КОНДЕНСАТООТВОДЧИК Российский патент 1996 года по МПК F16T1/00 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к устройствам для отвода конденсата из паропотребляющих аппаратов.

Конденсатоотводчики являются весьма существенным элементом систем сбора конденсата. Конденсатоотводчики устанавливаются после паровых нагревательных аппаратов на трубопроводах, транспортирующих пар. Их назначение - автоматически пропускать конденсат и задерживать пар, не отработавший в пароиспользующих аппаратах или транспортируемый по паропроводу.

По принципу действия существующие конструкции конденсатоотводчиков делятся на три группы:
конденсатоотводчики с механическим затвором;
конденсатоотводчики с гидравлическим сопротивлением;
конденсатоотводчики с гидравлическим затвором.

Известно устройство для отвода конденсата из пароприемников и трубопроводов, содержащее корпус с кожухом, внутри которого размещен дисковый клапан, примыкающий к выпускному и впускному отверстию [1]
Основным недостатком такого конденсатоотводчика является невысокая надежность в работе и значительный проскок пара в выпускной канал при срабатывании клапана.

Известно устройство, содержащее корпус с крышкой, которая имеет два канала для входа и выхода конденсата, а между крышкой и корпусом находится управляющая камера с размещенным в ней дисковым клапаном [2]
Основным недостатком такого конденсатоотводчика является необходимость снабжения его источником охлаждающей среды, подаваемой в крышки этого устройства.

Известно устройство, содержащее корпус с входными и выходными каналами, дисковый клапан, размещенный в управляющей камере, на верхней стенке которой установлен ограничитель подъема клапана [3]
Общим недостатком работы вышеуказанных наиболее распространенных конденсатоотводчиков с механическим затвором является то, что протекающий с большой скоростью конденсат вместе со шламом, ржавчиной и другими загрязнениями разрушает уплотнения. Неплотности в конденсатоотводчиках приводят к потере тепла с пролетным паром. Такая потеря имеет место в конденсатоотводчиках даже при их тщательной наладке [4] Этот недостаток устранен в конденсатоотводчиках с гидравлическим затвором, представляющих собой колонки с циркуляционными контурами.

Известно устройство, принятое за прототип, состоящее из смесителя, соединенного подъемной и опускными трубами с сепаратором.

Конденсатоотводчик снабжен соплом Лаваля, на входе сообщенным с коллектором подачи пара. Во входной части сопла Лаваля выполнены тангенциальные каналы, выходная часть сопла размещена в нижней части смесителя и снабжена сквозными отверстиями.

В смесителе между соплами и подъемной трубой установлена коническая обечайка, большее основание которой жестко укреплено на внутренней поверхности смесителя. Отвод конденсата осуществляется с помощью патрубка, установленного на сепараторе [5]
Достоинством такого устройства является простота изготовления, так как в нем отсутствуют движущиеся элементы, недостатком обязательное условие, чтобы давление греющего пара было больше давления той среды, куда отводится конденсат.

После вытеснения конденсата в корпусе конденсатоотводчика устанавливается давление, соответствующее давлению пара, при этом до тех пор, пока пар не сконденсируется, поступление конденсата в конденсатоотводчик невозможно, что влечет за собой периодическое накопление конденсата в нагревательной камере теплопотребляющего аппарата и связанное с этим частичное недоиспользование поверхности нагрева [6]
В предлагаемом изобретении в известном конденсатоотводчике, содержащем смеситель, соединенный своими нижней и верхней частями с сепаратором, сопло Лаваля, расположенное в нижней части смесителя, и патрубки отвода конденсата и тангенциального подвода пара и причем последний размещен на входе в сопло Лаваля, конденсатоотводчик снабжен заключенным в корпус газоструйным щелевым эжектором, активное сопло которого соединено со входом в сопло Лаваля, тангенциальным патрубком для подвода конденсата, установленным на входе в сопло Лаваля и соединенным посредством трубопровода с вентилем с нижней частью смесителя и сушильным барабаном, нижняя часть которого соединена с пассивным соплом эжектора, а средняя часть с сепаратором.

На фиг.1. изображена принципиальная схема конденсатоотводчика.

Конденсатоотводчик состоит из смесителя 1, закрытого с обоих торцов, разделенного внутри перегородкой 2, имеющей на периферии отверстия 3. По оси смесителя 1 установлено сопло Лаваля 4, имеющее на начальном цилиндрическом участке тангенциальный завихритель 5 с входным регулирующим вентилем 6. В нижней части цилиндрического участка расположен тангенциальный завихритель 7 с входным регулирующим вентилем 8, расположенным на трубопроводе, соединенном с нижней боковой частью смесителя 1. Рабочее сопло 9, камера смешения 10 и диффузор 11 в щелевом эжекторе образуются профилированными тарелками 12 и 13, установленными на некотором расстоянии друг от друга. Соединение тарелок 12 и 13 рабочего сопла 9 осуществляется во входном сечении цилиндрического участка сопла Лаваля. Щелевой эжектор заключен в цилиндрический корпус с закрытой верхней крышкой 15 и нижним дном 16. По оси в верхнюю крышку 15 установлен входной цилиндрический участок, а в нижнее дно 16 по оси установлен один конец трубопровода 17, другой конец которого соединен с выходом сушильного барабана 18, вращающегося на опорах 19 и 20. Выходной конец трубопровода 17 заканчивается сопловым насадкам 21, опущенным на дно сушильного барабана 18. В нижнее дно 16 цилиндрического корпуса по периферии установлен патрубок 22 для слива конденсата. В нижнюю боковую часть смесителя 1 установлен один конец цилиндрического сепаратора 23, другой конец которого введен по оси в верхнюю торцевую часть смесителя 1. В цилиндрическую часть сепаратора 23 тангенциально установлен патрубок с вентилем 24, размещенный на трубопроводе 25, соединяющем вход сушильного барабана 18 с сепаратором 23.

Конденсатоотводчик работает следующим образом.

Рабочий влажный пар поступает под давлением через тангенциальный завихритель 5 в цилиндрическую часть сопла Лаваля 4, закручивается и разделяется на два потока. Первый поток проходит в конфузорную часть 4, в которой при уменьшении радиуса "r" за счет сохранения момента количества движения "mV•r ", увеличивается центробежная скорость "V" потока. При этом формируется вращающийся кольцевой поток пара и конденсата. Выведенный поток из расширяющейся части сопла Лаваля 4 поступает на поверхность перегородки в пространство смесителя 1, в котором скорость потока пара падает за счет торможения, при этом пар частично конденсируется. В смесителе 1 формируется обратный вихревой поток, движущийся навстречу основному по внутренней боковой поверхности, отжимает факел основного потока к стенке и по оси смесителя 1 входит в отверстие перегородки 2, где расширяется и ударяется в торцевую поверхность смесителя 1, вторично тормозится, конденсируется и поступает в трубопровод цилиндрического сепаратора 23. Капли конденсата за счет центробежных сил поступает в зону разрежения, расположенную в нижней части смесителя 1. По отверстиям в перегородке 2 конденсат поступает вовнутрь смесителя 1, где и осаждается в нижней части. Сухой пар по трубопроводу 25 подается во внутреннюю часть сушильного барабана 18, вращающегося на опорах 19 и 20. При передаче тепла через стенку влажному материалу, проходящему по наружной поверхности, пар конденсируется и собирается в виде пленки в нижней части барабана 18.

Второй поток пара проходит в нижнюю часть и закрученным потоком вытекает через рабочее сопло 9 в камеру смешения 10, в которой создается зона разрежения. За счет перепада давления создаваемого на обоих концах трубопровода 17, соединяющего барабан 18 с камерой смешения 10, щелевого эжектора, конденсатная пленка из барабана передавливается в область эжектора. Энергией струи пара, вытекающей из рабочего сопла 9, конденсат подсасывается из камеры смешения 10, проходит диффузор и выбрасывается на боковую поверхность цилиндрического корпуса 14. Конденсат на нижней части смесителя 1 по трубопроводу через тангенциальный завихритель 7 подмешивается во второй поток пара, образуя двухфазное газожидкостное течение. Количество подаваемого конденсата регулируется вентилем 8. За счет интенсификации тепломассобмена парожидкостная среда охлаждается и конденсат сливается в нижнюю часть цилиндрического корпуса, откуда через патрубок 22 сливается в конденсатопровод. Процесс интенсификации работы конденсатоотводчика определяется двумя факторами. Во-первых, частично пар, поступающий через тангенциальный завихритель 5, конденсируется на внутренней цилиндрической поверхности сопла Лаваля 4 за счет того, что он смешивается с холодной пленкой конденсата, поступающего через тангенциальный завихритель 7. При этом в потоке пара возникают многочисленные центры конденсации, которые ускоряют переход пара в состояние конденсата.

Во-вторых, получаемый в результате смешения двухфазный поток при истечении через рабочее сопло 9 щелевого эжектора турбулизируется. В результате создания нестационарного истечения струи из рабочего сопла эжекционная способность ее увеличивается по сравнению с истечением только пара. Эжектор с двухфазным активным потоком в широком диапазоне режимных параметров эффективнее парового (газового) [7]
В отличие от прототипа, в котором сопло Лаваля является цилиндрическим эжектором, в предлагаемом изобретении применяется щелевой эжектор, образованный профилированными тарелками 12 и 13, установленными на некотором расстоянии друг от друга. Щелевой эжектор является "интегральным" эжектором, как бы объединяющим предельное число радиально установленных эжекторов, размещенных в одной плоскости. Это дает резкое, в 3-4 раза снижение габаритов эжектора по сравнению с цилиндрическим эжектором, использующим сопло Лаваля.

В отличие от прототипа предлагаемый конденсатоотводчик может работать при условии, если давление греющего пара на входе в сопло Лаваля меньше (в 1,5-2 раза) давления пара, на которое рассчитана работа барабанной сушилки.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает увеличение производительности конденсатоотводчиков на 30-40 по сравнению с прототипом.

Применение конденсатоотводчиков позволяет получить в народном хозяйстве большой экономический эффект, так как стоимость энергетических затрат в себестоимости продукции весьма значительна. Например, удельный вес стоимости тепловой энергии в себестоимости продукции составляет в производстве целлюлозы 4,0- 4,9 бумаги 11,3% синтетического дубителя 14,5 этилового спирта 60,7 в химико-фотографической промышленности 10 [8]
Разработка устройства находится в стадии научно-исследовательских работ.

В 1994 году намечается испытание макетного образца. Использование изобретение намечено на ПО "Тасма" в 1994-1995 г.г.

Использование: в устройствах отвода конденсата из паропотребляющих аппаратов. Сущность изобретения: конденсатоотводчик содержит смеситель 1, в нижней части которого установлено сопло Лаваля 4, заключенный в корпус 15 газоструйный щелевой эжектор, активное сопло которого соединено со входом в сопло Лаваля 4 и тангенциальным патрубком 6 для подвода конденсата. Вход в сопло Лаваля 4 соединен также посредством трубопровода с вентилем 8 с нижней частью смесителя 1. Нижняя часть сушильного барабана 18 соединена с пассивным соплом эжектора, а средняя часть - с сепаратором 23. 1 ил.

Конденсатоотводчик, содержащий смеситель, соединенный своими нижней и верхней частями с сепаратором, сопло Лаваля, расположенное в нижней части смесителя, и патрубки отвода конденсата и тангенциального подвода пара, причем последний размещен на входе в сопло Лаваля, отличающийся тем, что конденсатоотводчик снабжен заключенным в корпус газоструйным щелевым эжектором, активное сопло которого соединено с входом в сопло Лаваля, тангенциальным патрубком для подвода конденсата, установленным на входе в сопло Лаваля и сообщенным посредством трубопровода с вентилем с нижней частью смесителя и сушильным барабаном, нижняя часть которого соединена с пассивным соплом эжектора, а средняя часть с сепаратором.