Парогенерирующая установка

 

Использование: в криогенной, химической, нефтяной, пищевой промышленности и ядерной энергетике для охлаждения жидкости и получения химически чистого компонента в виде паровой фазы. Сущность изобретения: установка содержит последовательно установленные разгонное конфузорное сопло, сепарирующее и газоотводные устройства. По оси конфузорного сопла расположено коническое тело 4, вершиной конуса выставленное по потоку. Сепарирующее устройство выполнено в виде кольцевого уступа 9. Газоотводное устройство выполнено перфорированным, имеющим сборник пара и трубопровод для его отвода с регулируемым дросселем и отсеченным клапаном. Установка содержит также дополнительное газоотводное устройство со сквозными отверстиями 15, сообщающими кольцевой уступ 9 с дополнительным сборником пара. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к парогенерирующей технике и предназначено для охлаждения жидкости, например криогенной, а также для получения химически чистого компонента в виде паровой фазы из жидкости многокомпонентной или с различными примесями и может быть использовано в криогенной, химической, нефтяной, пищевой промышленности и ядерной энергетике.

Известно устройство авт.св. СССР N 684164 для охлаждения высоконапорной криогенной жидкости, представляющее собой конфузорно-диффузорное сопло с криволинейной сепарирующей поверхностью, газоотводным патрубком и диффузором для отвода жидкой фазы рабочего тела. Принцип работы этого устройства заключается в испарении жидкости в сопле при понижении статического давления и создании скорости потока в критическом сечении, равной скорости звука, что определяет зависимость величины подачи только от параметров потока жидкости на входе в устройство, а именно от уровней давления и температуры.

Поэтому при определенных и постоянных уровнях этих параметров величина подачи строго определена и не зависит от противодавления. Это является недостатком при необходимости изменения подачи в широком диапазоне с сохранением постоянных входных условий.

Кроме того, при изменении входных условий и, следовательно, изменении подачи, нарушается оптимальность процесса испарения и разделения на фазы в связи с качественным изменением течения парожидкостной смеси. Так, например, при уменьшении давления на входе в конфузорно-диффузорное сопло возможно появление докритического режима течения парожидкостной смеси, при котором в диффузоре происходит процесс конденсации пара, а при увеличении давления возможно появление такого сверхкритического течения, при котором оптимальное расширение потока возможно за пределами сопла.

Таким образом, в указанном устройстве оптимальный процесс парообразования возможен только на одном, расчетном режиме, что тоже является недостатком.

Известно парогенерирующее устройство, содержащее входную камеру с тангенциальным подводящим патрубком и соосно установленной в крышке трубой для отвода пара, подключенной в центральной части днища к выходной камере, а между входной и выходной камерами установлен расширяющийся по ходу потока переходник, в котором установлен дроссель с приводом для осевых перемещений. Принцип работы этого устройства заключается в том, что жидкость подают по тангенциальному патрубку во входную камеру, при движении к центру которой скорость жидкости возрастает за счет сохранения количества движения, а давление подает до давления насыщенного пара.

Недостатком этого устройства является довольно узкий диапазон оптимальных режимов работы по величине подачи и входным условиям, так как входная камера, где идет процесс испарения, имеет постоянную геометрию, а дроссель является только элементом регулирования отбора пара. Кроме того, имеются повышенные затраты энергии на создание вращательного движения жидкости во входной камере и на преодоление потерь давления из-за трения.

С целью устранения указанных недостатков, а именно для оптимизации процессов парогенерации и охлаждения жидкости в широком диапазоне изменения величины подачи, температуры и давления и для повышения экономичности, по оси конфузорного струйного сопла парогенерирующей установки расположено коническое тело, вершиной конуса выставленное по потоку и перемещаемое вдоль оси специальным управляющим устройством с образованием кольцевого конфузорного канала переменной конфузорности, а сепарирующее устройство выполнено непосредственно на выходе конфузорного сопла в виде кольцевого уступа, при этом газоотводное устройство представляет собой перфорированный сквозными отверстиями участок трубопровода, примыкающий к кольцевому уступу и имеющий снаружи кожух для сбора пара, а для отвода последнего служит трубопровод с регулируемым дросселем и отсечным клапаном.

Сепарирующий кольцевой уступ может быть соединен сквозными отверстиями с дополнительным наружным сборником пара, имеющим дополнительные трубопровод, регулируемый дроссель и отсечной клапан.

На чертеже представлена схема предлагаемой парогенерирующей установки, продольный разрез.

Парогенерирующая установка содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода жидкости и конфузорным соплом 3, по оси которого расположено коническое тело 4, жестко соединенное стержнем 5 со специальным управляющим устройством 6, обеспечивающим перемещение конического тела 4 вдоль оси. Между внутренней поверхностью конфузорного сопла 3 и наружной поверхностью конического тела 4 имеется кольцевой конфузорный канал 7, конфузорность которого переменная в зависимости от положения конического тела 4. Корпус 1 соединен с трубопроводом 8, а в месте соединения имеется кольцевой уступ 9, служащий сепарирующим устройством. На участке трубопровода 8, примыкающем к кольцевому уступу 9, имеются сквозные отверстия 10 для отбора пара, а снаружи этот участок трубопровода 8 имеет кожух 11 для сбора пара. К кожуху 11 подсоединен трубопровод 12 с регулируемым дросселем 13 и отсечным клапаном 14.

Сепарирующий кольцевой уступ 9 соединен сквозными отверстиями 15 с дополнительным сборником 16 пара, к которому подсоединен дополнительный трубопровод 17 с дополнительным регулируемым дросселем 18 и отсечным клапаном 19.

При работе парогенерирующей установки жидкость при заданных параметрах подают посредством патрубка 2 в корпус 1, где она поступает затем в кольцевой конфузорный канал 7, в котором происходит расширение до давления в потоке, равного давление насыщенного пара жидкости при заданной температуре, в результате чего жидкость вскипает.

При дальнейшем истечении парожидкостного потока из кольцевого конфузорного канала 7 пар сепарируется на кольцевом уступе 9 в результате вихревого взаимодействия с ним. Затем пар поступает через сквозные отверстия 10 в наружный кожух 11, откуда по трубопроводу 12 направляется к потребителю или в дренаж.

На некотором расстоянии по потоку от кольцевого уступа 9 в трубопроводе 8 заканчивается выделение и отделение пара из парожидкостного потока, и в жидкости при ее дальнейшем движении происходит процесс восстановления давления, превышающего по уровню давление насыщенного пара. С помощью специального управляющего устройства 6 осуществляют перемещение конического тела 4 по оси конфузорного сопла 3 и устанавливают оптимальное сочетание конфузорности кольцевого конфузорного канала 7 и величины проходной площади на выходе из конфузорного сопла 3 на каждом режиме работы с учетом величины подачи, температуры и давления. Таким образом, процесс парообразования и истечения парожидкостной смеси докритический, критический или сверхкритический находится под контролем и может быть в каждом конкретном случае видоизменен.

Получение требуемых конечных результатов производится также с помощью дополнительного отбора пара непосредственно с сепарирующего кольцевого уступа через сквозные отверстия 15.

Регулирование отбора пара производится дросселями 13 и 18.

Наличие дополнительных сборника 16 пара, трубопровода 17 и отсечного клапана 19 позволяет осуществлять перераспределение отбора пара через отверстия 10 и 15.

Так, например, в случае работы парогенерирующей установки при малой величине подачи, когда паровая область имеет небольшую протяженность по оси трубопровода 8 и через отверстия 10 может идти жидкая фаза, закрывается отсечной клапан 14 и весь пар поступает в дополнительный сборник 16 и затем в трубопровод 17.

Это дает возможность оптимизации процесса испарения в широком диапазоне изменения температуры, давления и подачи, вплоть до полного прекращения поступления жидкости, что является преимуществом по сравнению с прототипом.

Другим преимуществом является наличие четкой границы между струей жидкости и паровой зоной при сепарации пара на кольцевом уступе и на некотором расстоянии за ним по потоку, что приводит к более экономичному процессу получения сухого пара и охлаждению жидкости после сепарации последнего.

При применении парогенерирующей установки в целях охлаждения большое значение имеет процесс расширения. В кольцевом конфузорном канале с оптимальной конфузорностью этот процесс происходит за счет геометрических параметров сопла при меньших потерях давления, переходящих в тепло, и, следовательно, более экономичен, чем в устройстве прототипа, где при вращении жидкости возникают значительно большие потери давления, например на трение.

Формула изобретения

1. ПАРОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА, содержащая последовательно установленные разгонное конфузорное сопло, тело вращения, снабженное управляющим устройством для осевого перемещения, сепарирующее устройство и газоотводное устройство, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, тело вращения выполнено в виде конуса с вершиной, направленной по потоку с образованием кольцевого конфузорного канала переменной конфузорности, а сепарирующее устройство примыкает к выходу конфузорного сопла в виде кольцевого уступа и через перфорированный сквозными отверстиями трубопровод соединено со сборником пара и газоотводным устройством, содержащим трубопровод, регулируемый дроссель и отсечной клапан.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительные сборник пара и газоотводное устройство, причем кольцевой уступ соединен сквозными отверстиями через дополнительный сборник пара с дополнительным газоотводным устройством со своими трубопроводом, регулируемым дросселем и отсечным клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1