Спосіб очистки елементів і систем опалення та гарячого водопостачання від твердих відкладень та пристрій для його реалізації

Група винаходів стосується очистки внутрішніх поверхонь систем і елементів центрального водяного опалення будинків від твердих, в основному мулисти х відкладень, і може бути використана в комунальному господарстві для прочищення забитих і засмічених радіаторів центрального опалення, стояків і трубопровідної обв'язки, для очистки автономних систем водопостачання й внутрішніх поверхонь теплообмінного обладнання. Загальновідомо, що утворення накипу з води при її нагріванні в теплообмінному обладнанні знижує його теплотехнічні параметри, погіршуючи теплообмін через низьку теплопровідність накипу й зменшення прохідного перетину теплообмінних апаратів. У системах опалення накип не утворюється, тому що в них іде зворотній процес - передача тепла від теплоносія до повітря. Однак, через малі швидкості потоку теплоносія, у радіаторах і тр убопроводах осаджуються наявні у воді тверді частки, поступово зменшуючи прохідні перетини трубопроводів і радіаторів і утр удняючи циркуляцію теплоносія в системі. Зазначені явища ведуть до утворення застійних зон, перерозподілу потоку теплоносія, зниженню швидкості циркуляції й, як наслідок, до нерівномірного нагрівання опалювальних елементів і загального зниження ефективності роботи системи опалення. Відомий спосіб очистки внутрішніх поверхонь опалювальних радіаторів внутрішнє будинкових тепловодомереж і пристрій для його здійснення (1). Спосіб включає від'єднання радіаторів від опалювальної системи, заповнення їх водою з повітряною подушкою й створення гідро ударів. У відомому способі створюють зони гідро ударів і формують їх стисненим повітрям у кожній секції радіатора в нижній частині у двох напрямках у бік вертикальних порожнин і уловлюють водоповітряну рідину зі зруйнованими відкладеннями через верхню частину радіатора, після чого відокремлюють від відкладень і повертають рідину в нижню частину радіатора, причому імпульси стисненого повітря подають після обробки попередньої секції по черзі в наступну секцію й контролюють зони гідро ударів під вертикальними порожнинами кожної секції. Недоліками даного способу є необхідність від'єднання опалювальної батареї від системи опалення для здійснення очистки, складність і громіздкість обладнання для очистки, неможливість очищати інші елементи системи опалення (стояки й трубопровідна обв'язка). Процес очистки носить тривалий характер, тому що очищати кожну секцію батареї необхідно послідовно. Відомий також спосіб очистки теплообмінних елементів (2). Спосіб полягає в зануренні теплообмінного елемента в місткість із водою й впливі на нього електрогідравлічними ударами за допомогою системи електродів. Крім того, у відомому способі заповнення водою теплообмінного елементу роблять не більше ніж на 90 %, а енергію до середніх електродів подають в 1,5-3,0 рази нижче, ніж до крайніх електродів, при цьому високовольтні електроди розміщують із двох протилежних сторін кожного теплообмінного елемента, а вплив електрогідравлічних ударів сполучають із зануренням елементів у контейнер з водою й витягуванням з нього. Недоліки такого способу - велика працемісткість при від'єднанні опалювальних батарей від системи опалення і їх зворотна установка, складна апаратура й тривалий процес очистки, неможливість комплексної очистки системи опалення. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є спосіб очистки внутрішніх поверхонь трубопроводів від забруднень і пристрій для його здійснення (3). Спосіб включає генерацію ударних хвиль у рідині різкою подачею під великим тиском імпульсів стисненого повітря. При цьому ударну хвилю генерують у безпосередній близькості від входу в тр убопровід у гідроблоці, а заповнення трубопроводу робочою рідиною й злив забруднень здійснюють також через гідроблок в одному замкнутому циклі. Пристрій для здійснення способу містить пнемо таран із джерелом стисненого повітря й гідро блок у вигляді хреста, що сполучається однією парою патрубків із пнемо тараном і трубопроводом, а іншою - із джерелом робочої рідини і місткістю для зливу. Гідро блок виконаний з можливістю поперемінного попарного з'єднання «пнемо таран - трубопровід», «робоча рідина - трубопровід» і «трубопровід - місткість для зливу». Патрубок, що з'єднується із трубопроводом, забезпечений фланцевою гайкою з перехідником для приєднання до труб різного діаметру, а інші патрубки забезпечені кульовими вентилями. Недоліком цього способу очистки внутрішньої поверхні трубопроводів від забруднень є неможливість їх ефективної очистки при дотриманні вимог по техніці безпеки, оскільки підвищення тиску в системі, яку очищують, внаслідок впливу високого тиску повітря може привести до ушкодження системи, яку очищують, і появи небезпеки травматизму на виробництві. Завданням, розв'язуваним пропонованим винаходом, є підвищення якості й швидкості очистки, зниження працевитрат, простота в роботі й підвищення безпеки в обслуговуванні обладнання. Для рішення поставленого завдання пропонується спосіб очистки елементів і систем опалення й гарячого водопостачання від твердих відкладень шляхом створення в попередньо заповненій водою системі, яку очищують, за допомогою імпульсів стисненого повітря, гідро ударів і кавітаційного ефекту для р уйнування відкладень і видалення їх з системи, яку очищують, потоком води. При цьому відповідно до винаходу ударну хвилю генерують шля хом впливу на воду, що заповнює систему, вакуумом і імпульсами стисненого повітря експонентної форми з великою крутістю переднього фронту, при цьому тиск стисненого повітря для генерування ударної хвилі вибирають не вище розрахункового робочого тиску в системі, яку очищують, а для перемішування зруйнованих відкладень із водою воду в системі під час впливу імпульсу розганяють порцією повітря, що подається в систему, до швидкостей, що викликають кавітаційний ефект. Стиснене повітря утворює у заповненій водою системі водоповітряну суміш і розганяє її до більших швидкостей, що приводить до виникнення ефекту кавітації на межах розділу «вода - відкладення - стінки». Фронт ударної хвилі й кавітація руйнують відкладення, що скопилися на стінках системи, а водоповітряна суміш інтенсивно перемішує їх і утворює суспензію, що через комутатор видаляється із системи потоком води у зливну магістраль. Таким чином, спосіб містить у собі створення за допомогою імпульсів стисненого повітря в попередньо заповнених водою обігрівальних елементах і системі опалення одночасно як гідроударів, так і кавітаційного ефекту, що сприяє більш повному руйн уванню відкладень і видаленню їх із системи потоком води. Для реалізації способу пропонується пристрій (див фіг. 1), що включає ресивер 1 у вигляді герметичної посудини для акумуляції стисненого повітря із установленими на ньому штуцером 2 для підведення повітря й манометром 3. Усередині ресивера, для виключення сполучних магістралей і, як наслідок, додаткового опору, розміщений імпульсний клапан 4 із приєднаним до вихідного отвору імпульсного клапана комутатором 5, що забезпечує з'єднання ресивера за допомогою патрубків 6 і 7 і запірних елементів 8 і 9 з системою, яку очищують, або зі зливною магістраллю, відповідно. Імпульсний клапан 4 (див. фіг. 2) являє собою корпус 10, усередині якого розміщений диференціальний поршень 11 і пружина 12. Під впливом пружини диференціальний поршень своїм меншим діаметром 13 притиснутий до вихідного отвору клапана 4 і замикає його. Камера 14 диференціальної ступені поршня з'єднується безпосередньо із внутрішнім об'ємом ресивера 1, а камера 15 під поршнем з'єднується із клапаном управління (на кресленні не показане) і через дросель 16 малого прохідного перетину - з ресивером. Імпульсний клапан працює наступним чином. Імпульсний клапан у ви хідному стані закритий. У ресивері 1 створюють тиск стисненого повітря. З ресивера стиснене повітря заповнює диференціальну камеру 14 і через дросель 16 - камеру 15 під поршнем 11, створюючи зусилля, рівне добутку тиску на площу перетину вихідного отвор у клапана 4, по напрямку співпадаюче із зусиллям пружини 12. При досягненні в ресивері робочого тиску відкривають клапан управління й сполучують камеру 15 під поршнем з атмосферою. Тому що прохідний перетин клапана управління багаторазово перевищує прохідний перетин дроселя, тиск у камері 15 під поршнем починає швидко зменшува тися, у той час як тиск у камері 14 диференціальної ступені залишається незмінним. Зусилля, що виникає від дії тиску стисненого повітря на диференціальну ступінь поршня 11, переборює зусилля пружини 12 і відриває поршень від вихідного отвору клапана 4. Стиснене повітря починає діяти на малий діаметр поршня 11, зусилля дії додається до зусилля на диференціальній ступені, і поршень із прискоренням переміщується від вихідного отвору. Одночасно стиснене повітря діє на стовп води, що знаходиться у вихідному отворі клапана, збуджує в ній ударну хвилю й, витісняючи воду, проникає в систему, яку очищують. У результаті проникнення повітря в систему, яку очищують, тиск у ресивері й у диференціальній камері, а рівно й зусилля дії на поршень зменшуються, поршень під впливом пружини переміщується до вихідного отвору клапана й замикає його. На системі, яку очищують, у місцях підключення пристрою встановлюють кульові крани й систему заповнюють водою. До кульового крану в обраній точці системи приєднують патрубок, другий кінець якого з'єднують із комутатором. У початковому стані кульові крани комутатора й очищувальної системи закриті. До комутатора приєднують рукав для зливу води із системи, а до ресивера підключають напірний рукав від джерела стисненого повітря (компресора). За допомогою компресора в ресивері створюють тиск повітря, контролюючи величину за показниками манометра на компресорі або на ресивері. При досягненні робочого тиску в ресивері відкривають кульовий кран на вході в очищувальну систему, а також кульові крани комутатора для видалення повітря з патрубка й комутатора, заповнення патрубка водою й забезпечення контакту води з імпульсним клапаном. Наявність повітря в комутаторі й у патр убку негативно позначається на процесі формування й поширення ударної хвилі в очищувальній системі, виконуючи роль демпфера. Після заповнення патрубка й комутатора водою закривають зливний кран комутатора й за допомогою клапана управління включають імпульсний клапан. Імпульс стисненого повітря, впливаючи на воду, генерує на межі розподілу повітря - вода ударну хвилю, що через комутатор, патрубок і очищувальний елемент поширюється по системі, поступово загасаючи через втрату енергії. Фронт ударної хвилі, переміщаючись по системі, яку очищують, викликає руйнування відкладень, а проникаюче у систему повітря витісняє воду, і, частково перемішуючись із водою, утворює водоповітряну суміш, розганяє її до таких швидкостей переміщення, які викликають появу кавітації в прикордонних шарах вода відкладення - стінки. Кавітація сприяє подальшому руйн уванню відкладень, а водоповітряний потік інтенсивно перемішує їх і утворює суспензію, що легко видаляється із заповненої системи потоком води при відкритті зливного крана комутатора. Після того, як вода, що зливається із системи, припинить виносити зруйновані відкладення, «висвітлиться», роблять очистку наступних елементів. Відмінними рисами пропонованого способу є те, що систему, яку очищують, попередньо заповнюють водою, а це виключає втрати часу на заповнення її в процесі очистки й дозволяє очищати елементи і системи опалення багатоповерхових будинків, починаючи з верхніх поверхів. У відомому як прототип способі зазначена функція не передбачена, тому що неможливо заповнити очищувальний елемент через гідро блок, не заповнюючи систему, що знаходиться нижче точки очистки. Для генерації ударної хвилі необхідний імпульс із великою крутістю переднього фронту, однак у прототипі для цього пропонується використання кульового крана, що, через особливості конструкції, не може забезпечити необхідну крутість фронту й генерацію ударної хвилі. При відкриванні крана вручну з будь-якою кінцевою швидкістю прохідний перетин крана плавно зростає від нуля до максимального значення, що приводить до формування хвилі тиску з пологим фронтом. Теоретично можлива генерація ударної хвилі обраним як прототип способом із застосуванням високих тисків повітря, але в цьому випадку ударна хвиля генерується тільки в початковий момент відкриття крана, а енергія імпульсу недостатня для руйнування відкладень. У способі, що заявляється, для генерування імпульсів використовують імпульсний клапан, у якому запірний елемент, відриваючись від сідла по всій площині прилягання, забезпечує одночасну дію стисненого повітря на стовп води по всьому перетину ви хідного отвору клапана. У момент відриву поршня від сідла клапана, між поршнем і стовпом води так само утворюється розрив по всьому перетину стовпа, що приводить до виникнення вакуумної зони в місці розриву. Виникнення вакуумної зони приводить до стрибкоподібного зниження тиску на межі розподілу «поршень - вода», і збудженню у воді ударної хвилі розрідження. Амплітуда імпульсу ударної хвилі розрідження дорівнює (4,5): А1=Р 0-(Рв+Р а), де: А1 - амплітуда імпульсу ударної хвилі розрідження; Р0 - абсолютний тиск у вакуумній зоні, близький до «0», Рв - напір стовпа води на розподілі поршень - вода; Pa - атмосферний тиск. Далі вакуумну зону починає заповнювати стисле повітря, що перебуває в ресивері, діючи на поршень і стовп води по всьому перетині. Тиск у вакуумній зоні наростає стрибкоподібно, якщо не враховувати перехідні процеси, до величини тиску в ресивері. Дія тиску стисненого повітря на стовп води викликає в ньому підвищення тиску й збуджує ударну хвилю стиску, що поширюється по системі. Амплітуда імпульсу в цьому випадку дорівнює (4,5); А2=Р 0+Рр де: А2 - амплітуда імпульсу ударної хвилі стиснення; Рр - абсолютний тиск у ресивері. Результуюча амплітуда імпульсів буде дорівнювати: А2-А1=Р0+Р р-[Р 0-(Рв+Ра)]=Рр+Рв+Р а; Як видно з рівняння, застосування імпульсного клапана дозволило одержати ударну хвилю стиснення з амплітудою, рівною сумі тисків у ресивері й очищувальній системі, а не їхньої різниці, що має місце в прототипі, і дозволило генерувати ударну хвилю, достатню для очистки й такої інтенсивності при тиску повітря в ресивері, що не перевищує розрахунковий робочий тиск в системі, яку очищують. Це повністю виключило небезпеку ушкодження системи більшим надлишковим тиском, що виникає внаслідок застосування для очистки стисненого повітря високого тиску, і убезпечило обслуговуючий персонал від травматизму. Джерела інформації: 1. Способ очистки внутренней поверхности отопительных радиаторов внутридомовых тепловодосетей и устройство для его осуществления. Патент RU № 2201572 С2, F 28 G 7/00; (24) 02.02.2001; (46) 27.03.2003, Бюл. № 9; (71) Джигурда Олег Петрович; (72) Джигурда Олег Петрович; (73) Джигурда Олег Петрович. 2. Способ очистки теплообменных элементов. Патент RU № 2064642 СІ, F 28 G 7/00; (46) 27.07.1996, Бюл. № 21; (71) Гельфонд Леонид Абрамович; (72) Гельфонд Леонид Абрамович; (73) Гельфонд Леонид Абрамович. 3. Способ очистки внутренних поверхностей трубопроводов от загрязнений и устройство для его осуществления. Патент RU № 2179082 С2, В 08 В 9/04, 9/032; (24) 13.05.1999; (46) 10.02.2002, Бюл. № 4; (71) ИКС-СТАР (US); (72) Канонир Евгений Юрьевич (LV); (73) ИКС-СТАР (US). 4. P.P. Чугаев. Гидравлика. Изд. «Энергия», 1971 г. 5. Е.М. Могендович. Гидравлические импульсные системы. Изд. «Машиностроение», Л - д., 1977 г.