ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
CENTRIFUGAL SEPARATOR FOR SEPARATING LIQUIDS

Изобретение относится к центробежному сепаратору для отделения жидкости от газового потока, в частности для отделения воды от водяного пара, содержащему первую трубу, в которой расположен завихритель, и следующую за ней вторую трубу, причем внутренний диаметр первого конца второй трубы, обращенного к первому концу следующей за ней, коаксиально расположенной третьей трубы, больше внешнего диаметра первого конца третьей трубы, причем вторая и третья трубы на радиальном расстоянии с образованием сепарирующей камеры окружены рубашкой, снабженной сливом для жидкости.
Подобные центробежные сепараторы используются, например, в парогенерирующих установках с паропроводами и поддерживают функцию обычного водоотделителя/промежуточного перегревателя. Такой обычный водоотделитель расположен между турбинами высокого и низкого давлений и служит для высушивания пара перед поступлением в турбину низкого давления. Из-за модификаций в системной технике или режима эксплуатации электростанции может произойти так, что подаваемый к водоотделителю/промежуточному перегревателю пар больше не соответствует первоначальному расчету, так что для испарения остаточной влаги требуется дополнительный отопительный пар или в турбину низкого давления поступает «влажный» пар. При этом снижается мощность установки, и в ее подключенных компонентах могут возникнуть проблемы с эрозией и коррозией. С помощью раскрытого, например, в DE 10129198 В4 дополнительном центробежном сепараторе, установленном перед водоотделителем/промежуточным перегревателем, надежным и экономичным образом достигается дополнительное водоотделение. Также с помощью высокоскоростных сепараторов других конструктивных форм, раскрытых, например, в ЕР 0002235 А1 или ЕР 0233332, можно достичь дополнительного и надежного водоотделения.
Трудности могут, однако, возникнуть тогда, когда уже существующие установки должны быть дооборудованы. Часто имеющееся в распоряжении монтажное пространство очень ограничено, так что могут быть встроены лишь дополнительные водоотделители относительно малых размеров. В таком случае цель повышения кпд установки подчас не достигается.
В основе изобретения лежит задача создания типичного центробежного сепаратора, который может быть встроен даже в ограниченных пространственных условиях дооборудуемой установки, причем дополнительно повышается кпд установки.
Эта задача решается у центробежного сепаратора описанного выше типа за счет того, что центробежный сепаратор содержит, по меньшей мере, один компенсатор длины для изменения, тем самым осевой длины центробежного сепаратора. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах.
Центробежный сепаратор, согласно изобретению, для отделения жидкости от газового потока, в частности для отделения воды от водяного пара, содержит первую трубу, в которой расположен завихритель, и следующую за ней вторую трубу, причем внутренний диаметр первого конца второй трубы, обращенного к первому концу следующей за ней, расположенной коаксиально ей третьей трубы, больше внешнего диаметра первого конца третьей трубы, причем вторая и третья трубы на радиальном расстоянии с образованием сепарирующей камеры окружены рубашкой, снабженной сливом для жидкости. Благодаря центробежному сепаратору, согласно изобретению, эта задача решается за счет того, что он содержит, по меньшей мере, один компенсатор длины. Этим достигается то, что осевую длину центробежного сепаратора можно изменять в зависимости от имеющегося в распоряжении монтажного пространства. Дооборудование, следовательно, возможно простым образом, причем центробежный сепаратор может быть выполнен достаточного размера, так что достигается повышение кпд установки.
Преимущественно компенсатор длины представляет собой сильфон, или колено, или другой фитинг. Это обеспечивает гибкую подгонку к заданным пространственным условиям. Особенно за счет колена может быть достигнуто отклонение осевого направления центробежного сепаратора на 90° или более, так что возможна большая осевая длина центробежного сепаратора при низкой общей конструктивной высоте. Целесообразно расположение компенсатора длины между первой и второй трубами. В таком случае первая труба, включая завихритель, может быть использована в качестве первого модуля и вторая труба, а также третья труба, включая сепарирующую камеру, - в качестве второго модуля. Компенсатор длины служит тогда в качестве соединительной детали между обоими модулями. Благодаря такой модульной конструкции подгонка к заданным пространственным условиям возможна простым образом. Кроме того, модули могут иметь оптимальные размеры в зависимости от имеющегося в распоряжении конструктивного пространства.
Первая труба может иметь еще, по меньшей мере, один участок, выполненный конусообразным, причем на этом участке расположен завихритель. За счет конусообразной геометрии осевая скорость поступающего пара уменьшается, так что на завихрителе возникает меньшая потеря давления, а кпд центробежного сепаратора может быть дополнительно повышен. Эта мера может быть принята без воздействия на осевую конструктивную длину, так что дооборудование в суженном конструктивном пространстве возможно простым образом.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, вторая и третья трубы расположены на осевом расстоянии друг от друга. Соотношение осевого расстояния к внутреннему диаметру первого конца второй трубы составляет преимущественно от 0,1 до 0,2. Таким образом, возможен надежный ввод в сепарирующую камеру водяных капель, отброшенных завйхрителем к внешней стенке первой и второй труб. Если центробежный сепаратор содержит еще выпрямитель, установленный за первой сепарирующей камерой, то освобожденный от воды поток пара перед выходом из центробежного сепаратора может быть раскручен.
Для повышения кпд после упомянутой выше сепарирующей камеры может быть предусмотрена дополнительная сепарирующая камера, содержащая четвертую трубу, следующую за третьей трубой. За четвертой трубой следует расположенная коаксиально ей пятая труба, причем пятая труба, по меньшей мере, частично вставлена в четвертую трубу с образованием кольцевого зазора между четвертой и пятой трубами. Четвертая и пятая трубы окружены на радиальном расстоянии дополнительной рубашкой с образованием дополнительной сепарирующей камеры, которая для отвода отделенной воды снабжена сливом для жидкости. Если дополнительная сепарирующая камера имеет патрубок, то он может быть использован для создания разрежения в дополнительной сепарирующей камере. Таким образом, степень сепарации и, тем самым, кпд можно еще больше повысить. Если предусмотрена дополнительная сепарирующая камера, то за ней может быть установлен выпрямитель, так что выходит раскрученный поток пара.
Одна эффективная мера дальнейшего повышения кпд состоит в том, чтобы снабдить завихритель внутри первой трубы завихряющими лопатками, которые проходят от ступицы завихрителя к внутренней стенке первой трубы и имеют в сечении криволинейный контур. Преимущественно криволинейный контур выполнен в форме дуги окружности. Особенно предпочтительное соотношение между радиусом дуги окружности и внутренним диаметром первого, обращенного ко второй трубе конца первой трубы составляет от 0,1 до 0,3. При этом оказалось, что очень эффективного отклонения поступающих капель в центробежный сепаратор можно достичь, если угол раствора дуги окружности составляет от 20 до 60°. Предпочтительно в этой связи, если соотношение между внутренним диаметром первого конца второй трубы и внутренним диаметром первого конца первой трубы составляет от 1,0 до 1,5.
Повышение кпд даже в ограниченных пространственных условиях возможно далее за счет того, что угол раствора дуги окружности уменьшается от ступицы завихрителя к внутренней стенке первой трубы. Таким образом, на капли, попадающие на завихряющие лопатки в относительной близости от ступицы завихрителя, оказывается относительно большое завихряющее усилие, чтобы транспортировать их к внутренней стенке первой трубы. Капли, попадающие на завихряющие лопатки в относительной близости от внутренней стенки первой трубы, не требуют таких больших отклоняющих усилий, так что дуга окружности может иметь меньший угол раствора. Это приводит, в целом, к меньшей потере давления и повышению кпд центробежного сепаратора. Одна альтернативная или дополнительная мера состоит в том, что радиус дуги окружности возрастает от ступицы завихрителя к внутренней стенке первой трубы.
Ниже изобретение более подробно описано с помощью примеров его осуществления, изображенных на чертежах, где:
- фиг.1: схематично в продольном разрезе центробежный сепаратор с несколькими модулями;
- фиг.2: вид сверху на завихряющую лопатку, установленную на ступице завихрителя;
- фиг.3: первая завихряющая лопатка в перспективе;
- фиг.4: вторая завихряющая лопатка в перспективе.
На фиг.1 схематично в продольном разрезе изображен центробежный сепаратор 1 с несколькими модулями. Центробежный сепаратор 1 содержит первую трубу 2, имеющую конусообразный участок 3. На этом участке 3 несколько завихряющих лопаток 4 расположены в виде венца на ступице 5 и прочно соединены со ступицей, а также с внутренней стенкой охватывающей первой трубы 2. Завихряющие лопатки 4 и ступица 5 образуют сообща завихритель 6. Когда пар по обозначенному стрелкой 40 направлению поступает из подключенной турбины высокого давления (не показана) в первую трубу 2 центробежного сепаратора 1, он попадает на ступицу 5 и, тем самым, расположенные на ней завихряющие лопатки 4. Посредством завихряющих лопаток 4 водяные капли направляются к внутренней стенке первой трубы и могут там стекать. Ступица 5 выполнена полой и имеет основание 7, закрытое на стороне натекания. На противоположной стороне 8 отекания ступица 5 открыта. Образующееся там разрежение может быть использовано для облегчения отсасывания в последующих сепарирующих модулях, как это поясняется ниже.
Перед конусообразным участком 3 расположен цилиндрообразный присоединительный участок 9, который служит для присоединения простым образом к уже имеющемуся трубопроводу. Для этого присоединительный участок имеет, например, такой же диаметр D, что и присоединяемый трубопровод. За конусообразным участком 3 можно, но не обязательно, расположить цилиндрообразный участок 10, так что монтаж с последующими цилиндрическими трубными частями может быть осуществлен простым образом. Эта первая труба 2 может служить единственным модулем, причем длина последующих компонентов центробежного сепаратора еще не установлена.
Первую трубу 2 соединяют со второй трубой 11, имеющей первый конец 12. За этой второй трубой 11, имеющей внутренний диаметр D1, следует расположенная коаксиально ей третья труба 13, имеющая первый конец 14. Целесообразно рассчитать расстояние 15 между первым концом 12 второй трубы 11 и первым концом 14 третьей трубы 13 так, чтобы оно имело величину, соответствующую 0,1-0,2-кратному значению внутреннего диаметра D1 второй трубы 11. Внутренний диаметр D1 второй трубы 11 больше внешнего диаметра D2 третьей трубы 13, так что вода, стекающая с внутренней стенки первой трубы 2, а оттуда - по внутренней стенке второй трубы 11, может вытекать из этого образованного кольцевого зазора и попадать в сепарирующую камеру 16. Сепарирующая камера 16 имеет рубашку 17, которая охватывает вторую трубу 11 и третью трубу 13. Встроенные элементы 18 в сепарирующей камере 16 эффективно удерживают к тому же течение пара от скопившейся воды, которая посредством слива 19 в зоне дна 20 сепарирующей камеры 16 может быть извлечена из нее. Отделенный, таким образом, в значительной степени от воды пар поступает в третью трубу 13 и на ее противоположном конце может покидать центробежный сепаратор 1.
Между первой трубой 2 и второй трубой 11 в зоне А (фиг.1) может быть встроен компенсатор 50 длины. Это, например, сильфон или колено трубы (последнее не показано), так что относительное положение между первой трубой 2 в качестве первого модуля и сепарирующей камерой 16 в качестве второго модуля может быть приспособлено к локальным пространственным условиям. Первая труба 2 может быть, тем самым, соединена, при случае, под углом или с осевым смещением относительно сепарирующей камеры 16.
Для повышения кпд за сепарирующей камерой 16 может следовать дополнительная сепарирующая камера 21, содержащая четвертую трубу 22 и расположенную коаксиально ей пятую трубу 23. Пятая труба 23, по меньшей мере, частично вставлена в четвертую трубу 22 с образованием кольцевого зазора 24 между четвертой трубой 22 и пятой трубой 23, так что еще имеющаяся на внутренней стенке четвертой трубы и стекающая там вода может скапливаться и попадать в дополнительную сепарирующую камеру 21. Дополнительная сепарирующая камера 21 образована обеими трубами 22, 23 и радиально охватывающей рубашкой 25, причем она имеет в зоне дна 26 слив 27 для отбора скопившейся воды. Если дополнительная сепарирующая камера 21 имеет еще патрубок 28, то к нему может быть присоединен всасывающий трубопровод для облегчения отсоса воды из четвертой трубы 22. Всасывающий трубопровод соединен преимущественно с возвратным трубопроводом 29, который соединен с удлинением 30 ступицы 5 в качестве ее продолжения внутри первой трубы 2. Таким образом, имеющееся на стороне 8 отекания ступицы 5 разрежение можно оптимально использовать.
В случае, если предусмотрена только одна первая сепарирующая камера 16, то к ней может быть присоединен выпрямитель 31, вызывающий раскручивание течения пара. Для этого выпрямитель 31 содержит завихряющие лопатки 32, неподвижно установленные на ступице 33, причем направление вращения завихряющих лопаток 32 выпрямителя 31 направлено навстречу направлению вращения завихряющих лопаток 4 завихрителя 6. Если предусмотрена вторая сепарирующая камера 21, то выпрямитель 31 устанавливают за этой второй сепарирующей камерой 21. Высушенный пар покидает выпрямитель 31 в направлении подключенной турбины низкого давления.
Как видно на фиг.1, длину L1 центробежного сепаратора, содержащего первую трубу 2 в качестве первого модуля и сепарирующую камеру 16 в качестве второго модуля, можно изменять посредством компенсатора длины между обоими модулями так, что даже в ограниченном конструктивном пространстве возможно оптимальное использование места. На выбор также между сепарирующей камерой 16 и дополнительной сепарирующей камерой 21 может быть предусмотрен компенсатор длины, так что длину L2 центробежного сепаратора можно изменять. Это относится также к пространству между сепарирующими камерами 16, 21 и подключенным выпрямителем 31, так что можно регулировать длину L3.
Для повышения кпд центробежного сепаратора 1 завихряющие лопатки могут иметь далее криволинейный в сечении контур. Это преимущественно дуга окружности, как видно на фиг.2. На фиг.2 на виде сверху изображены ступица 5 завихрителя 6 и завихряющая лопатка 4 (другие имеющиеся завихряющие лопатки 4 не показаны). Дуга окружности имеет радиус R, который составляет преимущественно 0,1-0,3-кратную величину диаметра D присоединительного участка 3 первой трубы 2. Угол α раствора завихряющей лопатки 4 составляет преимущественно от 20 до 60°. Водяные капли, попадающие по обозначенному стрелкой 40 направлению течения на завихряющую лопатку 4, отклоняются за счет криволинейного контура в направлении внутренней стенки охватывающей первой трубы 2. Еще более высокие кпд достигаются тогда, когда завихряющая лопатка имеет угол α раствора, уменьшающийся от ступицы 5 завихрителя в направлении внутренней стенки первой трубы 2 (фиг.3). Угол уменьшается при этом с α1 до α2. Другая или дополнительная возможность состоит в том, что радиус дуги окружности завихряющей лопатки 4 возрастает от ступицы 5 завихрителя к внутренней стенке первой трубы 2. Другие конструктивные формы также предпочтительны, см. фиг.4, где изображена завихряющая лопатка 4 с постоянным углом α1 раствора, равным α2. В последнем случае завихряющая лопатка 4 имеет геометрию сектора конуса.