ПЛАСТИНЧАТЫЙ СЕПАРАТОР С ОТСТОЙНИКОМ
PLATE SEPARATOR WITH SETTLER

Предметом настоящего изобретения является пластинчатый сепаратор для отделения капель жидкости от текучей среды с жидкой фазой, включающий в себя, по меньшей мере, два практически вертикально ориентированных пластинчатых профиля, расположенных на расстоянии друг от друга и образующих канал для протекания текучей среды с жидкой фазой между ними, на поверхности стенок которых происходит отделение капель жидкости, и отстойник, расположенный под пластинчатыми профилями, служащий для приема жидкости, отделившейся от текучей среды с жидкой фазой.
Такие пластинчатые сепараторы, называемые также пластинчатыми каплеотделителями, известны из предыдущего уровня развития техники и используются в различных способах отделения капель жидкости от текучей среды с жидкой фазой, в частности от потока газа. В энергетических установках, таких как солнечные или атомные электростанции, эффективное отделение капель жидкости от влажного пара определяет термический КПД установки. В течение промежуточного перегревания пара после расширения в оказывающейся давление турбине термодинамически выгодно высушить влажный пар перед перегреванием в промежуточном супернагревателе и подать его в конденсатный контур. В так называемых водоотделяющих пароперегревателях такие пластинчатые сепараторы используются для удаления влаги из текучей среды с жидкой фазой, в частности из влажного пара. Соответствующий пластинчатый сепаратор включает в себя ряд (как минимум два) тонкостенных профилей, расположенных параллельно друг другу, так называемых пластинчатых профилей, образующих пластинчатое отделительное пространство, на поверхности стенок которых происходит отделение капель жидкости из проходящей текучей среды с жидкой фазой. В качестве ссылки на пример известных технических решений может служить патент GB 1408928 А.
В частности, предметом настоящего изобретения является пластинчатый сепаратор, включающий в себя вертикально ориентированные пластинчатые профили, на которых собирается отделяющаяся жидкость, которая затем стекает вниз под действием силы тяжести и собирается в отстойнике, расположенном в нижней части пластинчатых профилей, как отделенная жидкость. Недостаток известных существующих пластинчатых сепараторов заключается в том, что собирающаяся в отстойнике жидкость, несмотря на слив, образует водоворот и уносится потоком текучей среды с жидкой фазой, проходящим через пластинчатый сепаратор, или закручивается и поднимается в пластинчатое отделительное пространство вследствие завихрения, и захватывается и стекает оттуда.
Погружение потока жидкости в отстойник с сопутствующим образованием направленных вверх боковых течений жидкости из отстойника в пластинчатое пространство в направлении, противоположном направлению стекания отделившихся капель жидкости, также является проблемой, поскольку при этом отделившиеся капли не могут свободно стекать вниз, а отделяются от поверхности пластинок и вытесняются.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание пластинчатого сепаратора вышеупомянутого типа, в котором отделенная жидкость в отстойнике находится в спокойном состоянии и не завихряется, или, по меньшей мере, ее завихрение происходит с меньшей интенсивностью, так что жидкость не отделяется от пластинок снова.
Цель изобретения достигается тем, что в отстойнике предусмотрена как минимум одна разделительная стенка, делящая отстойник на несколько частей.
Предлагается пластинчатый сепаратор для отделения капель жидкости от текучей среды с жидкой фазой, включающий в себя, по меньшей мере, два практически вертикально ориентированных пластинчатых профиля, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и образующих канал (пластинчатый канал) для протекания текучей среды с жидкой фазой между ними, на поверхности стенок которых происходит отделение капель жидкости, и отстойник, расположенный в нижней части пластинчатого отделительного пространства, служащий для приема жидкости, отделившейся от текучей среды с жидкой фазой. В отстойнике предусмотрена как минимум одна разделительная стенка, делящая отстойник на несколько частей (т.е. как минимум на две части).
Геометрическое разделение отстойника на несколько областей или полостей с использованием одной или нескольких разделительных стенок предупреждает интенсивное перемешивание воды, отделившейся и собравшейся в отстойнике, и захват капель воды с поверхности интенсивно перемешиваемой воды проходящим мимо потоком текучей среды с жидкой фазой и их унос обратно вверх в пластинчатое отделительное пространство, что понизило бы эффективность пластинчатого сепаратора. Таким образом можно сохранить в спокойном состоянии поверхность отделенной и собранной в отстойнике жидкости, даже при высоких скоростях потока текучей среды с жидкой фазой, проходящего сквозь пластинчатый сепаратор, за счет чего можно уменьшить негативно влияющие завихрения на поверхности воды и направленные вверх боковые потоки в пластинчатом пространстве. Поскольку разделительная стенка (или разделительные стенки) находится (находятся) в траектории потока текучей среды с жидкой фазой, она (они) представляет (представляют) собой препятствие, блокирующее или отклоняющее поток, за счет чего предупреждается погружение в жидкость потока и возникновение вертикально направленного бокового потока между пластинчатым отделительным пространством и соединяющимся с ним уровнем жидкости. Кроме того, еще одно преимущество заключается в улучшении слива собранной жидкости, благодаря чему сохраняется низкий уровень жидкости в отстойнике в процессе работы. Преимущество настоящего изобретения заключается также в возможности повышения скорости прохождения потока.
В варианте изобретения, по крайней мере, одна разделительная стенка расположена практически вертикально и проходит от дна отстойника как минимум до нижних кромок пластинчатых профилей. То есть разделительная стенка простирается от потока в отстойнике как минимум непосредственно до пластинчатого отделительного пространства. Однако разделительная стенка может проходить и далее, за нижние кромки, входя в нижнюю часть пластинчатого отделительного пространства. Таким образом, это обеспечивает особенно хорошую возможность приведения в стабильное состояние и/или поддерживания в спокойном состоянии отделенной и собранной в отстойнике жидкости. Таким образом уменьшается погружение в жидкость потока текучей среды с жидкой фазой в отстойнике и возникновение вследствие этого боковых направленных вверх боковых потоков в пластинчатом пространстве.
Было доказано, что особо существенное преимущество достигается при установке, по меньшей мере, одной разделительной стенки перпендикулярно направлению потока текучей среды с жидкой фазой сквозь пластинчатый сепаратор. Плоскость такой разделительной стенки надлежащим образом ориентирована практически перпендикулярно пластинчатому профилю.
Предпочтительная уточненная доработка состоит в том, что обеспечивается как минимум один отдельный слив для каждой из областей отстойника, разделенных разделительной стенкой.
В соответствии с предпочтительным альтернативным вариантом обеспечивается один общий слив для двух прилегающих друг к другу областей отстойника, разделенных разделительной стенкой.
Кроме того, для разделительной стенки выгодно иметь как минимум один канал в области рядом с дном отстойника, соединяющий две прилегающие друг к другу области, разделенные данной стенкой. Таким образом достигается выравнивание уровней жидкости в областях, соединенных друг с другом с помощью канала. Кроме того, это позволяет сделать слив только в одной из областей, соединенных каналом, как будет подробнее описано ниже со ссылками на чертежи.
Согласно еще одному предпочтительному варианту исполнения пластинчатые профили выполняются, по меньшей мере, частично гофрированными и ориентированы, по меньшей мере, приблизительно параллельно друг другу с многочисленными экранами, направленными против направления протекания потока S, выступающими в канал потока как минимум от одного из указанных пластинчатых профилей, вследствие чего образуются улавливающие карманы, направленные против направления потока S и служащие для отделения капель жидкости. В частности, многочисленные подрезанные пластинки, ориентированные по направлению потока, выступают наружу из данного пластинчатого профиля, образуя полости, также ориентированные по направлению потока, а указанные подрезанные пластинки перекрыты на определенную длину со своей внешней стороны, направленной в сторону от пластинчатого профиля, экранами, направленными против направления потока, в результате чего образуется лабиринтная отделительная система для отделения капель жидкости от потока. Описание конструкции данного пластинчатого профиля приводится ниже со ссылками на чертежи. Было показано, что пластинчатый сепаратор с пластинчатыми профилями данной конструкции обеспечивает особенно высокую степень отделения жидкости, что обеспечивает повышенный расход отделенной жидкости, для которого особенно хорошо подходит отстойник в соответствии с предыдущим утверждением.
Ниже приводится описание изобретения с помощью трех предпочтительных вариантов осуществления, показанных на прилагаемых чертежах, идентичные и/или функционально-идентичные элементы на которых обозначены одинаковыми позициями.
На схематических чертежах:
фиг.1 - пластинчатый сепаратор существующего типа, вид в частичном разрезе;
фиг.2 - пластинчатый сепаратор, вид сбоку;
фиг.3 - три возможных примера исполнения пластинчатого сепаратора в соответствии с настоящим изобретением, вид в частичном разрезе; и
фиг.4 - пластинчатый профиль пластинчатого сепаратора, представленного на фиг.3, вид сверху.
На фиг.1 показана область нижнего основания пластинчатого сепаратора 100 существующего типа. Пластинчатый сепаратор 100 размещен внутри корпуса 10, в который встроен отстойник 40. В пластинчатом сепараторе 100 предусмотрены вертикально ориентированные пластинчатые профили, расположенные параллельно друг другу и находящиеся на определенном расстоянии друг от друга, совместно образующие пластинчатое отделительное пространство; на фиг.1 представлена нижняя часть 30 лишь одного пластинчатого профиля. Нижняя кромка пластинчатого профиля 30 обозначена позицией 31. Текучая среда с жидкой фазой проходит сквозь пластинчатый сепаратор 100 в заданном направлении протекания S, капли жидкости отделяются известным образом от проходящего мимо потока и оседают на поверхности стенок данных пластинчатых профилей 30. Отделившиеся капли жидкости соединяются и стекают вниз под действием силы тяжести в предназначенный для этого отстойник 40. Собранная жидкость F может сливаться через сливное отверстие 43 (показано пунктиром), расположенное на дне 44 отстойника.
В пластинчатом сепараторе 100, показанном на фиг.1, часть потока текучей среды с жидкой фазой может достигать поверхности 41 собранной жидкости F между нижними кромками 31 пластинчатых профилей 30 и/или погружаться в отстойник 40. Направление течения вышеупомянутой части потока обозначено позицией Т. При отклонении части потока из отстойника 40 и его перемещении вверх между пластинчатыми профилями 30 он начинает перемещаться в направлении, противоположном направлению движения отделившихся капель воды, которые должны были бы стекать вниз в отстойник 40 под действием силы тяжести. Капли жидкости отделяются от поверхности пластинчатых профилей указанной частью потока, движущейся в направлении Т, и отбрасываются наверх, не собираясь в отстойнике 40, как предполагалось.
На фиг.2 представлен вид сбоку пластинчатого сепаратора согласно изобретению, обозначенного в целом позицией 100. Пластинчатый сепаратор 100 включает в себя корпус 10 с находящимся внутри пластинчатым отделительным пространством, в котором расположен ряд практически вертикально ориентированных пластинчатых профилей 30 (не показано), установленных на определенном расстоянии друг от друга. Текучая среда с жидкой фазой, например поток газа или пара, проходит сквозь пластинчатый сепаратор 100 в заданном направлении протекания S (так называемое горизонтальное втекание и протекание), капли жидкости, содержащиеся в текучей среде с жидкой фазой, отделяются известным образом на поверхности стенок пластинчатых профилей 30. Соединившиеся отделенные капли жидкости стекают вниз под действием силы тяжести в предназначенный для этого отстойник 40, который может быть выполнен в форме дренажного блока. Отстойник 40 может быть встроен в корпус 10 или выполнен в виде отдельного элемента. Невидимые нижние кромки 31 пластинчатых профилей 30 показаны пунктиром. Область входа текучей среды с жидкой фазой в корпус 10 обозначена позицией 20; как правило, она выполняется в виде перфорированной пластины. Сливной патрубок отстойника 40 обозначен позицией 50.
На фиг.3а показан первый пример выполнения пластинчатого сепаратора 100 с отстойником 40. Приведенное ниже описание аналогичным образом относится и ко второму и третьему примерам выполнения пластинчатого сепаратора 100′ и 100″ соответственно, представленным на фиг.3b и 3с. Отстойник 40 встроен в корпус 10 пластинчатого сепаратора 100, 100′, 100″ и занимает всю ширину и, предпочтительно, всю глубину корпуса 10. Разделительная стенка 45 расположена приблизительно в середине по ширине внутренней полости отстойника 40; данная стенка распространяется от дна 44 отстойника до нижней кромки 31 пластинчатого профиля 30 и по всей ширине отстойника 40. В данном примере выполнения разделительная стенка 45 делит отстойник 40 на две области, или полости, 40а и 40b. За счет указанного разделения поверхность 42 отделившейся и собранной жидкости F в отстойнике 40 можно привести в стабильное состояние или поддерживать в невозмущенном состоянии при высоких скоростях потока текучей среды с жидкой фазой, протекающего сквозь пластинчатый сепаратор 100, 100′, 100″, благодаря чему уменьшаются негативно влияющие возмущения на поверхности воды. Поскольку скорости протекания потока текучей среды с жидкой фазой могут быть достаточно большими, разделительная стенка выполняется из коррозионно-стойкого материала, предпочтительно из металла.
За счет разделения отстойника 40 на две части 40а и 40b слив собранной жидкости F также улучшается (свободный от помех слив), что обеспечивает возможность сохранения низкого уровня собранной жидкости во время работы. В первом примере осуществления на фиг.3а каждая из указанных двух областей 40а и 40b имеет свое собственное сливное отверстие 43а и 43b в дне 44 отстойника. Во втором примере осуществления, показанном на фиг.3b, сливное отверстие 43 предусмотрено лишь в одной - левой 40а или правой 40b части отстойника. Кроме того, в разделительной стенке 45 предусмотрен канал 46 в области рядом с дном 44 отстойника, соединяющий между собой разделенные области 40а и 40b под уровнем поверхности 42 собранной жидкости F. В третьем примере осуществления, показанном на фиг.3с, предусмотрено общее сливное отверстие 43 в дне 44 отстойника для обеих областей 40а и 40b, разделенных разделительной стенкой 45, делящей указанное сливное отверстие 43 точно на две равные части. Если, как в первом примере исполнения на фиг.3а, предусмотрены отдельные сливные отверстия для каждой области 40а и 40b отстойника 40, их размеры могут быть меньше, чем в случае, когда предусматривается только одно общее сливное отверстие, как во втором и в третьем вариантах исполнения на фиг.3b и 3с. Количество сливных отверстий таким образом определяется конструктивными ограничениями.
Ниже приводится описание конкретного предпочтительного пластинчатого профиля со ссылкой на фиг.4, который используется в пластинчатом сепараторе 100, 100′, 100″ согласно изобретению и обеспечивает особенно высокую степень отделения при низких потерях давления. Одинарный пластинчатый профиль 30 показан на виде сверху по линии IV-VI на фиг.3а. Пластинчатые профили (не показано), предпочтительно, такой же формы расположены на определенном расстоянии от данного пластинчатого профиля 30 и параллельно ему; два находящихся рядом пластинчатых профиля образуют канал для прохода между ними текучей среды с жидкой фазой в заданном направлении протекания S.
Пластинчатый профиль 30 имеет гофрированную форму в направлении протекания S. Многочисленные экраны 31 выступают в направлении против направления протекания S с обеих сторон пластинчатого профиля 30, образуя улавливающие карманы для капель жидкости, направленные против направления протекания S. Кроме того, многочисленные подрезанные пластинки 33, ориентированные по направлению потока S, выступают с обеих сторон пластинчатого профиля 30, образуя полости 34, ориентированные по направлению потока S. Подрезанные пластинки 33, ориентированные по направлению протекания S, прикрыты на определенную длину с внешней стороны, отклоненной в сторону от пластинчатого профиля, перегородками 31, направленными против направления S потока, в результате чего образуются эффективная лабиринтная отделительная система и общая уловительная камера (улавливающий карман 32 плюс полость 34) для улавливания выделившихся из потока капель жидкости. Подрезанные пластинки 33 устанавливаются только на первой половине пластинчатого профиля 30 по направлению потока S, чтобы обеспечить более высокую степень отделения жидкости в данной области профиля. Кроме того, длина подрезанных пластин 33 уменьшается в направлении потока S, в результате чего объем полостей и общих уловительных камер в направлении потока S уменьшается.
Конечные кромки перегородок 31 и/или подрезанных пластинок 33 имеют выпуклую Р-образную форму в области перекрытия подрезанных пластинок 33 внешними экранами 3, в результате чего образуются четкие контактные точки в области перекрытия. Как указывалось выше, пластинчатый сепаратор 30 образован из большого количества прессованных металлических элементов, приваренных друг к другу.