ДЕКАРБОНИЗАТОР Российский патент 2008 года по МПК C02F1/20 

Изобретение относится к области декарбонизации жидкости, преимущественно питательной воды паротурбоустановок.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является декарбонизатор по авторскому свидетельству СССР №553215, кл. С02В 1/10, 1975 г., содержащий сборный бак, штуцер для слива декарбонизированной воды, коллектор, форсунки, перегородку и заслонку, а также три царги: нижнюю, являющуюся сборным баком для декарбонизированной воды, среднюю, разделенную внутри наклонной перегородкой на зону контакта левую и зону сепарации правую, и верхней царги, предназначенной для предотвращения попадания отработанного воздуха в зону контакта.

Недостатком известного устройства является низкое гидравлическое сопротивление и низкое качество декарбонизации, связанное с грубым распыливанием жидкости, а также низкой производительностью.

Технический результат - повышение производительности за счет тонкого распыливания жидкости.

Это достигается тем, что в декарбонизаторе, содержащем сборный бак, штуцер для слива декарбонизированной воды, коллектор, форсунки, перегородку и заслонку, а также три царги: нижнюю, являющуюся сборным баком для декарбонизированной воды, среднюю, разделенную внутри наклонной перегородкой на зону контакта левую и зону сепарации правую, и верхней царги, предназначенной для предотвращения попадания отработанного воздуха в зону контакта, каждая из форсунок выполнена акустической и содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, трубок для подвода воздуха и жидкости, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, причем внутри корпуса, соосно ему жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, при этом нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей, расположен стержень диаметром d, на конце которого запрессован кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, а в хвостовой части стержня расположены фиксирующие диски, взаимодействующие с внутренней поверхностью втулки, а в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора.

На фиг.1 представлена схема односекционного декарбонизатора, на фиг.2 - схема акустической форсунки.

Декарбонизатор содержит сборный бак 1, штуцер 2 для слива декарбонизированной воды, среднюю царгу 3, коллектор 4, форсунки 5, перегородку 6, заслонку 7 и верхнюю царгу 8. Данный аппарат выполнен одноступенчатым и способен работать при сравнительно низком перепаде давления воды на акустических распылителях-форсунках 5. Линия подачи воздуха под давлением на чертеже не показана.

В распылительных аппаратах требуемая производительность обеспечивается установкой необходимого числа распылителей (форсунок) 5. Такие аппараты допускают секционирование, регулирование расхода в требуемых пределах.

Предлагаемый аппарат имеет прямоугольную форму и состоит из нескольких элементов (царг), в данном случае трех: нижней, являющейся сборным баком 1 декарбонизированной воды, средней 3, разделенной внутри наклонной перегородкой 6 на зону контакта (левую) и зону сепарации (правую), и верхней царги 8, предназначенной для предотвращения попадания отработанного воздуха в зону контакта. В верхней части зоны контакта установлен коллектор 4 с укрепленными на нем форсунками 5. Размер окна, через которое входит в аппарат эжектированный воздух, регулируется заслонкой 7.

Акустическая форсунка содержит корпус 24 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона в виде сопла 10 и кольцевого объемного резонатора 12. Корпус 24 выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка 14 для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка 15 для подвода жидкости. Внутри корпуса 24, соосно ему, жестко закреплена втулка 21 с фланцами верхним 9 и нижним 13, причем нижний фланец 13 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 24.

Внутри втулки 21, соосно ей, расположен стержень диаметром d, на конце которого запрессован кольцевой объемный резонатор 12, выполненный в виде чашки 16 с конической поверхностью 18. В хвостовой части 11 стержня расположены фиксирующие диски 19 и 20, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 21. В нижнем фланце 13 расположено по крайней мере одно сопло 17 под углом к оси резонатора 12, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, причем продолжение оси сопла 17 лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности 18. На внутренней поверхности втулки 21 выполнены соосные коническое 22 и цилиндрическое 23 отверстия.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

Отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора 12 к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности 18 и нижней торцевой поверхностью корпуса 24 лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3.

Отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 16 резонатора 12 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9.

Отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 16 резонатора 12 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1,25÷3.

Отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 16 резонатора 12 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора 12 лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.

Декарбонизатор работает следующим образом.

Из-за наклонной перегородки 6 обе зоны (как контакта, так и сепарации) получаются расширяющимися в направлении движения потоков. В первой зоне расширяющаяся форма соответствует форме факелов и способствует уменьшению доли жидкости, выпадающей на стенки аппарата. При этом коллектор 4 поворачивают так, чтобы оси форсунок 5 были параллельны средней линия вертикального сечения контактной зоны, а угол раскрытия контактной зоны принимают на 5÷7° меньше угла раскрытия факелов. Расширяющаяся форма зоны сепарации обеспечивает постепенное уменьшение скорости газа, снижение его несущей способности и оседание капель на перегородке 6. По ней они стекают в желоб, образованный отогнутым краем перегородки 6. Собранная в желобе жидкость через отверстия стекает в бак 1. При такой конструкции работают два механизма сепарации капель: основной из них - инерционный, который обусловлен резким разворотом газа почти на 180° при его переходе из зоны контакта в зону сепарации (при этом из газа выпадает 90÷97% всех капель), а также второй механизм, который работает в зоне сепарации в качестве гравитационного механизма. Чтобы входное в зону сепарации окно не создавало заметного сопротивления, оно должно быть на 10÷15% больше минимально необходимой площади входного окна в зону контакта. Преимуществами аппарата являются: он является саморегулирующимся, и при увеличении расхода жидкости (либо за счет увеличения давления воды перед форсунками 5, либо за счет включения дополнительных форсунок 5) соответственно возрастает и расход воздуха.

Это обусловлено тем, что коэффициент эжекции мало зависит как от перепада давления (в указанном диапазоне), так и от числа параллельно работающих форсунок 5; при этом форсунки доступны для визуальных наблюдений за их состоянием, чистки и замены, что наряду с исключительной простотой конструкции существенно упрощает обслуживание и ремонт декарбонизатора.

Акустическая форсунка работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по трубке 14, где встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 12. В результате прохождения резонатора 12 распыливающим агентом (например воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через трубку 15 в сопла 17, откуда она попадает на окружность, находящуюся в средней части конической поверхностью 18 резонатора 12, затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 18 резонатора 12.

Изобретение относится к области декарбонизации жидкости, преимущественно питательной воды паротурбоустановок. Декарбонизатор содержит сборный бак, штуцер для слива декарбонизированной воды, коллектор, форсунки, перегородку и заслонку, а также три царги: нижнюю, являющуюся сборным баком для декарбонизированной воды, среднюю, разделенную внутри наклонной перегородкой на зону контакта левую и зону сепарации правую, и верхнюю, предназначенную для предотвращения попадания отработанного воздуха в зону контакта. Каждая из форсунок выполнена акустической и содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, трубок для подвода воздуха и жидкости. Корпус форсунок выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости. Внутри корпуса, соосно ему жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, при этом нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе. Внутри втулки, соосно ей, расположен стержень диаметром d, на конце которого запрессован кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, а в хвостовой части стержня расположены фиксирующие диски, взаимодействующие с внутренней поверхностью втулки. В нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора. Технический результат - повышение производительности за счет тонкого распыливания жидкости. 2 ил.

Декарбонизатор, содержащий сборный бак, штуцер для слива декарбонизированной воды, коллектор, форсунки, перегородку и заслонку, а также три царги: нижнюю, являющуюся сборным баком для декарбонизированной воды, среднюю, разделенную внутри наклонной перегородкой на зону контакта левую и зону сепарации правую, и верхнюю, предназначенную для предотвращения попадания отработанного воздуха в зону контакта, отличающийся тем, что каждая из форсунок выполнена акустической и содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, трубок для подвода воздуха и жидкости, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, причем внутри корпуса, соосно ему, жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, при этом нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей, расположен стержень диаметром d, на конце которого запрессован кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, а в хвостовой части стержня расположены фиксирующие диски, взаимодействующие с внутренней поверхностью втулки, а в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности резонатора, а отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности и нижней торцевой поверхностью корпуса лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1,25÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.