Высокоскоростной сепаратор для паропроводов паровых турбин

 

Сущность изобретения: высокоскоростной сепаратор содержит расположенные в корпусе пустотелые направляющие лопатки, полости которых сообщены с полостью камеры, расположенной вокруг корпуса и имеющей отверстие для отвода жидкой фазы и отверстие для подключения к магистрали низкого давления. Лопатки сведены по меньшей мере в два ряда, в которых последующий ряд расположен с направлением входа пара в межлопаточные каналы, совпадающим с направлением выхода пара из межлопаточных каналов предыдущего ряда, но со смещением лопаток последующего ряда в плоскости их входных кромок относительно кромочных следов предыдущего ряда и с противоположным знаком кривизны по их взаимному расположению. Благодаря этому создаются оптимальные условия для отклонения жидкой фазы, не уловленной в предыдущем ряду, на вогнутую поверхность с влагоулавливающими щелями последующего ряда. В результате повышается суммарный коэффициент улавливания жидкой фазы высокоскоростным сепаратором при сохранении других основных достоинств сепараторов данного типа: простоты, компактности, низкого гидравлического сопротивления. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оборудованию паровых турбин, а более точно к высокоскоростному сепаратору для паропроводов паровых турбин, преимущественно таких, которые соединены с корпусом турбины и осуществляют транспортировку влажного пара.

Аналогами настоящего изобретения являются известные высокоскоростные сепараторы, содержащие ряд пустотелых криволинейных направляющих лопаток со щелями на вогнутой поверхности, установленных в корпусе с сообщенных своими полостями с камерой вокруг корпуса.

Эффективность отделения жидкой фазы в таких инерционных сепараторах достаточно высока, хотя и ниже, чем в сепараторах другого типа, в частности жалюзийных.

Однако простота, низкое гидравлическое сопротивление, палые габариты и малая металлоемкость позволяют указанным высокоскоростным сепараторам успешно конкурировать с сепараторами другого типа при выборе оборудования для паровых турбин как при их изготовлении, так и при модернизации.

Известен высокоскоростной сепаратор для паропроводов паровых турбин, содержащий корпус с рядом пустотелых направляющих лопаток со щелями на вогнутой поверхности и камеру вокруг корпуса, сообщенную своей полостью с полостью лопаток и имеющую отверстия для отвода жидкой фазы и для подключения к источнику пониженного давления. Для этого аналога характерны те же указанные выше достоинства и недостатки, как и для других известных высокоскоростных сепараторов, оснащенных одним рядом лопаток, расположеннымна относительно коротком участке в поворотном колене.

Известен высокоскоростной сепаратор для пиропроводов паровых турбин, содержащий ряд пустотелых направляющих лопаток, установленных в корпусе, при этом за одним рядом лопаток по ходу пара установлен по меньшей мере еще один такой же ряд лопаток, последующий ряд расположен с направлением выхода пара из межлопаточных каналов предыдущего ряда и с противоположным знаком кривизны по их взаимному расположению (1).

Благодаря последовательному прохождению пара через несколько лопаточных рядом, взвешенная в потоке влажного пара котельная влага подвергается многократному инерционному воздействию и, тем самым, повышается эффективность сепарации жидкой фазы.

Однако при таком расположении рядов лопаток эффективность инерционной сепарации влаги во втором и последующих рядах лопаток очень мала.

Это объясняется тем, что при одинаковых геометрических характеристиках лопаточных решеток капельная влага, прошедшая через поле инерционных сил в первом ряду, подвергается аналогичному, но противоположному по направлению воздействия во втором ряду и практически возвращается на свои начальные траектории, не достигнув поверхностей лопаток второго и последующего ряда.

Задачей настоящего изобретения является создание такого высокоскоростного сепаратора для паропроводов паровых турбин,который обладал бы более высокой сепарационной способностью.

Эта задача решена за счет смещения лопаток последующего ряда в плоскости их входных кромок относительно кромочных следов предыдущего ряда.

Как показали проведенные исследования, максимальная эффективность сепарации жидкой фазы достигается при смещении лопаток последующего ряда в плоскости их входных кромок относительно кромочных следов лопаток предыдущего на расстояние, близкое к половине шага их размещения в рядах.

Для повышения эффективности влагоудаления путем укрепления капельной влаги в кромочных следах предыдущих рядов предпочтительно, чтобы на выпуклых поверхностях, а также на участках вогнутых поверхностей от влагоудаляющих щелей до выходных кромок всех лопаточных рядов, кроме последнего, было нанесено гидрофобное покрытие.

Сущность настоящего изобретения и его достоинства поясняются следующим далее подробным описанием примеров его реализации, изображенных на чертежах, не которых: фиг. 1 изображает общий вид высокоскоростного сепаратора с тремя лопаточными рядами, выполненного согласно изобретению; фиг. 2 вид в разрезе поперек лопаточного ряда по Б-Б на фиг. 1; фиг. 3 фрагмент А двух соседних лопаточных рядов по фиг. 1 в поперечном разрезе, в увеличенном масштабе; фиг. 4 график зависимости эффективности сепарации жидкой фазы от смещения последующего ряда относительно предыдущего; фиг. 5 общий вид высокоскоростного сепаратора с двумя лопаточными рядами в продольном разрезе, выполненного согласно изобретению.

Показанный на фиг. 1-4 высокоскоростной сепаратор предназначен для включения в паропровод влажного пара, соединенный с корпусом паровой турбины. Для этого сепаратор содержит входной 1 и выходной 2 патрубки, которые через переходники 3 и 4, соответственно, соединены с корпусом 5 сепаратора (фиг. 1), боковые стенки которого из соображений технологичности выполнены плоскими (фиг. 4).

Корпус 5 сепаратора охвачен камерой 6, в нижней стенке которой выполнен патрубок 7 для подключения к дренажной магистрали, а в верхней части - патрубок 8 для подключения к магистрали, имеющей более низкое давление, чем расчетное в паропроводе. Для сепарации пристенной влаги на входе в переходнике 3 закреплен кольцевой отсекатель 9, образующий со стенками переходника 3 полость 10, сообщенную с полостью в камере 6.

Как видно из фиг. 1, в корпусе 5 установлены последовательно один за одним по ходу пара три ряда 11, 12 и 13 направляющих лопаток, каждый из которых состоит из одинаковых лопаток 14, расположенных с постоянным шагом t в каждом ряду.

Каждая из лопаток 14 выполнена пустотелой с продольными щелями 15 на вогнутой стенке (фиг. 3), проходящими вдоль образующих этой стенки на всем ее протяжении между боковыми стенками корпуса 5. Полость каждой лопатки 14, по своим краям заделанным в боковых стенках корпуса 5, сообщена с полостью камеры 6 (фиг. 2).

На фиг. 3 показано, что лопаточные ряды 11 и 12 смещены в продольном направлении по ходу пара и в плоскости их входных кромок и расположены относительно друг друга с противоположным знаком кривизны, но, при этом, каждый последующий ряд расположен направлением входа пара в межлопаточные каналы, совпадающим с направлением выхода пара из межлопаточных каналов предыдущего ряда.

На внешние поверхности выпуклых стенок лопаток первого и второго ряда по ходу пара, а также на внешние поверхности вогнутыхстенок на участках от щелей до выходных кромок 17 рядов 11 и 12 нанесено гидрофобное покрытие 17. Это обеспечивает формирование более крупных капель, которые образуются при срыве влаги с упомянутых выше поверхностей и более эффективно сепарируются на лопатках последующих рядов 12 и 13.

Как показали проведенные исследования, расстояние смещения лопаточных рядов в продольном направлении по ходу пара не оказывает значительного влияния на эффективность сепарации влаги. Однако, влияние расстояния смещения в плоскости входных кромок оказалось значительным. Пример графической иллюстрации этого влияния в виде функциональной зависимости представлен на фиг. 4, где по оси абсцисс дано отношение смещения входных кромок 16 второго ряда лопаток по отношению к кромочным следам Z первого, отнесенное к шагу t лопаточного ряда, а по оси ординат относительная величина коэффициента сепарации влаги.

Как видно из приведенного графика, наиболее оптимальным является расположение лопаточных рядов со смещением второго ряда относительно кромочных следов Z первого ряда на расстояние, близкое к половине шага t лопаточного ряда. Аналогичным образом проявляется эффект от смещения третьего лопаточного ряда 13 по отношению к кромочным следам второго ряда лопаток 12.

Инерционная сепарация влаги происходит на всем протяжении вогнутой поверхности лопаток. Несмотря на стремление располагать продольные влагоотводящие щели возможно ближе к выходным кромкам 17 лопаток, всегда остается небольшая часть сепарирующей поверхности лопаток от щелей до этих кромок, с которой отсепарированная влага срывается в кромочный след Z лопаток. Кроме того, незначительная часть влаги за счет эффектов, происходящих в пристенном слое, сепарируется на выпуклой поверхности лопаток и также срываетсяв кромочный след. Поскольку в первом 11 и втором 12 лопаточных рядах на выпуклые поверхности лопаток и на участки вогнутых поверхностей от щелей 15 до выходных кромок 17 нанесено гидрофобное покрытие 18, то в кромочном следе лопаток Z первого и второго ряда образуются капли больших размеров, что упрощает задачу их сепарации в последующих рядах.

Функционирование описанного высокоскоростного сепаратора происходит как и других известных аналогичных сепараторов. При течении влажного пара из него в пристенной зоне переходника 3 отсекателем 9 улавливается часть жидкой фазы, то есть осуществляется предварительная сепарация периферийной части парового потока. Затем, поток пара поступает в первый лопаточный ряд 11, где из него под действием инерционных сил сепарируются капли, которые образуют водяную пленку на поверхности лопаток, текущую в направлении их выходных кромок 17. Пленка влаги через щели 15 вместе с частью пара поступает во внутреннюю полость лопаток, а затем в камеру 6. В камере 6 происходит разделение фаз графитационными силами: жидкость собирается в нижней, а пар в верхней части. Далее, жидкость и пар раздельно эвакуируются за пределы сепаратора. После первого лопаточного ряда 11 пар поступает во второй 12, а затем в третий лопаточный ряд 13, где он подвергается такому же воздействию, как и в первом лопаточном ряду.

При течении в первом лопаточном ряду 11 сепарируется лишь часть поступающей в него капельной влаги. Оставшаяся в потоке влага одновременно с перемещением вдоль межлопаточных каналов под воздействием инерционных сил перемещается поперек межлопаточных каналов, в выходном сечении ряда приближается к вогнутым поверхностям лопаток, образуя зону повышенной концентрации капельной влаги, и поступает во второй ряд. Смещение лопаток второго ряда 12 вплоскости их входных кромок относительно кромочных следов Z на расстояние, близкое к половине шага лопаток t, создает оптимальные условия сепарации неравномерного потока влаги с зоной повышенной концентрации капель во втором ряду 12. Смещение третьего ряда лопаток 13 относительно ряда 12 аналогичным образом создает оптимальные условия сепарации влаги в ряду 13.

Высокоскоростной сепаратор согласно изобретению может иметь различные геометрические формы, которые наиболее подходят для встраивания в паропроводы паровых турбин с учетом расположения остального оборудования. При этом возможно создание сепараторов, имеющих нечетное или четное количество лопаточных рядов и отвечающих сущности изобретения.

На фиг. 5 представлен один из примеров реализации изобретения, в котором сочетание двух лопаточных рядов позволяет получить конструкцию сепаратора, пригодную для прямолинейного участка паропровода.

Формула изобретения

1. Высокоскоростной сепаратор для паропроводов паровых турбин, содержащий корпус, ряд пустотелых направляющих лопаток со щелями на вогнутой поверхности, по меньшей мере еще один ряд таких же направляющих лопаток, расположенных по ходу пара за первым с направлением входа пара в межлопаточные каналы, совпадающим с направлением выхода пара из межлопаточных каналов прерыдущего ряда, но с противоположным знаком кривизны, и камеру вокруг корпуса, сообщенную своей полостью с полостью лопаток и имеющую отверстия для отвода жидкой фазы и для подключения к источнику пониженного давления, отличающийся тем, что лопатки последующего ряда смещены в плоскости их входных кромок относительно кромочных следов предыдущего ряда.

2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что входные кромки направляющих лопаток последующего ряда смещены в плоскости их установки относительно кромочных следов лопаток предыдущего ряда на расстояние, близкое к половине шага размещения лопаток в рядах.

3. Сепаратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вогнутые поверхности лопаток на участках от щелей до выходных кромок, а также выпуклые поверхности лопаток, за исключением последнего по ходу пара ряда лопаток, имеют гидрофобное покрытие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5