Водотрубный нагнетатель для очистки теплоносителей, в частности, поверхности нагрева топки

 

Изобретение относится к области очистки теплоносителей, в частности поверхностей нагрева топки в паровых котлах. Нагнетатель, закрепленный горловиной сопловой трубки с помощью переднего карданного шарнира в люке или в канале обмуровки топочного экрана и задней частью обдувочной трубки, установлен в направляющей с возможностью вертикального перемещения по высоте и горизонтального перемещения на известном блоке линейного перемещения с помощью заднего карданного шарнира, внутренняя часть которого представляет собой направляющую в виде гильзы, в которой размещена с возможностью осевого перемещения сопловая трубка, причем сопловая трубка содержит сопло и сопловую головку, отличающийся тем, что управляемый автономно через серводвигатели с преобразователем координат, горизонтально перемещаемый и смещаемый по высоте известный горизонтальный блок линейного перемещения с помощью крестового суппорта способен перемещаться на вертикально расположенном блоке линейного перемещения, закрепляемом посредством вспомогательной рамы и двух крепежных консолей на стенке котла, причем установленный на вертикальном блоке линейного перемещения задний карданный шарнир выполнен в виде закрытой сдвоенной рамочной конструкции, наружная рама которого в верхней своей части через промежуточную деталь соединена посредством двух фланцев с выступами на вертикальном блоке линейного перемещения, причем соединительный фланец имеет выемку под болт, так что образуются верхняя и нижняя точки вращения, и болт через другую промежуточную деталь закрепляется во внутренней раме сдвоенной рамочной конструкции, в центре которой поперечным болтом закреплена направляющая, с двух сторон которой предусмотрены соединительные детали под соответствующую гофрированную мембрану, причем между сопловой головкой и передним карданным шарниром размещена соединительная деталь, имеющая в месте посадки сопла в сопловую головку коническое расширение, во внутренней части переднего карданного шарнира подогнанное под нее утолщение в форме венца и в передней части сопловой головки насаженное на нее распределительное кольцо с выемками, которое соединено с сопловой головкой предпочтительно при помощи резьбы. Устройство легко транспортируется отдельными частями, является простым в сборке и ремонте, обеспечивает точность управления и высокую точность воспроизведения картины обдува без высоких производственных затрат, предупреждает загрязнение сопловой головки и повышает эффективность охлаждения последней. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Водотрубный нагнетатель для очистки теплоносителей, в частности поверхности нагрева топки в паровых котлах, который закреплен горловиной сопловой трубки посредством карданного шарнира в люке или в канале обмуровки топочного экрана и задней частью сопловой трубки размещен в направляющей, закрепленной с возможностью вертикального смещения по высоте и горизонтального перемещения на известном блоке линейного перемещения посредством другого карданного шарнира, внутренняя часть которого представляет собой направляющую в виде гильзы, в которой размещена с возможностью осевого перемещения сопловая трубка, причем последняя содержит сопло и сопловую головку.

Изобретение относится к водотрубному нагнетателю для очистки теплоносителей, в частности поверхности нагрева топки в паровых котлах, который горловиной обдувочной трубки закреплен с помощью карданного шарнира в люке или в канале обмуровки топочного экрана и задней частью сопловой трубки размещен в направляющей, закрепленной с возможностью вертикального перемещения по высоте и горизонтального перемещения на известном блоке линейного перемещения посредством карданного шарнира, внутренняя часть которого представляет собой направляющую в виде гильзы, в которой размещена с возможностью осевого перемещения сопловая трубка, причем последняя трубка содержит сопло и сопловую головку.

Согласно DE 4142448 известен водоструйный аппарат для очистки теплоносителей, который горловиной сопловой трубки посредством карданного шарнира закреплен в люке топочного экрана и задней частью сопловой трубки размещен в направляющей опоре, которая перемещается по высоте на вертикальном шпинделе, причем вертикальный шпиндель вверху и внизу перемещается по горизонтали соответственно на горизонтальном шпинделе. Горизонтальные шпиндели размещены своими концами в коробе, где они закреплены и с одной стороны находятся в кинематической связи между собой.

Направляющая опора состоит из корпуса, который без возможности вращения установлен на вертикальном шпинделе и с боковой стороны имеет вилочное крепление, в котором расположена обойма в форме кардана, снабженная во внутренней части гильзой, в которой помещается с осевым перемещением сопловая трубка.

Горизонтальные шпиндели в этом водоструйном аппарате окружены гофрированной мембраной, которая защищает шпиндели от загрязнений.

Недостатком этого водоструйного аппарата является то, что нижний горизонтальный шпиндель приводится в движение роликовой цепью от верхнего горизонтального шпинделя. В связи с предусмотренным для роликовой цепи рабочим допуском и возникающими во время эксплуатации изменениями длины роликовой цепи требуется дополнительное регулирование нижнего горизонтального шпинделя в обоих боковых коробах.

Таким образом, крепление нижнего шпинделя необходимо постоянно ослаблять, переустанавливать, выправлять точно параллельно по верхнему шпинделю и затем вновь натягивать.

Кроме того, во время эксплуатации не предусматривается ни горизонтальное, ни вертикальное отклонение сопловой трубки относительно среднего положения и таким образом невозможен контроль автоматически протекающего процесса очистки.

Смена относительно быстро изнашивающихся гофрированных мембран на горизонтальных шпинделях делает необходимым демонтаж шпинделей из коробов.

Известен также водоструйный аппарат, который установлен в люке топочного экрана с помощью специальной коробчатой конструкции, снабжен отдельными соплами, направляется двумя горизонтальными и одним вертикальным шпинделями и регулируется при помощи вилочного крепления с угловой шкалой и штифтом с насечками (DE 19637700).

Оба традиционных водоструйных аппарата содержат два горизонтальных и один вертикальный шпиндели, перемещаемые асинхронными двигателями, причем на вертикальном шпинделе через вилочное крепление установлен карданный шарнир для направления сопловой трубки.

Управление обоими аппаратами возможно через асинхронные двигатели только при помощи датчиков шага приращения по данным опорных точек траектории обдува в результате подсчета импульсов. Зависящий от оперативного времени программного управления (ПУ), а также от люфта в гайках шпинделей процесс страдает от многих неточностей. Конструкция аппарата требует затрат и является относительно дорогостоящей. Крепление или направляющая опора сопловой трубки на вилочной конструкции неустойчивы. Кроме того, этот аппарат с трудом согласуется с различными конструкциями котлов, в частности, при стесненных условиях помещения. Угол обдува ограничен максимально 60°. Транспортировка аппарата возможна лишь в сборке.

Исполнение головки сопла и самого сопла описано в DD 205976. Крепление перемещаемой сопловой трубки для очистки теплоносителей в топочном экране показано в DD 235103.

Всем представленным водоструйным аппаратам свойственно то, что далеко неудовлетворительно осуществляется чистка сопловой головки от загрязнений, попадающих из парового котла через люк в месте расположения сопловой головки или сопла.

Известен (DE 4239410 A1) водоструйный аппарат для очистки теплоносителей, в котором корпус аппарата и карданная подвеска образованы одной конструкцией, при этом имеющая Т-образную форму призматическая шпонка соединена с корпусом аппарата специальным образом через фланец и вал.

Конструктивное исполнение этого водоструйного аппарата усложнено. Следствием этого являются неполадки в работе из-за загрязнений и нежелательное истечение остаточной воды после отключения аппарата.

Также известна конструкция для охлаждения водоструйного аппарата, в которой сопловая головка аппарата выполнена из двух расположенных V-образно, под углом относительно друг друга, сопел (DD 268759 A1).

Вокруг обоих угловых сопел установлен расширяющийся трубчатый кожух, через который задувается холодный воздух. Расширяющаяся холодная воздушная струя производит недостаточное охлаждение сопел. В частности, в центр сопел вовсе не поступает холодный воздух. Таким образом, невозможно эффективно удалять накипь.

Известно другое паровое сопло, в котором нагруженное паром сопло охлаждается воздухом через радиальные щели (DE-PS 202062). С радиальными щелями устройство эффективной пленочной защиты вокруг сопла невозможно. Кроме того, сопло выполнено жестким и неподвижным.

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать такой водотрубный нагнетатель, который может быть транспортируем без проблем отдельными частями, является простым в сборке и ремонте, делает возможным осуществление точного управления и высокой точности воспроизведения картины обдува, не требуя высоких производственных затрат, позволяет в производственных условиях по возможности предупредить загрязнение сопловой головки или без трудоемких мер производить постоянную чистку, чтобы исключить из-за зашлаковки снижение в любой момент времени мощности исходящей из сопла струи, а также повысить эффективность охлаждения сопла.

Это достигается согласно изобретению за счет того, что управляемый автономно через серводвигатели с преобразователем координат, горизонтально перемещаемый и смещаемый по высоте известный горизонтальный блок линейного перемещения с помощью крестового суппорта перемещается на вертикально расположенном блоке линейного перемещения, который крепится посредством вспомогательной рамы и двух крепежных консолей на стенке котла, причем установленный на блоке линейного перемещения карданный шарнир выполнен в виде закрытой сдвоенной рамочной конструкции и наружная рама в верхней своей части через промежуточную деталь посредством двух фланцев соединена с выступами на блоке линейного перемещения, причем соединительный фланец имеет выемку под болт, так что образуются верхняя и нижняя точки вращения, и болт через другую промежуточную деталь закрепляется во внутренней раме, в центре которой поперечным болтом крепится направляющая в виде гильзы сопловой трубки, с двух сторон которой расположены соединительные детали под гофрированную мембрану, при этом между сопловой головкой и передним карданным шарниром размещена соединительная деталь, имеющая в месте посадки сопла в сопловую головку коническое расширение, во внутренней части переднего карданного шарнира - подогнанное под нее утолщение в форме венца и в передней части сопловой головки - насаженное на нее распределительное кольцо с круглыми выемками, которое соединено с сопловой головкой предпочтительно при помощи резьбы.

Блоки линейного перемещения выполнены с возможностью замены по размерам в соответствии с типом котла и в зависимости от условий размещения могут устанавливаться также под углом.

Закрепленные на соединительных деталях гофрированные мембраны соединены с сопловой трубкой.

Профильный элемент для закрепления блока линейного перемещения на стенке котла выполнен предпочтительно в виде швеллера с фланцем.

Другой отличительный признак изобретения состоит в том, что благодаря расположенным по кругу вокруг сопла выемкам в соединительной детали и ее посадке в передний карданный шарнир осуществляется целевое использование перепада давления между котельным отделением и топкой. При этом снабженное выемками расширение соединительной детали позволяет с особым преимуществом использовать этот перепад давления таким образом, что, с одной стороны, воздушный поток, существенно не меняя свое направление, омывает в виде пелены сопло и, с другой стороны, благодаря конусообразно увеличенному входу и выемкам распределителя повышается скорость его протекания.

Следствием этого является то, что практически исключается оседание загрязнений или во всяком случае имеющиеся отложения устраняются эффективно без использования дополнительных средств. В этом смысле при подаче более равномерного воздушного потока не возникают ненужные завихрения, которые могли бы снизить эффект. Кроме того, сопло значительно меньше нагружается высокими температурами сгорания котла, поскольку происходит сильное охлаждение за счет поступающего пеленой воздушного потока. На распределительном кольце предусмотрены круглые выемки.

Благодаря встроенному выпрямителю потока на входе сопловой трубки водяная струя также в значительной степени освобождается от завихрений, так что за счет взаимодействия согласно изобретению направленной водяной струи и целенаправленного воздушного потока достигается максимальное усиление и концентрация воздействия по обдуву и очистке.

Ниже приводится более детальное пояснение изобретения на основании примера исполнения и чертежей, на которых показывают:

фиг. 1 - водоструйный нагнетатель вместе с креплением в поперечном разрезе;

фиг. 2 - нагнетатель вместе с креплением в продольном разрезе;

фиг. 3 - нагреватель с серводвигателями в виде сверху;

фиг. 4 - задний карданный шарнир со сдвоенной рамочной конструкцией в поперечном разрезе;

фиг. 5 - направляющая сопловой трубки с соединительной деталью для гофрированной мембраны;

фиг. 6 - головка сопловой трубки с передним карданным шарниром и соединительной деталью в продольном разрезе;

фиг. 7 - соединительная деталь в продольном разрезе;

фиг. 8 - соединительная деталь в поперечном разрезе;

фиг. 9 - выпрямитель в продольном разрезе;

фиг. 10 - выпрямитель в поперечном разрезе.

Конструкция водотрубного нагнетателя присоединена через вспомогательную раму 1 при помощи швеллера 2 и крепежного фланца 3 к стенке 4 котла и через крепежные консоли 5, 6 к каналу обмуровки 7 (фиг. 1 и 2). Подвижность сопловой трубки 8 обеспечивается, с одной стороны, при помощи вертикального и горизонтального блоков 9, 10 линейного перемещения, соединенных между собой крестовым суппортом 11, и, с другой стороны, при помощи переднего и заднего карданных шарниров 12, 13. Если передний карданный шарнир 12 выполнен в круглой форме с небольшой шириной зазора, то задний карданный шарнир 13 выполнен в виде закрытой сдвоенной рамочной конструкции 14 с наружной рамой 15 и внутренней рамой 16.

Наружная рама 15 с помощью промежуточной детали 17, а также выступов 18 и фланца 19, 20 соединена с вертикальным блоком 9 линейного перемещения.

Внутренняя рама 16 крепится к наружной раме 15 через выемку 21 и промежуточный элемент 22 при помощи вертикального болта 23.

Направляющая 24 сопловой трубки (фиг. 4) удерживается при помощи горизонтального болта 25 по центру внутренней рамы 16. Направляющая 24 сопловой трубки имеет с двух сторон соединительные элементы 26, 27 под соответствующие гофрированные мембраны 28, 29, соединенные другими своими концами с сопловой трубкой 8, в связи с чем прочная скользящая направляющая сопловой трубки 8 даже при большом выходе пыли и грязи остается чистой (фиг. 5).

Каждый блок 9, 10 линейного перемещения приводится в действие при помощи серводвигателей 30, 31.

Серводвигатели 30, 31 соединены через преобразователь координат 32, 33 с соответствующим блоком управления 34, 35.

Прикрепленная к направляющей 24 в виде гильзы сопловой трубки сопловая головка 36 имеет в головной части сопло 37 (фиг. 6).

Соединительная деталь 40 при помощи своего утолщения в виде венца 39 крепится/подгоняется в передний карданный шарнир 12 и отличается цилиндрической частью 46, примыкающим к ней коническим расширением 38 и расширенной цилиндрической частью 49 (фиг. 7). На участке расширенной цилиндрической части 49 соединительная деталь 40 имеет распределительное кольцо 42 с круглыми выемками 41, которое входит в углубление 43 сопловой головки 36 и закрепляется в нем.

Размещенный на входе гильзы сопловой трубки выпрямитель 44 содержит встроенный дефлектор 45 для выравнивания течения водяной струи (фиг. 9 и 10).

Принцип функционирования изобретения следующий.

Водотрубный нагнетатель служит для удаления загрязнений на поверхностях нагрева в топочных устройствах. Подаваемая вода резко охлаждает накипи на горячих пучках труб, в связи с чем шлак откалывается.

Для очистки поверхностей нагрева вода подается под высоким давлением по сопловой трубке, на конце которой установлено сопло (не представлено). Сопловая трубка в задней части встроена в систему осей, которая позволяет задействовать любые координаты XY в рамках механических границ. Крепление сопловой трубки в передней части позволяет водяной струе, благодаря техническому решению согласно изобретению, охватить по отношению к осевой середине трубки конус/пирамиду до ±100°.

Изменение положения осей осуществляется сервоприводами, которые в отличие от других систем характеризуются точностью позиционирования. После установления опорных точек через автономный концевой выключатель - и включения напряжения питания - все команды по изменению ускорения, торможения, скорости и позиционирования контролируются и управляются встроенной в двигатель системой преобразования координат. Отклонения от заданного положения (также после позиционирования) отслеживаются автоматически. В данном случае можно говорить о позиционном регулировании. Эта система устраняет неточности в изменениях по перемещению, вызванных, например, механическим старением.

Для оптимизации очистки поверхностей нагрева можно осуществить программирование каждого изменения, так называемые траектории обдува. Они закладываются в блок управления осей. После запуска программы преобразователь координат осуществляет траекторию обдува самостоятельно. Непосредственно из программы управляются как зависимость осей Х и Y между собой, так и вентиль включения и отключения водяной струи. Во время программы обдува не требуются команды из управляющих систем высшего порядка. После завершения программы появляется сигнал готовности.

Чтобы обеспечить без дополнительных затрат постоянную очистку сопловой головки 36 и предотвратить загрязнение, согласно изобретению через выемки 41 в распределительном кольце 42 осуществляется за счет перепада давления между котельным отделением и топкой подача воздуха 50 с большим увеличением скорости протекания вокруг сопла 37 в форме пелены. Таким образом, без привлечения вспомогательных средств и дополнительных затрат, с одной стороны, в значительной степени исключается образование накипи и налипание частичек пыли из топки и, с другой стороны, осуществляется устранение все же образовавшихся наслоений.

Это производится без ненужного изменения направления потока воздуха 50 и без его завихрения.

За счет установки выпрямителя 44 с встроенным дефлектором 45 на входе гильзы 24 сопловой трубки водяная, струя формируется таким образом, что в сопле 37 она распыляется как ламинарный поток и, следовательно, даже в больших парогенераторах со значительными сечениями может быть получена эффективная очистка.

Благодаря изобретению достигаются следующие преимущества.

1. Конструктивное устройство водотрубного нагнетателя значительно упрощается вследствие ненужности:

- горизонтального шпинделя;

- обоих коробчатых профилей;

- корпусная конструкция.

2. Благодаря применению блоков линейного перемещения вместо обычных шпинделей нагнетатель

- проще устанавливается в любых условиях размещения;

- устанавливается с возможностью поворота (под углом);

- демонтируется для транспортировки;

- проще при сборке и разборке;

- не вызывает затруднений при ремонте.

3. Благодаря разработке нового конструктивного исполнения заднего карданного шарнира в виде закрытой сдвоенной рамочной конструкции и изменения подвески создается точная направляющая симметричная система, которая является очень стабильной и подвижной.

4. В связи с вышеизложенным значительно увеличивается подъем и таким образом повышается угол перемещения максимально до 100°.

5. За счет применения серводвигателей с системой преобразования координат и использования новых блоков управления, автономных для каждого блока линейного перемещения, создается

- безошибочная система регулирования с очень высокой точностью воспроизведения траектории обдува,

- устанавливается взаимосвязь приборов управления различных блоков линейного перемещения,

- отпадает за ненадобностью слежение водотрубного нагнетателя,

- создается возможность централизованного цифрового контроля от установки мощности до заданного значения генератора,

- создается возможность осуществления в одном приборе комплексного управления перемещениями и регулирования скоростей,

- минимальное каблирование.

6. Возможно устранение за ненадобностью определения опорных точек, пошаговых датчиков, подсчета импульсов и используемых до настоящего времени асинхронных двигателей.

7. Возможны без привлечения дополнительных средств простая и эффективная очистка сопла от загрязнений, а также одновременное охлаждение сопловой головки.

Перечень используемых обозначений

1. Вспомогательная рама

2. Швеллер

3. Крепежный фланец

4. Стенка котла

5. Крепежная консоль

6. Крепежная консоль

7. Канал в обмуровке

8. Сопловая трубка

9. Вертикальный блок линейного перемещения

10. Горизонтальный блок линейного перемещения

11. Крестовой суппорт

12. Передний карданный шарнир

13. Задний карданный шарнир

14. Сдвоенная рамочная конструкция

15. Наружная рама

16. Внутренняя рама

17. Промежуточная деталь

18. Выступы

19. Фланец

20. Фланец

21. Выемка

22. Промежуточная деталь

23. Вертикальный болт

24. Гильза сопловой трубки

25. Поперечный болт

26. Соединительный элемент

27. Соединительный элемент

28. Гофрированная мембрана

29. Гофрированная мембрана

30. Серводвигатель

31. Серводвигатель

32. Преобразователь координат

33. Преобразователь координат

34. Блок управления

35. Блок управления

36. Сопловая головка

37. Сопло

38. Конусное расширение

39. Утолщение в виде венца

40. Соединительная деталь

41. Выемка

42. Распределительное кольцо

43. Углубление

44. Выпрямитель

45. Встроенный дефлектор

46. Цилиндрическая часть

49. Расширенная цилиндрическая часть

50. Воздух

Формула изобретения

1. Водотрубный нагнетатель для очистки теплоносителей, в частности поверхности нагрева топки в паровых котлах, который закреплен горловиной сопловой трубки (8) с помощью переднего карданного шарнира (12) в люке или в канале (7) обмуровки топочного экрана и задней частью сопловой трубки (8) установлен в направляющей, закрепленной с возможностью вертикального перемещения по высоте и горизонтального перемещения на известном блоке линейного перемещения с помощью заднего карданного шарнира (13), внутренняя часть которого представляет собой направляющую (24) в виде гильзы, в которой размещена с возможностью осевого перемещения сопловая трубка (8), причем сопловая трубка (8) содержит сопло (37) и сопловую головку (36), отличающийся тем, что управляемый автономно через серводвигатели (30, 31) с преобразователем координат (32, 33), горизонтально перемещаемый и смещаемый по высоте известный горизонтальный блок (10) линейного перемещения с помощью крестового суппорта (11) способен перемещаться на вертикально расположенном блоке (9) линейного перемещения, закрепляемом посредством вспомогательной рамы (1) и двух крепежных консолей (5, 6) на стенке котла, причем установленный на вертикальном блоке (9) линейного перемещения задний карданный шарнир (13) выполнен в виде закрытой сдвоенной рамочной конструкции (14), наружная рама (15) которого в верхней своей части через промежуточную деталь (17) соединена посредством двух фланцев (19, 20) с выступами (18) на вертикальном блоке (9) линейного перемещения, причем соединительный фланец (20) имеет выемку (21) под болт (23), так что образуются верхняя и нижняя точки вращения, и болт (23) через другую промежуточную деталь (22) закрепляется во внутренней раме (16) сдвоенной рамочной конструкции (14), в центре которой поперечным болтом (25) закреплена направляющая (24), с двух сторон которой предусмотрены соединительные детали (26, 27) под соответствующую гофрированную мембрану (28, 29), причем между сопловой головкой (36) и передним карданным шарниром (12) размещена соединительная деталь (40), имеющая в месте посадки сопла (37) в сопловую головку (36) коническое расширение (38), во внутренней части переднего карданного шарнира (12) подогнанное под нее утолщение в форме венца (39) и в передней части сопловой головки (36) - насаженное на нее распределительное кольцо (42) с выемками (41), которое соединено с сопловой головкой (36) предпочтительно при помощи резьбы.

2. Водотрубный нагнетатель по п.1, отличающийся тем, что блоки (9, 10) линейного перемещения выполнены с возможностью замены по размерам в соответствии с типом котла.

3. Водотрубный нагнетатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что блоки (9, 10) линейного перемещения с отклонением от их вертикального или горизонтального положения установлены под углом соответственно условиям помещения.

4. Водотрубный нагнетатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что установленные на соединительных деталях (26, 27) гофрированные мембраны (28, 29) соединены с сопловой трубкой (8).

5. Водотрубный нагнетатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что профильный элемент (2) для закрепления блоков (9,10) линейного перемещения на стенке котла выполнен в виде швеллера с фланцем.

6. Водотрубный нагнетатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что распределительное кольцо (42) имеет круглые выемки (41).

7. Водотрубный нагнетатель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на входе направляющей сопловой трубки установлен выпрямитель (44) с встроенным дефлектором (45).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10