СЕПАРАТОР Российский патент 1997 года по МПК B01D45/14 

Изобретение относится к энергетической технике, а точнее к устройствам для отделения капель жидкости от пара.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому сепаратору является устройство, содержащее корпус, внутри которого размещено устройство для создания завесы промывочной жидкости, содержащее чашеобразный ротор, соединенный с источником механической энергии. Ротор на воздушной подушке подвешен над статором и размещен с зазором по отношению к нему. Устройство содержит также неполный по сечению полый тор, обращенный выпуклостью вверх, причем кромка ротора ориентирована в полости тора.

Недостатком этого устройства являются повышенные затраты энергии на его привод при использовании устройства в качестве сепаратора пара.

Технической целью данного изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции сепаратора.

Поставленная техническая цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус со скошенной нижней частью, устройство для улавливания капельной влаги в виде неполного по сечению тора, соединенного с корпусом и обращенного выпуклой частью вверх, ротор, связанный с источником механической энергии, коаксиального расположенные ввод и вывод очищенного от влаги пара, статор, концентрично размещенный в зазором и с образованием паровой подушки по отношению к ротору, выполненному чашеобразным с ориентацией кромки в полости тора, согласно изобретению статор снабжен центральной полостью чашеобразной формы, в полости размещен дополнительный облопаченный ротор, жестко связанный с основным ротором и установленный соосно с ним, облопаченный ротор размещен с охватом кольцевого сопла для радиальной раздачи пара, ввод в кольцевое сопло связан с выходом пара из отбора высокого давления, а выход из коллектора для сбора отсепарированной влаги связан с входом в подогреватель питательной воды.

Техническая цель достигается также тем, что наружная поверхность статора снабжена тремя выемками, в которых размещены полые элементы, выполненные из металла с памятью формы и снабженные входом и выходом охлаждающей жидкости.

Техническая цель достигается также тем, что наружная поверхность статора снабжена, по меньшей мере, тремя выемками, в которых размещены элементы, выполненные из металла с памятью формы.

Техническая цель достигается также тем, что статор выполнен, по меньшей мере частично, из немагнитного и неэлектропроводного материала, снаружи статора размещена магнитная система, выполненная в виде концентричного статору сердечника с многофазной обмоткой, а расположенная конгруэтно сердечнику часть ротора выполнена из ферромагнитного материала.

Техническая цель достигается также тем, что на расположенном в корпусе вводе влажного пара размещена полая насадка в виде сферы.

Снабжение статора центральной полостью чашеобразной формы, размещение в этой полости дополнительного облопаченного ротора, жестко связанного с основным ротором, и установленного соосно с ним, размещение облопаченного дополнительного ротора с охватом кольцевого сопла для радиальной раздачи пара, соединение входа в кольцевое сопло с выходом пара из отбора высокого давления турбины, соединение выхода на коллектора отсепарированной влаги с входом в подогреватель питательной воды, снабжение наружной поверхности статора по меньшей мере тремя выемками и размещение в этих выемках элементов, выполненных из металла с памятью формы, выполнение части статора из немагнитного и неэлектропроводного материала, размещение снаружи статора магнитной системы, выполненной в виде концентричного статору сердечника с многофазной обмоткой, выполнение расположенной конгруэнтно сердечнику части ротора из ферромагнитного материала, размещение на вводе влажного пара в корпусе полой насадки в виде полусферы эти признаки определяют новизну заявляемого изобретения.

В дальнейшем изобретение поясняется примерами его конкретного выполнения со ссылками на чертеж, на котором схематично изображен предлагаемый сепаратор.

Сепаратор содержит корпус 1, внутри которого размещен чашеобразный ротор 2, подвешенный на паровой подушке над статором 3 и размещенный с зазором 4 по отношению к нему. Ввод влажного пара 5 коаксиален выводу очищенного от влаги пара 6. Устройство для улавливания отсепарированной влаги 7 выполнено в виде неполного по сечению полого тора, обращенного выпуклой частью вверх. Вывод отсепарированной воды из тора 7 связан с помощью каналов 8 с наклонным кольцевым коллектором 9. Ввод влажного пара в корпус сепаратора показан стрелкой 10. Выход очищенного от капель воды пара показан стрелкой 11. Ввод пара 12 для создания паровой подушки расположен по оси сепаратора. Направление движения пара показано стрелкой 13. Ввод пара 12 связан с кольцевым соплом 14, размещенным в полости чашеобразной формы, выполненной в центральной части статора 3. В этой же полости размещено с охватом кольцевого сопла дополнительный облопаченный ротор 16, жестко связанный с основным ротором 2 и установленный соосно с ним. На наружной поверхности ротора 2 концентрично размещено не менее трех выемок, 17 в каждой из которых в свою очередь размещен элемент 18, выполненный из металла с памятью формы. Элемент из металла с памятью формы может быть целым и в этом случае он содержит ввод 19 и вывод 20 жидкости. Часть поверхности статора 3 выполнена из немагнитного и неэлектропроводного материала в виде кольца и снаружи этой части статора размещена магнитная система 21, выполненная в виде концентричного статору сердечника с многофазной обмоткой, а расположенная конгруэнтно сердечнику 21 часть ротора выполнена из ферромагнитного материала. На вводе влажного пара 5 размещена полая насадка 22 (на чертеже показана пунктиром) в виде сферы.

Сепаратор работает следующим образом. В корпус сепаратора 1 поступает по вводу 5 влажный пар, например, из промежуточных ступеней конденсационной турбины. При поступлении влажного пара в полость ротора 2, он закручивается. Так как плотность капель воды намного больше плотности пара, то капли воды отбрасываются к периферии и попадают на внутреннюю поверхность ротора 2, а затем, образованная водяная пленка движется по внутренней поверхности ротора 2 и его кромке и поступает во внутреннюю полость тора 7, а затем по каналам 8 вода поступает в кольцевой коллектор 9, а из коллектора 9 вода поступает в подогреватель питательной воды (на чертеже не показан), идущей в котел.

Поток пара, попадающего во внутреннюю полость ротора 2а закручивается следующим образом. По вводу 12 подается перегретый пар более высокого давления, чем влажный. Источник этого пара один из отборов турбины (до сепаратора). Перегретый пар по вводу 12 поступает в кольцевое сопло 14, в котором скорость пара возрастает и он поступает на турбинные лопатки, размещенные на облопаченном дополнительном роторе 16. Так как дополнительный ротор 16 жестко связан с ротором 2, то он его приводит во вращение. Пройдя турбинные лопатки на дополнительном роторе 16, пар поступает в полость, образованную в результате установки ротора и статора с зазором 4. Созданная паровая подушка позволяет существенно снизить затрату энергии на привод ротора. Создав паровую подушку, пар также поступает в полость тора 7, смешивается с отсепарированной водой и поступает в кольцевой коллектор 9.

Сепаратор может работать также следующим образом. При неработающей турбине ротор опущен и лежит на наружной поверхности статора 3. При пуске сепаратора и турбины в работу возможно задевание ротора за статор, что может привести к преждевременному износу и поломкам. Для предотвращения этого, статор снабжен по меньшей мере тремя выемками 17, в которых размещены элементы, выполненные из металла с памятью формы. В неработающем состоянии форма элементов 18 такова, что ротор 2 опирается на них, при этом сохраняется минимальная величина зазора 4. При пуске сепаратора, пар поступает во зазор 4, элементы с памятью формы 18 прогреваются. Как только температура элементов 18 станет выше, чем температура перехода металла, из которого они выполнены, из одной геометрической формы в другую, элементы 18 "вспоминают" прежнюю форму, при этом они уменьшаются в одном из своих размеров так, что опускаются в выемку заподлицо с поверхностью ротора. Если в холодном состоянии форма элемента 18 была шар, то в нагретом состоянии формы элемента превышаются в эллипсоид.

Температура, при которой происходит восстановление геометрической формы элемента, зависит от состава компонентов, входящих в сплав. Например, у никелида титана Т46Н54 начало восстановления формы при 75^oС, а у никелида титана Т45Н55 при 35^oC.

Сепаратор может работать также следующим образом. Элементы с памятью формы 18 могут быть выполнены полыми (например, в виде полого шара) и их внутренняя полость может быть снабжена входом и выходом охлаждающей (или нагревающей жидкости). В этом случае при пуске ротор 2 опирается на выступающую часть элементов 18 и зазор минимален. После того как будет создана паровая подушка в зазоре 4 и ротор начнет вращаться, на вход 19 в элемент 18 подает жидкость (преимущественно воду). Как только температура элемента 18 станет равна температуре перехода из одной геометрической формы в другую, элемент 18 "вспомнит" первоначальную форму и превратится, например, в эллипсоид. Выступающая часть элемента 18 опустится в полость выемки 17. При остановке сепаратора форма элемента 18 изменяется (он опять становится шаром) и ротор сепаратора 2 опустится на выступающие части элементов 18. Для уменьшения износа при пуске или остановке, выступающие за поверхность ротора части элементов 18 могут быть покрыты материалом с малым коэффициентом трения. Также может быть нанесен материал с малым коэффициентом трения на поверхность ротора 2, а контактирующую с выступающими частями элементов 18.

Сепаратор может работать также следующим образом. Для дополнительной подкрутки ротора 2 (при пуске или при изменении нагрузки турбины) на обмотку магнитной системы 21 подают питающее напряжение, при этом возникает вращающееся магнитное поле, под действием которого ротор 2 (расположенная конгруэнтно сердечнику 21 часть ротора выполнена из ферромагнитного материала) будет вращаться. Это уменьшает расход пара на вращение ротора 2.

Сепаратор может работать также следующим образом. При размещении на вводе 5 насадки в виде сферы 22, поступающий в полость ротора 2 пар будет двигаться в зазоре, образованном вращающейся поверхностью ротора 2 и неподвижной наружной поверхностью сферической насадки 22. Капли влаги отражаются от поверхности насадки 22 и под действием центробежных сил отбрасываются к внутренней поверхности ротора 2. В результате этого, сводится до нуля унос капель влаги с потоком пара, движущимся в направлении стрелки 11.

Предложенный сепаратор позволяет повысить качество очистки пара от влаги, уменьшить потери давления в процессе сепарации и уменьшить габариты сепарационной установки.

Использование: в энергетической технике для отделения капельной влаги от пара, преимущественно в конденсационных паровых турбинах. Сущность изобретения: сепаратор содержит корпус, внутри которого размещен чашеобразный ротор, подвешенный на первой подушке над статором и размещенный с зазором по отношению к нему. Ввод влажного пара коаксиален выводу очищенного от влаги пара. Устройство для улавливания отсепарированной влаги выполнено в виде неполного по сечению полого тора, обращенного выпуклой частью вверх. Выход отсепарированной воды из тора связан с помощью каналов с наклонным кольцевым коллектором. Ввод пара для создания паровой подушки расположен по оси сепаратора и связан с кольцевым соплом, размещенным в полости чашеобразной формы, выполненной в центральной части статора. В полости размещен также с охватом кольцевого сопла дополнительный облопаченный ротор, жестко связанный с основным ротором и установленный соосно с ним. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Сепаратор пара, содержащий корпус со скошенной нижней частью, устройство для улавливания капельной влаги в виде неполного по сечению тора, соединенного с корпусом и обращенного выпуклой частью вверх, ротор, связанный с источником механической энергии, коаксиально расположенные ввод влажного пара и вывод очищенного от влаги пара, статор, концентрично размещенный с зазором и с образованием полости чашеобразной формы по отношению к ротору, выполненному чашеобразным с ориентацией кромки в полости тора, ввод пара из отбора высокого давления, отличающийся тем, что сепаратор снабжен дополнительным облопаченным ротором, жестко связанный с основным ротором и установленный соосно с ним, выход пара из отбора высокого давления снабжен кольцевым соплом, причем облопаченный ротор размещен с охватом кольцевого сопла для радиальной раздачи пара. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что статор имеет на наружной поверхности по меньшей мере три выемки и снабжен элементами, выполненными из металла с памятью формы, размещенными в выемках. 3. Сепаратор по п. 2, отличающийся тем, что элементы выполнены полыми и снабжены входом и выходом жидкости. 4. Сепаратор по пп. 1 3, отличающийся тем, что статор выполнен по меньшей мере частично из немагнитного и неэлектропроводного материала, снабжен размещенной снаружи статора магнитной системой, выполненной в виде концентричного статору сердечника с многофазной обмоткой, а расположенная конгруэнтно сердечнику часть ротора выполнена из ферромагнитного материала. 5. Сепаратор по пп. 1 4, отличающийся тем, что ввод влажного пара снабжен насадкой в виде сферы, расположенной в корпусе.