УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ ЖИДКОСТИ, УВЛЕКАЕМЫХ ГАЗОМ ИЛИ ПАРОМ
PERFECTED APPARATUS FOR SEPARATION OF FLUID DROPS CAUGHT BY GAS OR VAPOUR

Область техники
Изобретение относится к усовершенствованному аппарату для отделения капель жидкости, увлекаемых газом или паром, проходящим через аппарат. Для удобства такой аппарат здесь и далее будет называться сепаратором жидкости.
Уровень техники
Несмотря на то что задачей установки, производящей сжатый пар для приведения в движение турбины, является производство 100% сухого пара для подачи в турбины и сохранение пара сухим во всей системе труб, обычно это невозможно, например, из-за потерь тепла в трубах, или в расположенной выше по потоку турбине конденсируется некоторое количество пара в капли воды. Так как паровые турбины подвержены эрозии и/или коррозии, вызываемой каплями, требуются сепараторы влаги для удаления капель воды из пара до его попадания в турбины. Сепараторы влаги особенно необходимы перед подачей пара в турбины среднего и низкого давления, так как пар уже был значительно охлажден благодаря расширению через предыдущую турбину высокого давления.
Сепаратор влаги, известный из патента США №4342570, содержит смежные блоки разнесенных, взаимно параллельных, гофрированных пластин, которые прикреплены болтами к опорным панелям. Гофрированная пластина, расположенная выше блоков по потоку, распространяет входящий поток влажного пара равномерно. Гофрированная пластина также прикручена болтами к опорным панелям. Гофрированные пластины позиционируются таким образом, чтобы гофры шли перпендикулярно направлению потока пара. В результате пар быстро отклоняется поочередно в разных направлениях, когда он протекает между смежными пластинами по гофрам так, что капли воды, имея больше инерции, чем окружающий пар, задерживаются гофрами вместо того, чтобы оставаться захваченными паром. Гофрированные пластины наклонены под углом к горизонтали так, что захваченные капли сбегают по гофрам в желоба, расположенные для сбора воды, когда она вытекает из каждого блока гофрированных пластин. Вода удаляется из сепаратора влаги через сливные трубки, соединенные с желобами. По причине упомянутой выше проблемы эрозии и коррозии существует потребность в максимизации возможности гофрированных пластин эффективно захватывать и собирать капли воды, увлекаемые потоком пара, проходящего через сепаратор влаги, и в минимизации тенденции захваченной и собранной воды повторно увлекаться паровым потоком до слива через желоба и сливные трубки. Для этой цели авторы изобретения обнаружили, что определенная геометрическая конфигурация гофр в значительной степени эффективнее, чем другие.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением сепаратор жидкости содержит гофрированные пластины, имеющие следующие геометрические характеристики.
Длина волны или период гофр Р находится в диапазоне от 6 мм до 24 мм, а амплитуда A составляет около Р/2.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения Р находится в пределах от 9 мм до 18 мм.
Кроме того, обнаружено, что хорошая производительность получается, если зазор G между смежными гофрированными пластинами в сепараторе влаги примерно такой же, как и амплитуда A.
Предпочтительно, чтобы ширина W каждой гофрированной пластины, измеряемая в направлении потока пара, составляла около 10P, а высота Н каждой гофрированной пластины, измеряемая в плоскости пластин перпендикулярно потоку пара и под прямым углом к ширине W, должна быть в диапазоне от 0,75W до 1,5W.
Точные размеры указанных выше гофрированных пластин варьируются в указанных выше пределах в соответствии с условиями, возникающими в конкретных системах подачи пара, в которых используются пластины. Оптимизированные значения для конкретных систем получаются комбинацией анализа с применением хорошо известных программ ВГД (вычислительной гидродинамики) и тестовых стендов.
Следующие аспекты раскрытия станут очевидными из следующего описания и формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее будут описываться предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения только посредством примера со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид в плане одной из гофрированных пластин, и
Фиг. 2 - вид с края двух смежных пластин в плоскости II-II Фиг. 1.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показан один вариант осуществления гофрированной пластины 10 для применения в сепараторе жидкости. На виде в плане пластина имеет форму параллелограмма, имеющего сторону шириной W и более длинную сторону H/sin α, где H - высота параллелограмма, измеренная перпендикулярно ширине W, а α - острый внутренний угол, сформированный пересечением сторон параллелограмма. Пластина изготовлена из нержавеющей или другой высоколегированной стали для выдерживания воздействия горячего пара S, проходящего вдоль нее.
Как показано на Фиг. 2, гофры 12 в данном конкретном варианте осуществления сформированы как серия однородных синусоидальных волн вдоль ширины W каждой пластины 10. И хотя показаны синусоидальные волны, проектировщик по своему усмотрению может использовать другие типы волн, например параболические, трехгранные и даже квадратные волны, хотя целесообразно закруглять углы последних двух типов волн для предотвращения перегрузки, которая может привести к возникновению трещин и/или коррозии пластин.
Как показано стрелками S в варианте осуществления на Фиг. 1 и 2, пар проходит через зазор G между смежными пластинами перпендикулярно длинам гофр, и это отклоняет пар попеременно в противоположных направлениях при его прохождении между смежными пластинами с гофрами так, что капли воды, имеющие больше инерции, чем окружающий сухой пар, имеет тенденцию задерживаться гофрами вместо того, чтобы увлекаться потоком пара.
Обнаружено, что для эффективного удаления капель, длина волны или период гофр Р должен находиться в пределах от 6 мм до 24 мм, предпочтительно от 9 мм до 18 мм, а амплитуда A должна составлять половину значения P. Производительность также улучшается, если зазор G, т.е. расстояние между смежными гофрированными пластинами в сепараторе жидкости, равен примерно такому же значению, что и амплитуда A.
Для того чтобы легко получить и сохранить размер G постоянным в каждом блоке гофрированных пластин, четыре поля 13 формируются на каждой из пластин 10 во время операции прессования, которая образует гофры. Пара полей 13 находится рядом с передним краем каждой пластины, а другая пара полей находится рядом с задним краем, поля каждой пары разнесены в направлении поперек гофр. Каждое поле 13 сформировано таким образом, что углубление соединяет две вершины гофр так, что углубление смежной пластины располагается на поле, как показано на Фиг. 2.
Необходимо отметить, что пар S проходит перпендикулярно длинам гофр, но не под прямыми углами к ним. Пересечение направления S потока пара с поперечной протяженностью гофр 12 делает острым внутренний угол θ, который в данном предпочтительном варианте осуществления является таким же, как и острый внутренний угол α, сформированный пересечением сторон параллелограмма. И хотя можно сформировать сепаратор жидкости таким образом, что пар будет протекать над гофрами под прямыми углами к гофрам, предпочтительно, чтобы поток пара встречался с гофрами под острым внутренним углом θ, как показано, так как это автоматически придает каплям, захваченным гофрами, составляющую скорости потока в направлении D вдоль длины гофр, что содействует продвижению капель воды в направлении слива. Конечно, проектировщик сам выбирает угол отклонения θ между потоком пара и продольной протяженностью гофр, но конструкция сепаратора влаги будет упрощена, если θ=α.
Слив также улучшается, если один конец 14 гофр ниже другого конца 15 так, что углубления каждого блока гофрированных пластин сливаются в желоба, сформированные на их концах 14.
Необходимо отметить, что передний и задний концы 16, 17 соответственно гофрированных пластин плоские, т.е. без гофр. Они имеют отверстия 18 около каждого угла формы параллелограмма для вставки опорных элементов круглого сечения (не показаны), которые помогают выполнять сборку гофрированных пластин и сохранять их в одном блоке.
Представленное выше описание составлено исключительно посредством примера, возможны модификации в пределах объема приложенной формулы изобретения.