ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ПАРОВОДЯНОЙ СМЕСИ Российский патент 2003 года по МПК F22B37/32 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для повышения эффективности сепарации влажного пара.

Известен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси и отвода пара и воды. Патрубки подвода и отвода пара расположены соответственно на верхней и нижней торцевых стенках, патрубок отвода воды присоединен к цилиндрическому корпусу, а закрутка подведенного потока осуществляется с помощью лопаточного аппарата (Кемельман Д.Н. Линейная сепарация влажного пара. М., Энергоиздат, 1982, стр.59, рис.3.14)
Недостатками известного центробежного сепаратора является наличие лопаточного аппарата, что усложняет конструкцию, а также попутное почти на всем протяжении движение пара (вниз по объему цилиндра) и воды (стекающей по внутренней поверхности), что увеличивает срыв и унос влаги, а следовательно, ухудшает эффективность работы сепаратора.

Известен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками (Бузников Е.Ф. Циклонные сепараторы в паровых котлах. М., Энергия, 1969, стр.73, рис.3-9,б).

По совокупности признаков это решение является наиболее близким к предложенному и принимается за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что сохраняется возможность срыва и уноса паром части пленки влаги, текущей вниз по внутренней поверхности корпуса. Кроме того, при больших тангенциальных скоростях пара сепарация резко ухудшается. Пониженная эффективность сепарации объясняет появление конструкций с двухступенчатой сепарацией с помощью сложных устройств - завихрителей, вставок и т. д. (Бузников Е.Ф., Верес А.А., Грибов В.В. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. М., Энергоатомиздат, 1989, стр. 77-81, рис.5.10-5.13). Эти решения повышают эффективность сепарации, но за счет резкого усложнения конструкции с неизбежным ростом ее сопротивления и потерь давления.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность сепарации, избегая при этом усложнения конструкции и роста потерь давления, характерных для известных решений, связанных с применением специальных устройств для двухступенчатой сепарации (лопаточный завихритель, сферические вставки и т. д.)
Предложен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода парововодяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками, в котором патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край патрубка отвода пара с отверстием для приема пара расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1-3 где на фиг.1 показано сечение сепаратора вертикальной плоскостью; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 представлены экспериментальные данные, характеризующие относительный унос G (с отводимым паром) влаги, поступающей в центробежный сепаратор, в зависимости от скорости С пароводяной смеси на входе для различных положений нижнего края патрубка отвода пара. Обозначения на фиг.1:
d - диаметр патрубка подвода пароводяной смеси;
D - диаметр цилиндрического корпуса;
h - расстояние по высоте от нижнего края патрубка подвода пароводяной смеси до нижнего края патрубка отвода пара;
H - расстояние по высоте от нижнего края патрубка отвода пара до нижней торцевой стенки.

Обозначения на фиг.3:
•h=0; H>D;
h≥0,2 d; H=0,5D;
▪h≥0,2 d; H≥D.

Центробежный сепаратор пароводяной смеси включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 торцевыми стенками, патрубки 4 подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу 1, патрубки отвода пара 5 и воды 6, соединенные соответственно с верхней 2 и нижней 3 стенками. Патрубок отвода пара 5 размещен внутри корпуса 1, при этом нижний край патрубка 5 с отверстием для приема пара 7 расположен ниже патрубков 4 подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков 4 и выше нижней торцевой стенки 3 на величину не менее диаметра корпуса 1, то есть обеспечены соотношения
h≥0,2 d; H≥D.

Кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара 5 установлена диафрагма 8, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором 9 относительно корпуса 1.

Между патрубком 5 и диафрагмой 8 установлен конический обтекатель 10 для снижения потерь давления, а в нижней части сепаратора, над патрубком 6, расположен конический колпак 11, предотвращающий подсос потоком пара воды, скопившейся на дне сепаратора.

Размещение патрубка отвода пара внутри корпуса с расположением его нижнего края с отверстием для приема пара ниже патрубков подвода пароводяной смеси создает дополнительный поворот (вираж) потока с окончательной его сепарацией, при этом расположение нижнего края патрубка отвода пара ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса обеспечивает, согласно данным экспериментов, наилучшую эффективность сепарации, кроме того, диафрагма, установленная на нижнем крае патрубка отвода пара, с внешним краем, расположенным с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса, позволяет отделить зону первичной сепарации (над диафрагмой) от основного объема корпуса (под диафрагмой), в котором происходит окончательная сепарация; это повышает эффективность сепарации.

На стендах АООТ "НПО ЦКТИ" были проведены испытания, в результате которых была выявлена зависимость относительного уноса "G" (с отводимым паром) влаги, поступающей в центробежный сепаратор, в зависимости от скорости "С" пароводяной смеси на входе для различных положений нижнего края патрубка отвода пара (фиг.3, акт испытаний).

Указанные соотношения размеров (h≥0,2d; H≥D) обеспечивают наименьший унос влаги, а значит, и наилучшую эффективность сепарации. Кроме того, по этим же экспериментальным данным ограничен прирост уноса влаги при росте скорости С подводимой пароводяной смеси - особенно по сравнению с резким приростом уноса при других соотношениях размеров.

Таким образом, применение заявленной совокупности отличительных признаков повышает эффективность влагоудаления по сравнению с прототипом за счет недопущения срыва и уноса пленки воды потоком пара и организации сепарации остаточной влаги из потока при повороте его к патрубку 5. Этот эффект, максимальный при указанных соотношениях размеров, достигнут без применения сложных деталей (лопаточный завихритель и т.д.), увеличивающих потери давления.

При работе центробежного сепаратора пароводяная смесь подводится тангенциально к цилиндрическому корпусу 1 через патрубки 4 (фиг.2). Так обеспечивается вращение потока, при котором центробежные силы отбрасывают капли воды на внутреннюю поверхность корпуса 1, по которой она стекает вниз. Так осуществляется первичная сепарация. Основной поток спускается по спирали в камере, ограниченной корпусом 1, патрубком 5 и обтекателем 10.

Через кольцевой зазор 9 основной поток и вода попадают в пространство, отделенное диафрагмой 8 от верхней части сепаратора. Поток совершает еще один поворот от зазора 9 к входному отверстию 7 на нижнем крае патрубка 5, соединенного с верхней стенкой 2. При этом повороте, во-первых, пар разводится по направлениям со стекающей вниз по стенкам корпуса 1 пленкой уже отсепарированной воды (так устраняется опасность срыва и уноса пленки паром), а во-вторых, опять возникает центробежная сила, отбрасывающая вниз остаточную воду из потока. После этого осушенный пар отводится вверх через патрубок 5, а вода стекает вниз по стенкам корпуса 1 и колпаку 11 на дно сепаратора и отводится через патрубок 6 на нижней торцевой стенке 3.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для повышения эффективности сепарации влажного пара. В центробежном сепараторе пароводяной смеси, включающем вертикальный цилиндрический корпус, патрубки подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками, патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край этого патрубка расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса. Такое выполнение позволяет повысить эффективность сепарации, избегая при этом усложнения конструкции и роста потерь. 3 ил.

Центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками, отличающийся тем, что патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край патрубка отвода пара с отверстием для приема пара расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса.