Конденсатоотводчик

 

Использование: устройства для отвода конденсата из паропотребляющих аппаратов. Сущность изобретения: конденсатоотводчик содержит смеситель 1, сопло Лаваля 5, подъемные и опускные трубы, коллекторы подвода и отвода конденсата, установлен эжектор, соединенный нагнетательным и всасывающим трубопроводами с верхней и нижней частью боковой поверхности корпуса смесителя 1, во внутренней части корпуса которого по высоте установлены поперечные перегородки 2,3,4, в которых по ходу потока последовательно размещены сопла 5 Лаваля, расширяющиеся конусы 6 диффузора, сужающиеся конусы 7 конфузора, с наружной стороны верхняя и нижняя части боковой поверхности корпуса смесителя 1 соединены опускными трубами 9, количество которых равно числу сопел 5 Лаваля в перегородке 2. 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к устройствам для отвода конденсата из паропотребляющих аппаратов.

Конденсатоотводчики являются весьма существенным элементом систем сбора конденсата. Конденсатоотводчики устанавливаются после паровых нагревательных аппаратов на трубопроводах, транспортирующих пар. Их назначение - автоматически пропускать конденсат и задерживать пар, не отработавший в пароиспользующих аппаратах или транспортируемый по паропроводу.

Установка конденсатоотводчиков у паровых нагревательных аппаратов обеспечивает беспрепятственный отвод конденсата и приводит к значительному сокращению расхода пара, а применение их на паропроводах дает возможность своевременно отводить из последних конденсат, что предохраняет трубопроводы и оборудование от гидравлических ударов и сохраняет образовавшийся конденсат для дальнейшего его использования.

При принципу действия существующие конструкции конденсатоотводчиков делятся на три группы: конденсатоотводчики с механическим затвором; конденсатоотводчики с гидравлическим сопротивлением; конденсатоотводчики с гидравлическим затвором.

Известно устройство для отвода конденсата из пароприемников и трубопроводов, содержащее корпус с кожухом, внутри которого размещен дисковый клапан, примыкающий к выпускному и впускному отверстию /1/.

Основным недостатком такого конденсатоотводчика является невысокая надежность в работе и значительный проскок пара в выпускной канал при срабатывании клапана.

Известно устройство, содержащее корпус с крышкой, которая имеет два клапана для входа и выхода конденсата, а между крышкой и корпусом находится управляющая камера с размещенным в ней дисковым клапаном /2/.

Основным недостатком такого конденсатоотводчика является необходимость снабжения его источником охлаждающей среды, подаваемой в крышку этого устройства.

Известно устройство, содержащее корпус с входными и выходными каналами, дисковый клапан, размещенный в управляющей камере, на верхней стенке которой установлен ограничитель подъема клапана /3/.

Общим недостатком работы вышеуказанных наиболее распространенных конденсатоотводчиков с механическим затвором является то, что протекающий с большой скоростью конденсат вместе со шламом, ржавчиной и другими загрязнениями разрушает уплотнения. Неплотности в конденсатоотводчиках приводят к потере тепла с пролетным паром. Такая потеря имеет место в конденсатоотводчиках даже при их тщательной наладке /4/. Этот недостаток устранен в конденсатоотводчиках с гидравлическим затвором, представляющих собой колонки с циркуляционными контурами.

Известно устройство, принятое за прототип, состоящее из смесителя, соединенного подъемной и опускными трубами с сепаратором. Конденсатоотводчик снабжен соплом Лаваля, на входе сообщенным с коллектором подачи пара. Во входной части сопла Лаваля выполнены тангенциальные каналы, выходная часть сопла размещена в нижней части смесителя и снабжена сквозными отверстиями.

В смесителе между соплами и подъемной трубой установлена коническая обечайка, большее основание которой жестко укреплено на внутренней поверхности смесителя.

Отвод конденсата осуществляется с помощью патрубка, установленного на сепараторе /5/.

Достоинством такого устройства является простота изготовления, так как в нем отсутствуют движущиеся элементы, недостатком большая высота аппарата (6-10 метров, при диаметре опускных труб 150-400 мм), определяющая статический напор охлажденного конденсата. Вследствие этого высокая материалоемкость, высокая цена в изготовлении.

В предлагаемом изобретении в известном конденсатоотводчике, содержащем смеситель, сопло Лаваля, подъемные и опускные трубы, коллекторы подвода пара и отвода конденсата, установлен эжектор, соединенный нагнетательным и всасывающим трубопроводами с верхней и нижней частью боковой поверхности корпуса смесителя, во внутренней части корпуса которого по высоте установлены поперечные перегородки, в которых по ходу потока последовательно размещены сопла Лаваля, расширяющиеся конусы диффузора, сужающиеся конусы конфузора, с наружной стороны верхняя и нижняя части боковой поверхности корпуса соединены опускными трубами, количество которых равно числу сопел Лаваля в перегородке.

Производительность конденсатоотводчика определяется количеством конденсата, проходящего по выходному трубопроводу, соединяющему верхнюю часть смесителя с напорным соплом эжектора, т.е. разностью давлений между давлением конденсата в корпусе смесителя и разрежением, создаваемым эжектором в смесительной камере.

В предлагаемом устройстве увеличение вышеуказанной разности давления, а следовательно, и увеличение производительности конденсатоотводчика достигается за счет движения двухфазного потока (пара и конденсата) в многосопловом смесителе. При этом за счет взаимодействия струй, вытекающих из сопел Лаваля, в нижней части корпуса создается устойчивое разрежение, а в верхней части корпуса кинетическая энергия струй преобразуется, проходя конуса типа диффузора-конфузор, в энергию давления. Под давлением конденсата, поступающего в напорное сопло эжектора, в смесительной камере его, соединенной с нижней частью корпуса смесителя, также создается зона разрежения. За счет дополнительного разрежения, создаваемого при этом эжектором, производительность конденсатоотводчика увеличивается. За счет интенсивного теплообмена при этом происходит конденсация пара на поверхности струи конденсата, вытекающего из напорного сопла эжектора. Конденсат удаляется через выходное сопло эжектора в конденсатопровод.

На чертеже изображена принципиальная схема конденсатоотводчика.

Конденсатоотводчик состоит из смесителя 1, закрытого с обоих торцов, разделенного внутри перегородками 2,3,4, имеющих расположенные в них на периферии сопла Лаваля 5, расширяющиеся конусы 6 типа диффузора, сужающиеся конусы 7 типа конфузора. По оси смесителя 1 установлен входной конус 8, переходящий в трубопровод подачи пара. Верхняя боковая поверхность корпуса смесителя 1 соединена с его нижней частью опускными трубами 9. Эжектор состоит из цилиндрического корпуса 10, закрытого с обоих торцов. По оси корпуса 10 в один торец входит напорное сопло 11, а в другом торце установлено сверхзвуковое сопло Лаваля 12, соединенное с конденсатопроводом.

В боковой поверхности корпуса 10 со стороны напорного сопла 11 размещен патрубок, соединенный трубопроводом 13 с нижней частью боковой поверхности корпуса смесителя 1. На входе в напорное сопло 11 размещен тангенциальный завихритель 14, общий коллектор которого соединен с входным регулирующим вентилем 15 и трубопроводом с верхней частью боковой поверхности корпуса смесителя 1.

Конденсатоотводчик работает следующим образом. Рабочий влажный пар поступает под давлением во входной конус 8, ударяется в перегородку 2 и распределяется по периферийным соплам Лаваля 5. Пар проходит конфузорную часть сопла, в которой при уменьшении радиуса за счет сохранения момента количества движения увеличивается скорость движения потока. Выведенный поток из расширяющейся части сопла Лаваля 5 в виде факела поступает на поверхность перегородки 3 в пространство смесителя 1, в котором скорость потока падает за счет торможения, при этом пар частично конденсируется. В факеле формируется обратный вихревой поток, движущийся навстречу основному по внутренней боковой поверхности, отжимает факел основного потока на периферию и по оси факела входит в отверстие расширяющегося конуса 6 типа диффузора. Проходя конус 6, паровой поток расширяется и ударяется в торцовую поверхность перегородки 4, вторично тормозится, конденсируется и конденсат сливается через центральное осевое отверстие перегородки 4 в нижнюю часть конденсатоотводчика. Факел парового потока перестраивается по структуре распределения скорости аналогично движению нижней части смесителя 1 и проходит сужающееся сечение конуса 7 типа конфузора, в верхнюю часть смесителя 1, в которой пар конденсируется за счет торможения о торцевую поверхность смесителя. Затем парожидкостной поток разделяется на две части. Одна часть конденсата опускается в нижнюю часть смесителя 1 по опускным трубам 9, в которых за счет теплообмена их наружной поверхности с воздухом конденсат охлаждается и сливается на верхнюю часть перегородки 2. По отверстиям в сопле Лаваля 5 конденсат поступает во внутреннюю центральную часть сопла Лаваля 5 и смешивается с поступающим потоком пара. При этом в потоке пара возникают многочисленные центры конденсации пара. При этом интенсивность процесса конденсации пара многократно возрастает, что увеличивает производительность конденсатоотводчика. Вторая часть конденсата через регулирующий вентиль 15 поступает в тангенциальный завихритель 14 и закрученным потоком вытекает через напорное сопло 11 в камеру смешения 10, в которой создается зона разряжения. За счет перепада давления, создаваемого на обоих концах трубопровода 13, соединяющего смеситель 1 с камерой смешения 10, конденсат передавливается в область эжектора.

Энергией струи конденсата, вытекающего из напорного сопла 11, конденсат из камеры смешения через сопло 12 выдавливается в конденсатопровод.

Процесс интенсификации работы конденсатоотводчика определяется несколькими факторами. Для уменьшения длины корпуса смесителя 1 необходимо, чтобы гидравлическое сопротивление ζ_к движению парожидкостного потока в нем со скоростью "V" обеспечило срабатывание перепада давления Δp = ζ_к·ρ·v²/2 в 0,5-1,0 кгс/см², где ρ плотность потока кг/м³, т.е. по величине x_к было достаточно высоким. В предлагаемом изобретении это решается за счет создания течения парожидкостного потока в диффузорах и конфузорах, установленных по высоте смесителя. Течение осевого потока со скоростью "V" в диффузорах и конфузорах отличается от течения в цилиндрической трубе (как это происходит по прототипу), потому что на поток в них действует не только тот незначительный градиент давления, который в цилиндрической трубе обусловлен гидравлическими потерями, а значительно больший градиент, связанный с изменением площади поперечного сечения потока. В конфузоре этот градиент действует вдоль течения и поэтому здесь поток не претерпевает больших изменений структуры и немного отличается от потока в цилиндрической трубе. В диффузоре градиент давления действует против течения и это вносит существенные изменения в структуру потока. При течении осевого парожидкостного потока градиент давления, направленный против течения, с одинаковой интенсивностью действует на все струи жидкости в поперечном сечении диффузора /6/.

Однако течение пограничного слоя, имеющее меньшие скорости и меньший запас кинетической энергии, замедляется больше. Неодинаковое замедление потока вызывает перераспределение скоростей по сечениям (вытягивание профиля скоростей), утолщение пограничного слоя вдоль диффузора, возрастание интенсивности, а иногда отрыв потока от стенок и дополнительное вихреобразование. Как следствие вышеуказанного, происходит резкое увеличение коэффициента гидравлического сопротивления движению потока жидкости в смесителе, что приводит к существенному уменьшению (в 10 раз) длины корпуса смесителя конденсатоотводачика.

При дальнейшем движении потока в тангенциальном завихрителе 14 закручивание его приводит к появлению центростремительных ускорений и сил, действующих на частицы жидкости.

В результате при течении жидкости в напорном сопле 11 эжектора увеличивается давление по направлению от оси сопла к периферии, что соответствует увеличению коэффициента гидравлического сопротивления.

В отличие от прототипа предлагаемый конденсатоотводчик может работать при условии, если давление греющего пара на входе в смеситель 1 меньше (в 1,5-2,0 раза) давления в конденсатопроводе. В этом случае непрерывное удаление конденсата через эжектор сменяется импульсным режимом работы конденсатоотводчика. При таком режиме работы смеситель 1 полностью заполняется конденсатом и перетекает по трубопроводу 13 в смесительную камеру эжектора 10 и далее через сопло 12 выдавливается в конденсатопровод, минуя напорное сопло 11. При полном выпуске конденсата из корпуса смесителя 1 он заполняется паром, который проходит в напорное сопло 11 эжектора 10 и заполняет паровым факелом камеру смешения. Сопротивление движению конденсата через трубопровод 13 резко возрастает, и процесс наполнения конденсатом корпуса смесителя 1 повторяется. Во взятом за прототип конденсатоотводчике такой режим работы невозможен, так как там только один путь, по которому движется конденсат. При уменьшении давления пара на входе конденсатоотводчик запирается, что приводит к накоплению конденсата в нагревательной камере теплопотребляющего аппарата и недоиспользованию поверхности нагрева /7/.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает увеличение производительности конденсатоотводчика на 30-40% по сравнению с прототипом при значительно меньших габаритах аппарата.

Конденсатоотводчик промышленно применим за счет комбинации известных устройств и деталей, а изготовление его не представляет затруднений. Применение конденсатоотводчиков позволяет получить в народном хозяйстве большой экономический эффект, так как стоимость энергетических затрат в себестоимость продукции весьма значительна. Например, удельный вес стоимости тепловой энергии в себестоимости продукции составляет: в производстве целлюлозы 4,0-4,9% бумаги 11,3% синтетического дубителя 14,5% этилового спирта 60,7% в химико-фотографической промышленности 10% /8/.

Разработка устройства находится в стадии научно-исследовательских работ.

В 1994 году намечается испытание макетного образца. Использование изобретения намечено на ПО "Тасма" в 1994-1995 гг.

Формула изобретения

Конденсатоотводчик, содержащий смеситель, сопло Лаваля, подъемные и опускные трубы, коллекторы подвода пара и отвода конденсата, отличающийся тем, что в нем установлен вихревой эжектор, соединенный нагнетательными и всасывающим трубопроводами с верхней и нижней частью боковой поверхности корпуса смесителя, во внутренней части корпуса которого по высоте установлены поперечные перегородки, в которых по ходу потока последовательно размещены сопла Лаваля, расширяющиеся конусы диффузора, сужающиеся конусы конфузора, с наружной стороны верхняя и нижняя части боковой поверхности корпуса соединены опускными трубами, количество которых равно числу сопл Лаваля в перегородке.

РИСУНКИ

Рисунок 1