СЕПАРАТОР Российский патент 1994 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям промежуточных сепараторов и сепараторов-пароперегревателей, и может быть использовано в комплекте с турбиной, работающей на насыщенном или слабоперегретом паре.

Наиболее близким техническим решением из известных по совокупности признаков и достигаемому результату является сепаратор, содержащий корпус, снабженный патрубками подвода влажного пара и отвода осушенного пара, размещенные с образованием кольцевого пространства относительно корпуса центробежные модули, содержащие трубы с размещенными в них вытеснителями, охваченными закручивающими лопатками с входными и выходными кромками, и закрепленные в трубных досках, образующих по ходу движения потока камеры влажного пара, сброса сепарата и осушенного пара.

Недостатком этой конструкции является недостаточно высокая эффективность сепарации, обусловленная отсутствием предсепарационных устройств для отбора пленки влаги на входе в сепаратор, прямыми проскоками влажного пара между закручивающими лопатками центробежных модулей в местах размещения вытеснителей и лопаток.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет организации предварительной сепарации и оптимизации геометрии каналов истечения пароводяной смеси в центробежных модулях.

Поставленная цель достигается тем, что сепаратор, содержащий корпус, снабженный патрубками подвода влажного пара и отвода осушенного пара, размещенные с образованием кольцевого пространства относительно корпуса центробежные модули, содержащие трубы с размещенными в них вытеснителями, охваченными закручивающими лопатками с входными и выходными кромками, и закрепленные в трубных досках, образующих на ходу движения потока камеры влажного пара, сброса сепарата и осушенного пара, снабжен входным устройством, содержащим цилиндрическую обечайку, размещенную в патрубке подвода влажного пара с образованием кольцевого зазора, и перфорированный конус, установленный в камере влажного пара, причем основание корпуса размещено в кольцевом пространстве, образованном корпусом и центробежными модулями, а выходная кромка каждой закручивающей лопатки по ходу движения пара перекрывает входную кромку соседней лопатки, при этом должны быть выполнены следующие соотношения: 0,05 ≅ ≅ 0,1, где δ- кольцевой зазор между патрубком влажного пара и цилиндрической обечайкой входного устройства;
d_п - диаметр патрубка подвода влажного пара;
0,01 ≅ ≅ 0,02, где t_пер - величина перекрытия лопатки выходной кромки лопатки относительно входной кромки соседней лопатки;
t - шаг между лопатками;
0,4 ≅ ≅ 0,6, где d_в - наружный диаметр вытеснителя;
d_т - внутренний диаметр трубы центробежного модуля.

Сепаратор может быть снабжен патрубками, устанавливаемыми в отверстиях перфорированного конуса по обе его стороны.

На фиг. 1 изображен общий вид сепаратора; на фиг.2 - взаимное расположение закручивающих лопаток (развертка); на фиг.3 - узел I на фиг.1.

Сепаратор содержит корпус 1, в котором установлены центробежные модули, состоящие из коаксиально расположенных труб 2 и 3, установленных относительно друг друга с образованием кольцевой щели 4.

В трубах 2 внутренним диаметром d_т размещены вытеснители 5, диаметром d_в, охваченные закручивающими лопатками 6, имеющими входные и выходные кромки, соответственно 7 и 8.

Центробежные модули закреплены в трубных досках 9 и 10 с образованием камер влажного пара 11, сброса сепарата 12 и осушенного пара 13.

На трубной доске 10 размещены пароперепускные трубы 14, а в камере влажного пара 11 расположено входное устройство, содержащее цилиндрическую обечайку 15, установленную в патрубке 16 подвода влажного пара с образованием кольцевого зазора 17, и перфорированный конус 18 с отверстиями 19, в которых закреплены патрубки 20.

Корпус 1 снабжен также патрубками отвода осушенного пара и отвода сепарата соответственно 21, 22 и 23.

Сепаратор работает следующим образом. Влажный пар, поступая через патрубок 16 в сепаратор, разделяется на два потока. Основной поток, содержащий равномерно распределенную влагу, попадает в объем, охваченный цилиндрической обечайкой 15 входного устройства, и далее в полость, окруженную перфорированным конусом 18, откуда подается на закручивающие лопатки центробежных модулей. Часть влаги, содержащейся в основном потоке пара, осаждается на внутренней поверхности перфорированного конуса 18 и, обтекая участки патрубков 20, заведенных внутрь конуса 18, сливается на поверхность верхней трубной доски 9, с которой отводится из аппарата через патрубок 22.

Другой поток пара, представляющий собой поток двухфазной смеси с большой концентрацией влаги в виде капель, а также пристенный слой влаги, находящейся в виде пленки, поступает в кольцевой зазор 17, и далее движется в зазоре между корпусом 1 и перфорированным корпусом 18. По мере движения в этом зазоре часть пара, содержащегося в двухфазной смеси через патрубки 20 отводится в основной поток пара, причем участки патрубков 20, размещенные на наружной поверхности конуса 18, препятствуют сливу влаги через отверстия перфорации в основной поток.

Достигнув нижней кромки конуса 18, влага сливается на поверхность верхней трубной доски 9, откуда отводится через патрубок 22, а оставшийся пар разворачивается и перемешивается с основным потоком, идущим на вход в центробежные модули.

В каналах, образованных закручивающими лопатками, происходит закрутка потока, влага под действием центробежных сил отжимается к стенками труб 2 и через щели 4 вместе с частью пара попадает в камеру 12, где влага, скапливаясь на поверхности нижней трубной доски 10, по патрубку 23 отводится из аппарата, а пар через перепускные трубы 14 сбрасывается в камеру 13, где смешивается с основным потоком осушенного пара, поступающего из труб 3 центробежных модулей. Из камеры 13 через патрубок 21 осушенный пар подается потребителю.

Существенным отличием предлагаемого технического решения от прототипа является повышение эффективности сепарации путем установки предсепарационного устройства и оптимизации геометрии каналов центробежных модулей как за счет размещения закручивающих лопаток относительно одна другой, так и за счет оптимизации геометрических характеристик вытеснителя.

Наличие цилиндрической обечайки и перфорированного конуса, установленных с зазором относительно корпуса аппарата, обеспечивает отбор из потока пара наиболее влагосодержащей его части - пристенного слоя, и отвод его к месту накопления влаги - на поверхность верхней трубной доски для последующего отвода из сепаратора.

Размещение основания конуса в кольцевом пространстве, образованном корпусом и перфорированными модулями, позволяет отводить влагу в место, свободное от центробежных модулей, т.е. исключается вероятность попадания влаги, движущейся по поверхности конуса на вход в модули.

Выполнение на конусе патрубков, установленных в отверстиях перфораций, обеспечивает отвод части пара, захваченного вместе с влагой, в общий поток без опасения повторного захвата этим паром пленки влаги, движущейся как по внешней, так и по внутренней поверхностям конуса, так как пленка обтекает эти патрубки. Отвод части пара через патрубки приводит к уменьшению его расхода в месте разворота потока при огибании его нижней кромки конуса, что снижает его скорость и вероятность повторного захвата влаги с поверхности слоя сепарата, скапливающегося на трубной доске.

В случае заведения нижней кромки конуса под уровень слоя сепарата может быть организован гидрозатвор, и тогда, при достаточном суммарном сечении отверстий в конусе весь пар, захваченный вместе с влагой, будет сбрасываться через патрубки, что практически полностью исключит повторный захват влаги.

Размещение выходной кромки каждой закручивающей лопатки под входной кромкой соседней лопатки устраняет прямой проскок влаги, в первую очередь крупнодисперсной, через криволинейные каналы, образованные лопатками закручивающего аппарата.

Предложен сепаратор, в корпусе которого, снабженном патрубками подвода влажного пара и отвода осушенного пара, размещены с образованием кольцевого пространства относительно корпуса центробежные модули, содержащие трубы с размещенными в них вытеснителями, охваченными лопатками с входными и выходными кромками, и закрепленные в трубных досках. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что, с целью повышения эффективности, устройство снабжено входным устройством, содержащим цилиндрическую обечайку и перфорированный конус, причем основание конуса размещено в кольцевом пространстве, образованном корпусом и центробежными модулями, а выходная кромка каждой лопатки перекрывает по ходу движения пара входную кромку соседней лопатки, при этом должны быть выполнены соотношения: 0,05 ≅ δ_у/d_п≅ 0,1, где δ_у - кольцевой зазор между патрубком подвода влажного пара и цилиндрической обечайкой входного устройства; d_п - диаметр патрубка подвода; 0,01 ≅ t_пер/t ≅ 0,02 , где t_пер - величина перекрытия в плане выходной кромки лопатки, относительно входной кромки соседней лопатки; t - шаг между лопатками; 0,4 ≅ d_в/d_т≅ 0,6 , где d_в - диаметр вытеснителя; d_т - внутренний диаметр трубы центробежного модуля. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СЕПАРАТОР, содержащий корпус, снабженный патрубками подвода влажного пара и отвода осушенного пара, размещенные с образованием кольцевого пространства относительно корпуса центробежные модули, содержащие трубы с размещенными в них вытеснителями, охваченными закручивающими лопатками с входными и выходными кромками, и закрепленные в трубных досках, образующих по ходу движения потока камеры влажного пара, сброса сепарата и осушенного пара, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен входным устройством, содержащим цилиндрическую обечайку, размещенную в патрубке подвода влажного пара с образованием кольцевого зазора и перфорированный конус, установленный в камере влажного пара, причем основание конуса размещено в кольцевом пространстве, образованном корпусом и центробежными модулями, а выходная кромка каждой закручивающей лопатки по ходу движения пара перекрывает входную кромку соседней лопатки, при этом должны быть выполнены следующие соотношения:
0,05 ≅ δ / d_п ≅ 0,1 ,
где δ - кольцевой зазор между патрубком подвода влажного пара и цилиндрической обечайкой входного устройства;
d_п - диаметр патрубка подвода влажного пара,
0,01 ≅ t_пеp / t ≅ 0,02 ,
где t_пер - величина перекрытия в плане выходной кромки лопатки относительно входной кромки соседней лопатки;
t - шаг между лопатками,
0,4 ≅ d_в / d_т ≅ 0,6 ,
где d_в - наружный диаметр вытеснителя;
d_т - внутренний диаметр трубы центробежного модуля. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен патрубками, установленными в отверстиях перфорированного конуса по обе его стороны.