Результат интеллектуальной деятельности: ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР

Изобретение относится к устройствам для разделения пароводяной смеси на пар и воду и может быть использовано в конструкциях сепарационных устройств парогенерирующего оборудования.

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).

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.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является 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, 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 (Патент РФ №2206023, кл. F22B 37/32, опубл. 10.06.2003 - прототип).

Известный сепаратор не исключает полностью уноса пара водой при тангенциальном вводе пароводяной смеси.

В предложенном изобретении решается задача исключения уноса пара при сепарации пароводяной смеси.

Задача решается тем, что в центробежном сепараторе, включающем корпус с крышкой и днищем, патрубок подвода пароводяной смеси и патрубки отвода пара и воды, согласно изобретению, патрубок подвода пароводяной смеси выполнен вертикальным внутри корпуса с рядами отверстий и заглушкой в верхней части, в зоне отверстий между патрубком и корпусом размещено кольцо, внутри которого расположены лопатки дугообразной формы с началом каждой лопатки у патрубка и концом каждой лопатки у кольца, начало и конец каждых двух лопаток размещены на одном диаметре кольца, наиболее выступающие точки дуги на каждых двух дугообразных лопатках также размещены на одном диаметре, угол между диаметром, на котором размещены начало и конец лопаток, и соседним диаметром, на котором размещены наиболее выступающие точки дуги лопаток, составляет 15 градусов, ряды отверстий патрубка подвода пароводяной смеси расположены между началами лопаток, ниже кольца между патрубком и корпусом расположен конус с пазами в нижней части около корпуса, патрубок отвода пара расположен в крышке, патрубок отвода воды расположен в днище, при этом в нижней части корпуса расположен штуцер для отвода воды с переливным поплавковым клапаном, а патрубки и штуцера снабжены запорными элементами.

Сущность изобретения

Сепарирование воды и пара сопровождается либо потерей пара, уносимого вместе с водой, либо не полным отделением воды от пара, т.е. не полным сепарированием. Существующие центробежные сепараторы, в основном, не обеспечивают полностью отсутствия уноса пара водой при тангенциальном вводе пароводяной смеси. В предложенном изобретении решается задача исключения уноса пара при сепарации пароводяной смеси. Задача решается центробежным сепаратором, представленным на фиг. 1 и 2.

Конструкция сепаратора, представленного на фиг. 1 и 2, включает в себя следующие элементы: 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - дно, 4 - штуцера отвода воды, 5 - штуцер для установки предохранительного клапана, 6 - патрубок отвода воды, 7 - патрубок подвода пароводяной смеси, 8 - патрубок отвода пара, 9 - смотровой лючок, 10 - уровнемерная колонка, 11 - манометр, 12 - ряды отверстий, 13 - лопатки, 14 - кольцо, 15 - конус, 16 - переливной поплавковый клапан, 17, 18 - задвижки, 19 - соединительный тройник, 20 - пазы, 21 - начало лопатки, 22 - конец лопатки, 23 - наиболее выступающая точка дуги лопатки, 24 - диаметр, на котором размещены начало и конец каждых двух лопаток, 25 - диаметр, на котором размещены наиболее выступающие точки дуги на каждых двух дугообразных лопатках, α - угол между диаметром, на котором размещены начало и конец лопаток, и соседним диаметром, на котором размещены наиболее выступающие точки дуги лопаток, равный 15 градусам.

Центробежный сепаратор работает следующим образом.

Внутрь корпуса 1 сепаратора через патрубок подвода пароводяной смеси 7 поступают пароводяную смесь. Проходя через ряды отверстий 12, пароводяная смесь попадает в полости между лопатками 13 и кольцом 14. Вследствие того что лопатки 13 имеют закругленную дугообразную форму, возникает завихрение пароводяной смеси, водяные включения, ударяясь о поверхности лопаток 13 и кольца 14, отделяются от пароводяной смеси, оседают на лопатках 13 и кольце 14, стекают вниз по конусу 15, протекают под конус 15 через пазы 20 и стекают на дно 3, а отсепарированный пар поднимается вверх и выходит из корпуса 1 через патрубок отвода пара 8 в крышке 2.

Основной объем воды из нижней части корпуса 1 удаляется через патрубок выхода воды 6 на дне 2. При повышении уровня воды на штуцере отвода воды 4 периодически открывается переливной поплавковый клапан 16 и дополнительный объем воды сливается через штуцер 4. Уровень воды контролируют через уровнемерную колонку 10.

При данном режиме работы клиновые задвижки 17 должны находиться в открытом положении, а задвижка 18 - в закрытом. Штуцер 4 и патрубок 6 через установленные на них задвижки 17 объединяет соединительный тройник 19.

Данный способ выведения водяного конденсата из сепаратора позволяет использовать его без периодического отключения системы трубопроводов подачи пароводяной смеси.

Удаление отсепарированной воды может производиться и только через один штуцер 4 или патрубок 6, для чего перекрывают только одну из задвижек 17.

Для экстренного слива водяного конденсата из сепаратора используется штуцер для выхода отсепарированной воды 6 с установленной на него задвижкой 18, которая в данном случае будет находиться в открытом положении, а задвижки 17 - в закрытом.

Для удаления отсепарированного пара из корпуса сепаратора используется патрубок выхода пара 8, на котором расположен другой штуцер для установки предохранительного клапана 5, который служит для предотвращения чрезмерного повышения давления в корпусе сепаратора, которое контролируют через манометр 11.

Контроль за работой сепаратора в процессе его работы можно производить через смотровой лючок 9, расположенный в сепарирующей зоне.

Конус 15 через пазы 20 пропускает воду вниз и в то же время препятствует восхождению пересыщенных паров воды вверх и их попаданию в патрубок отвода пара 8, чем обеспечивается качество пара. Форма лопаток 13 и их расположение, при которых каждые диаметрально противоположные лопатки с началом лопатки 21 и концом лопатки 22 лежат на одном диаметре, способствуют плавному протеканию процесса отделения воды от пара. Этому же способствует и то, что наиболее выступающие точки дуг лопаток 23, расположенных диаметрально противоположно, находятся на одном диаметре, а угол α между диаметром, на котором размещены начало и конец лопаток, и соседним диаметром, на котором размещены наиболее выступающие точки дуги лопаток, равен 15 градусам.

Подобранная конфигурация лопаток и их расположение в совокупности с прочими элементами конструкции центробежного сепаратора обеспечивает исключения уноса пара при сепарации пароводяной смеси.

Краткая техническая характеристика центробежного сепаратора

Давление: рабочее 0,015 МПа; расчетное 0,02 МПа.

Температура: рабочая 175°C; расчетная 200°С.

Рабочая среда - пароводяная смесь.

Объем сепаратора - 1,6 м³.

Габариты: длина - 1296 мм; ширина - 1733 мм; высота - 4094 мм.

Масса - 1120 кг.

Краткая техническая характеристика сепарирующей зоны

Количество отверстий - 56 шт.

Диаметр отверстий - 30 мм.

Количество лопаток - 14 шт.

Габариты лопаток: длина - 262,5 мм; ширина - 230 мм.

Габариты: диаметр - 750 мм; высота - 330 мм.

Применение предложенного центробежного сепаратора позволит исключить унос пара при сепарации пароводяной смеси.