СОПЛО САМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ СЛИВА КОНДЕНСАТА ГРЕЮЩЕГО ПАРА В ПАРОВОДЯНЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЯХ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, к регуляторам потока жидкости, в частности, к регуляторам потока кипящей воды, и может быть использована для организации слива конденсата греющего пара в пароводяных нагревателях в энергетике, химической промышленности и в других отраслях, где используются пароводяные подогреватели с каскадным включением по конденсату греющего пара.
Известна система отвода конденсата греющего пара, в которой конденсат греющего пара отводится в нижестоящий подогреватель через гидрозатвор. Система описана в сборнике «Паротурбинные установки атомных электростанций», под редакцией Ю.Ф.Косяка. - М.: Энергия, 1978 г., стр.276, 278. Основной недостаток гидрозатвора этой системы в его высокой материалоемкости, и больших габаритах устройства. Монтаж гидрозатвора в ограниченном пространстве между двумя подогревателями зачастую затруднен, а в некоторых случаях невозможен, поскольку требует наличия большого прямолинейного вертикального участка, причем, чем больше разность давлений перед и за гидрозатвором, тем большую высоту имеет гидрозатвор.
Известен такой аналог заявляемого устройства как подпорная шайба, Подпорная шайба простейшей конструкции представляет собой зажатый между фланцами конденсатоотвода стальной или бронзовый диск толщиной 3-5 мм с отверстием незначительного диаметра. Действие ее основано на способности отверстия малого диаметра пропускать количества воды во много раз большие, чем количества пара при тех же давлениях, так как удельный объем пара во много раз превышает удельный объем воды. Диаметр отверстия определяется расчетом в зависимости от количества отводимого конденсата и перепада давления до и после шайбы (см., например, в Лекции по МАХТ:: Машины и аппараты химических производств, http://macp.web.tctu.ru/13/13_1035_00.-html). Подпорная шайба, рассчитанная по максимальному расходу пара, в случае уменьшения расхода начинает пропускать вместе с конденсатом значительные количества пара. Система в известной степени начинает работать "на пролет" со всеми вытекающими из этого последствиями (увеличение расхода пара, падение производительности аппарата). Если же при переменном расходе пара будет установлена шайба с отверстием, рассчитанным не на максимальное, а на какое-то среднее количество пара, то при возникновении необходимости в большем его расходе шайба не успеет пропустить всего конденсата и воспрепятствует увеличению потребления пара. Поэтому шайбы следует применять при работе аппаратов, имеющих сравнительно постоянный расход пара. Недостаток подпорной шайбы в том, что она рассчитана на работу в узком диапазоне рабочих параметров.
Ближайшим аналогом заявляемого устройства является широко применяемый в практике регулирующий клапан с электромеханическим приводом и электронным регулятором уровня, см., напр., http://podvyazki.ru. Недостатком ближайшего аналога является необходимость периодического ремонта, обслуживания, сложность конструкции и, как следствие, пониженная надежность.
Названные недостатки отсутствуют в заявляемом устройстве. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в том, чтобы получить надежное устройство для организации каскадного слива конденсата греющего пара в пароводяных подогревателях без переполнения подогревателя и проскока пара, который позволил бы отказаться от эксплуатационного обслуживания и планового ремонта.
Технический результат достигается за счет отсутствия в заявляемом устройстве движущихся механизмов и привода регулирующего органа, имеет незначительные габариты и массу, для установки в трубопровод слива конденсата не требуются вертикальные прямолинейные участки. Устройство позволяет обеспечить работу подогревателя без переполнения и проскока греющего пара.
Заявляется устройство для организации слива конденсата греющего пара в пароводяных подогревателях, представляющее собой суживающееся сопло, монтируемое в трубопровод слива конденсата греющего пара подогревателя.
Конденсат греющего пара, являющийся водой в состоянии насыщения, двигаясь по трубопроводу, попадает в сопло, имеющее меньшее проходное сечение. При этом статическое давление воды в сопле падает в соответствии с законом Бернулли:
Здесь
ρ - плотность жидкости,
υ - скорость потока,
h - высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,
p - давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,
g - ускорение свободного падения.
В результате падения давления в сечении сопла происходит вскипание воды, образующийся пар создает «запирающий эффект» ввиду значительного увеличения удельного объема. При увеличении высоты столба жидкости перед соплом вследствие возрастания расхода конденсата греющего пара, статическое давление в сопле возрастает, температура насыщения для данного давления становится выше, и зона кипения уменьшается и смещается к выходу из сопла. Пропускная способность сопла возрастает. При уменьшении высоты столба жидкости перед соплом зона кипения имеет большую протяженность по длине сопла, а пропускная способность снижается.
Таким образом, каждому расходу конденсата соответствует своя высота столба воды в сливном трубопроводе: при максимально возможном в эксплуатации расходе конденсата уровень достигает номинальной отметки (при этом обеспечивается максимальная высота подпора), при минимальном расходе конденсата устанавливается небольшой подпор, исключающий проскок пара по сливному трубопроводу.
На Фиг.1 представлено схематическое изображение заявляемого устройства, где:
1 - длина сопла;
2 - наружный диаметр сопла;
3 - внутренний диаметр сопла;
4 - радиус скругления входного отверстия сопла;
5 - направление потока воды;
Регулировочный диапазон сопла определяется геометрическими размерами: внутренним диаметром сопла В, длиной сопла L, высотой Н и диаметром трубопровода А.
На Фиг.2 показана схема установки сопла, где:
1 - пароводяной теплообменник,
2 - высота столба жидкости от поверхности раздела фаз «вода-пар» до продольной оси сопла;
3 - сопло;
Р1 - давление перед соплом;
Р2 - давление за соплом.