section of the nozzle (cavitator).

Устройство состоит из следующих деталей и элементов: сегмент трубчатый цилиндрический 1; штуцер опорный входной 2; штуцер опорный выходной 3; выточка-канавка кольцевая 4; шайба уплотнительная торцевая 5; пружина 6; гайка регулировки уплотнения 7; соединение входное штуцерное 8; навивка винтовая (или выточка) 9; трубка теплообменника 10; решетка трубная теплообменника 11; гайка-фиксатор 12; шайба 13. The device consists of the following parts and elements: tubular cylindrical segment 1; input support nipple 2; output support nipple 3; groove ring 4; end sealing washer 5; spring 6; packing adjustment nut 7; connection input nipple 8; screw winding (or undercut) 9; heat exchanger tube 10; tube grill heat exchanger 11; lock nut 12; washer 13.

Для наглядности на фиг. 1 и 2 показано взаимное расположение трубной решетки и предлагаемого устройства очистки. For clarity, in FIG. 1 and 2 show the relative position of the tube sheet and the proposed cleaning device.

Пример. Example.

Конструктивно устройство состоит из 2-х сегментов 1, представляющих собой половины трубки (сегменты) с толщиной стенки Δ , разрезанной по диаметру вдоль образующей. Сегменты установлены относительно продольной оси с эксцентриситетом ε и закреплены на торцах в опорных штуцерах 2, 3. В результате сдвига между каждой закругленной кромкой одного из сегментов и заостренной кромкой другого образуются две щели шириной ≈ (2 · ε - Δ), где ε - эксцентриситет, а Δ - радиальная толщина стенки обтекаемого профиля гидродинамического резонатора. Structurally, the device consists of 2 segments 1, representing half the tube (segments) with a wall thickness Δ cut in diameter along the generatrix. The segments are mounted relative to the longitudinal axis with the eccentricity ε and fixed at the ends in the supporting fittings 2, 3. As a result of a shift between each rounded edge of one of the segments and the pointed edge of the other, two slots are formed with a width of ≈ (2 · ε - Δ), where ε is the eccentricity , and Δ is the radial wall thickness of the streamlined profile of the hydrodynamic resonator.

Опорные штуцера 2, 3 закреплены в подшипниках скольжения. Таким образом, сегменты имеют возможность свободного вращения вокруг оси. При подаче рабочей жидкости под давлением 0,2->2,5 МПа в канал между сегментами поток проходит через щели между кромками, в результате чего пара сил создает вращающий момент, приложенный к насадке. The support nipples 2, 3 are fixed in the plain bearings. Thus, the segments have the possibility of free rotation around the axis. When the working fluid is supplied under a pressure of 0.2-> 2.5 MPa into the channel between the segments, the flow passes through the cracks between the edges, as a result of which a couple of forces creates a torque applied to the nozzle.

Для быстрого ориентирования и приварки сегментов 1 к соединительным и опорным штуцерам 2, 3 предусмотрены кольцевые канавки 4. Процесс очистки может выполнятся только в наполненном рабочей жидкостью пространстве. Для поддержания режима затопления внутри наружного кольцевого канала на входе и выходе очищаемых трубок установлены капролоновые подпружиненные уплотнительные шайбы 5. Подключение каждой насадки к циркуляционному насосу осуществляется с помощью гибких шлангов через резьбовое штуцерное соединение 8. Уплотнение подпружиненных шайб регулируется с помощью гайки 7. Для вывода продуктов очистки предусмотрена винтовая навивка или выточка 9, которая создает эффект негерметичного винтового насоса. For quick orientation and welding of segments 1 to the connecting and supporting fittings 2, 3, annular grooves are provided 4. The cleaning process can only be carried out in a space filled with working fluid. To maintain the regime of flooding inside the outer annular channel, caprolon spring-loaded sealing washers are installed at the inlet and outlet of the pipes to be cleaned. 5. Each nozzle is connected to the circulation pump using flexible hoses through a threaded connection 8. The spring-loaded washers are sealed with a nut 7. To output the products cleaning provided screw winding or undercut 9, which creates the effect of leaky screw pump.

Для очистки внутренней поверхности описываемое устройство вводят в трубку теплообменника. Через штуцер в пространство очищаемой трубки под давлением подают воду. В результате истечения потока воды, вытекающего через щели между сегментами, его кинетическая энергия переходит в энергию вихревого движения. Вихри, образующиеся при сбегании потока с кромок сегментов, приводят к пульсациям давления в потоке и являются первопричиной возникновения ультразвуковых колебаний. Длина волны звуковых колебаний определяется по формуле:

где C₀ - скорость звука, f - частота звуковых колебаний.To clean the inner surface of the described device is introduced into the tube of the heat exchanger. Water is supplied under pressure into the space of the tube being cleaned. As a result of the flow of water flowing through the cracks between the segments, its kinetic energy passes into the energy of the vortex motion. Vortices formed when the flow escapes from the edges of the segments, lead to pressure pulsations in the flow and are the root cause of ultrasonic vibrations. The wavelength of sound vibrations is determined by the formula:

where C ₀ is the speed of sound, f is the frequency of sound vibrations.

Длина стоячей УЗ волны λ может быть определена по формуле:
λ = π(R+2ε),
где ε - эксцентриситет, R - радиус наружной поверхности сегмента.The length of a standing ultrasonic wave λ can be determined by the formula:
λ = π (R + 2ε),
where ε is the eccentricity, R is the radius of the outer surface of the segment.

Сегменты вращаются под действием пары сил, возникающей в результате истечения воды. Стоячие УЗ волны, возникающие в кольцевом зазоре между кромками сегментов и стенкой очищаемой трубы, перемещаются по внутренней поверхности трубы в соответствии с вращением сегментов и усиливают процесс очистки. Segments rotate under the action of a pair of forces arising from the outflow of water. Standing ultrasonic waves arising in the annular gap between the edges of the segments and the wall of the pipe being cleaned move along the inner surface of the pipe in accordance with the rotation of the segments and enhance the cleaning process.

Предлагаемое устройство основано на принципе гидродинамической генерации ультразвуковых (УЗ) колебаний, используемом в ультразвуковых диспергаторах. Возникающие стоячие УЗ волны инициируют зоны кавитации в кольцевом межтрубном канале, образованном внутренней поверхностью труб и наружной поверхностью сегментов. Усиление эффекта очистки достигается при кратности отношения длины струи к длине УЗ волны. Длину струи измеряют по дугам боковой поверхности сегментов насадки. Диаметр боковой поверхности сегмента определяют отношением скорости звука к частоте УЗ колебаний. The proposed device is based on the principle of hydrodynamic generation of ultrasonic (ultrasound) oscillations used in ultrasonic dispersers. The resulting standing ultrasonic waves initiate cavitation zones in the annular annular channel formed by the inner surface of the pipes and the outer surface of the segments. The enhancement of the cleaning effect is achieved when the ratio of the length of the jet to the length of the ultrasonic wave is multiplied. The length of the jet is measured along the arcs of the lateral surface of the nozzle segments. The diameter of the side surface of the segment is determined by the ratio of the speed of sound to the frequency of ultrasonic vibrations.

В предлагаемом устройстве достигаются эффекты: "разрыхления" поверхностных слоев материала кавитационными микроструями разрушающихся пузырьков, силового воздействия пристенных течений в циркулирующей рабочей жидкости, осевого перемещения продуктов очистки за счет насосного действия винтовой навивки на корпусе насадки. In the proposed device, the effects are achieved: "loosening" of the surface layers of the material by cavitation microjets of collapsing bubbles, the force of the wall flows in the circulating working fluid, the axial movement of the cleaning products due to the pump action of the screw winding on the nozzle body.

Заявляемое устройство для очистки поверхности труб по своей сути является гидродинамическим генератором ультразвуковых волн, в результате применения которого с помощью кавитации достигается эффект дробления и "разрыхления" отложений. The inventive device for cleaning the surface of the pipes is inherently a hydrodynamic generator of ultrasonic waves, as a result of which, using cavitation, the effect of crushing and "loosening" of deposits is achieved.

Устройство отличается от известных возможностью равномерной и высокоэффективной обработки внутренней поверхности труб по всей длине и обеспечивает заданные параметры качества поверхностного слоя. Это становится возможным за счет более качественной очистки путем разрыхления и высокодисперсного дробления отложений на внутренних поверхностях труб теплообменников, которое происходит в результате совместного действия вихревых течений и кавитационных микроструй, создаваемых конструкцией, генерирующей ультразвуковые волны при подаче жидкости под давлением. The device differs from the known ones in the possibility of uniform and highly efficient processing of the inner surface of the pipes along the entire length and provides the specified quality parameters of the surface layer. This becomes possible due to better cleaning by loosening and finely crushing deposits on the inner surfaces of the heat exchanger tubes, which occurs as a result of the combined action of vortex flows and cavitation microjets created by a structure that generates ultrasonic waves when liquid is supplied under pressure.

Claims

1. A device for cleaning the inner surface of the pipes, including a pump connected by flexible hoses and a threaded fitting to the cleaning nozzle, characterized in that the cleaning nozzle contains two segments made of two pipe halves, cut in diameter along the generatrix, fastened together at the ends by means of fittings installed in sliding bearings, the segments being mounted relative to the longitudinal axis with eccentricity so that between each rounded edge of one of the segments and the sharpened edge of another slit formed clearances width 2ε-Δ, where ε - eccentricity and Δ - the wall thickness.

2. The device according to claim 1, characterized in that the diameter of the circle described around the segments is a multiple of the length of the ultrasonic waves arising in the gap.

3. The device according to claim 1, characterized in that the cleaning nozzle is made screw.

4. The device according to claim 1, characterized in that the annular grooves are made in the support fittings for fixing segments.

5. The device according to claim 1, characterized in that the spring-loaded end washers are installed at the inlet and outlet of the tubes to be cleaned.