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Mischkondensator zum Kondensieren von Dampf durch Kühlwasser
Die Erfindung betrifft einen Mischkondensator zum Kondensieren von Dampf durch Kühlwasser, wo- bei das Kühlwasser unter Druck durch Zerstäuberdüsen geführt wird.
Es sind bereits Mischkondensatoren bekannt, bei welchen aus Wassereinspritzrohren Wasser herausgespritzt und mit aus Rohren austretendem Dampf gekreuzt wird, wobei eine innige Vermischung von Kühlwasser und Dampf erreicht wird. Es sind ferner auch Einrichtungen bekannt, die Wasserzerstäuber aufweisen, welche gewöhnliches Riesel-oder Spritzwasser erzeugen, wobei aber die einzelnen Wasserfäden nicht in derselben Ebene liegen.
Die Erfindung bezweckt die Weiterentwicklung von Kondensatoren dieser Art, wobei das Verhältnis von Raumbedarf und Leistungsfähigkeit verbessert werden soll. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch filmartige ebene Wasserschleier oder Wasserfächer den Kondensationsraum in einzelne Kammern aufzuteilen. Demnach ist der eingangs erwähnte Mischkondensator gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zuführen des Kühlwassers vorgesehenen Einrichtungen die Strömungsrichtung des Kühlwassers so umlenken, dass das zugeführte Kühlwasser flache ebene Wasserschleier bildet, die in der Strömungsrichtung des Dampfes zueinander annähernd parallele Lagen einnehmen.
Durch die Erfindung wird gegenüber den bereits bekannten Einrichtungen eine Höchstleistung erzielt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung liefert nicht nur eine einfache und übersichtliche Konstruktion, sondern arbeitet auch bedeutend wirtschaftlicher. Gegenüber den das Wasser kegelförmig in Tropfen zersetzenden bekanntenzerstäubern, bei denen ein sehr hoher Kühlwasserdruck für die Zerstäubung erforderlich ist, ist bei der mit filmartigen ebenen Wasserschleiern oder Wasserfächern arbeitenden erfindungsgemässen Einrichtung nur ein wesentlich niedrigerer Druck notwendig. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der überwiegende Teil des Wärmeaustausches mit dem Wasserfilm vor sich geht.
Weiters weist die erfindungsgemässe Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, dass die Wasserschleier durch ihre Lage in der Strömungsrichtung des Dampfes einen minimalen Widerstand ergeben. Der Kondensatorraum ist ferner durch die flache Gestalt der Wasserschleier sowie durch seine Aufteilung besonders vorteilhaft ausgenutzt. Die Art der Entstehung der Wasserschleier bringt eine starke und intensive innere Turbulenz mit sich. Die Wärme kann sehr schnell von der Oberfläche der Wasserschleier in das Innere derselben eindringen. Auf diese Weise nehmen die Wasserschleier rasch die Temperatur des Dampfraumes auf.
Für die Herstellung der Wasserschleier können Rohre mit einem verhältnismässig geringen Durchmesser, beispielsweise von 8 bis 40 mm, verwendet werden, aus deren Ende das Kühlwasser austritt, wobei an den Enden dieser Rohre unter einem schrägen Winkel zur Rohrachse Stossflächen angeordnet sind, an denen der aus den Rohren austretende Wasserstrahl eine starke Richtungsänderung erleidet. Dabei wird nach Verlassen der Stossfläche ein grosser ovaler Wasserschleier mit starker innerer Turbulenz gebildet, der an seinen Rändern in winzige Tropfen aufreisst.
Ein Wasserschleier kann aber auch mit Hilfe zweier Wasserstrahlen erzeugt werden, die unter einem flachen Winkel gegeneinander geführt werden. Auch der durch das Gegeneinanderstossen zweier Wasserstrahlen gebildete Wasserschleier weist eine sehr hohe innere Turbulenz auf, so dass die Verhältnisse des Wärmeüberganges auch in diesem Falle sehr günstig sind.
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Dadurch dass kein Zerstäuben auftritt, d. h. der Wasserstrom nicht in sehr Meine Tropfen zersetzt wird, benötigen die zur Erzeugung der Wasserschleier dienenden Düsen der erfindungsgemässen Einrichtung eine geringere Energie als die bisher verwendeten Zerstäuberdüsen. Messergebnisse. und Versuche haben ergeben, dass der Druckverlust, d. h. das Druckgefälle, des über die Düsen zur Erzeugung der Wasserschleier zuströmenden Wassers nur einen Bruchteil des in den gewöhnlichen Zerstäuberdüsen auftretenden Druckgefälles beträgt.
Ausser den beschriebenen vorteilhaften Verhältnissen des Wärmeüberganges sind die Wasserschleier auch bezüglich des Aufbaues der Mischkondensatoren sehr vorteilhaft. Bekanntlich bilden die bisher verwendeten verschiedenen Einsätze zum Vergrössern der Wasserfläche, wie Rieselscheiben, Mischräume und auch die durch Zerstäuber gebildetenZerstäubungskegel imDampfstrom von hoher Geschwindigkeit einen beträchtlichen Strömungswiderstand. Demgegenüber können die Wasserschleier im Kondensator erfindungsgemäss derart angebracht sein, dass ibreEbenen parallel oder nahezu parallel zur Strömungsrichtung des Dampfes liegen, wodurch erreicht werden kann, dass diese Flächen nur einen geringen Widerstand leisten und in zueinander paralleler Anordnung eine gute Ausnutzung des Kondensatorraumes gestatten.
Bei Wasserschleiern dieser Art bleiben nämlich die bei den üblichen Zerstäubern auftretenden kegelför- migen toten Räumen fort, wobei die Form des Zerstäubers eine Berührung des Dampfes mit dem Wasser an beiden Seiten der Wasserschleier ermöglicht. Somit kann der bei den üblichen Zerstäubern verwendete Raum, der erforderlich ist, damit der Dampf in das Innere des Zerstäubungskegels eindringen kann, fortfallen.
Zusammengefasst kann von den erfindungsgemässen Mischkondensationseimichtungen festgestellt wer- den, dass sie von den bekannten Arten- von Mischkondensatoren darin abweichen, dass bei einem geringen Druck des eintretenden Wassers Wasserschleier mit hervorragender Wärmeübergangszahl gebildet werden, durch die die Dampfströmung nur unbeträchtlich gestört und zugleich der Kondensatorraum sehr vorteilhaft ausgenutzt wird. Demgemäss nehmen die Abmessungen des Mischkondensators weitgehend ab, wodurch selbstverständlich auch die Herstellungskosten des Kondensators sinken. Auch der die Kondensatoren aufnehmende Gebäudeteil wird kleiner, wodurch ebenfalls wesentliche Herstellungskosten beim Bau von Kraftwerken erspart werden können.
Schliesslich wirken die geringeren Abmessungen der Mischkondensatoren sich dahin aus, dass es nicht erforderlich ist, die Dampfturbinen auf Unterbauten von sehr grosser Höhe (6 - 10 m) anzuordnen, die bei Höchstleistungseinheiten noch höher sind, wodurch auch die nachteiligen Schwingungserscheinungen dieser Unterbauten vermieden werden können.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in drei beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt.
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sicht bzw. imHorizontalschnitt nach der Linie VI-VI bzw. VIII-VIII der Fig. 5 bzw. 7. Die Fig. 9 und 10 zeigen ein anderesAusfihrungsbeispiel einerEinrichtung gemäss der Erfindung im Vertikalschnitt bzw. im
Horizontalschnitt nach der Linie X-X der Fig. 9, die Fig. 11 und 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung in gleicher Darstellung, nur sind in Fig. 12 einzelne Teile in Draufsicht dargestellt.
An den Auslassstutzen 1 einer Dampfturbine ist ein Fortsatz 2 und an diesem ein Mischkondensator 3 angeschlossen. Im Mischkondensator 3 sind drei Wasserverteilerkammern 4 vorgesehen, an deren Seiten die Düsen 6 zum Bilden der Wasserschleier angebracht sind.
An die Wasserverteilerkammern 4 sind auchWassereinlass-Stutzen 5 angeschlossen. Das in den Misch- kondensator 3 eingespritzte Kühlwasser sammelt sich in einem Wassersammelraum 7 am Kondensatorbo- den an, aus welchem es über einen Stutzen 8 abgeführt werden kann.
Im Inneren des Mischkondensators muss verhindert werden, dass das entlang der Wasserschleier erwärmte
Kühlwasser an den Wänden der kalten Wasserkammern aufschlägt, da hiedurch das erwärmte Kühlwasser erneut abgekühlt werden würde, was für die Wirkungsweise des Kondensators nachteilig wäre. Um dies zu verhindern, werden die Kühlwasserkammern 4 durch je eine Schutzwand 14 umgeben, wobei in diesen
Wänden Öffnungen 15 vorgesehen sind, über die die Wasserschleier durch die einzelnen Düsen hinausgespritzt werden. Diese Schutzwände 14 können auch verwendet werden, uni die bei Kondensatoren erfor- derliche Absaugung der Luft aus dem Raum hinter der Schutzwand vorzunehmen.
Dieser Raum ist näm- lich die kälteste Stelle im Kondensator, so dass die höchste Konzentration der im Kondensator nicht kon- densierenden Gase (Luft) an dieser Stelle gefunden werden kann.
Zwei Ausführungsbeispiele der zum Bilden der Wasserschleier dienenden Düsen sind in den Fig. 5 und
6 bzw. 7 und 8 dargestellt. 9 bezeichnet eine Wasserkammerwand, in die ein Düsenrohr 10 eingebaut ist, über die das Kühlwasser herausströmt. Unter einem schiefen Winkel zur Düsenrohrachse ist eine Wasser-
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lenkplatte 11 angeordnet. Der aus dem Düsenrohr 10 heraustretende Wasserstrahl-schlägt auf dieser Wasserlenkplatte 11 auf, wobei er eine Richtungsänderung erleidet und einen Wasserschleier 13 bildet.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 sind an die Wasserkammerwand 9 zwei Düsenrohre 12 angeschlossen, deren Achsen einander schneiden und einander-gegenüber schief angeordnet sind. Beim Zusammenstoss der aus den beiden Düsenrohren heraustretenden Wasserstrahlen wird ein Wasserschleier 13 gebildet.
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Mischkondensators vor allem für höhere Leistungen. Der Dampf wird über einen Stutzen 16 zugeführt, über den der Abdampf der Turbine aus diesem in denKondensatorraum desMischkondensators gelangt. Hier wird der Dampf durch Wasserschleier kondensiert, die aus Düsen 17 heraustreten. Diese Düsen 17 zum Bilden der Wasserschleier sind an den Seitenwänden von Wasserkammern 18 bzw. 19 angebracht. Die Wasserkammern 18 erhalten über je einen Stutzen 27 unmittelbar Kühlwasser, während die in der Mitte liegenden Wasserkammern 19 aus der Wasserkammer 18 über Wasserversorgungstaschen 25 mit Kühlwasser versorgt werden.
Um den Zusammenstoss der'aus den Wasserkammern 18 bzw. 19 herausgespritzten Wasserschleier zu vermeiden und das aus den oberen Düsenreihen herausgespritzte und im Kondensator hinabfallende Wasser am Stören der Bildung von niedriger liegenden Wasserschleiern zu verhindern, sind zwischen den aus den Wasserkammern 18 und 19 herausgespritzten Wasserschleiern Zickzackplatten 21 derart angebracht, dass sie von den Wasserschleiern parallel zu den Erzeugenden der. Zickzackflächen beaufschlagt werden, da Platten dieser Art das an ihnen aufschlagende Wasser ableiten.
Auf diese Weise kann einerseits gesichert werden, dass die von beiden Seiten gespritzten Wasserschleier nicht zusammenstossen und anderseits, dass das aus der oberenDüsenreihe herausgespritzte und herabfallende Wasser die durch die niedriger liegende Düseni : eihe gebildeten Wasserschleier nicht stört. Das von den Zickzackplatten 21 und den unteren Düsenreihen herab- fallende Wasser gelangt aufSammelscheiben 22 bzw. 26, von denen die Sammelscheibe 26 perforiert ist, so dass das Wasser über die Perforationsöffnungen in einen Wassersammelraum 29 entweichen kann.
Zwecks eventuell erforderlicher weiterer Erwärmung des von der Wassersammelscheibe 26 herabfliessenden Wassers sind im Kondensator zwei Dampfzuführungsgänge 28 vorgesehen, die an der Vorderwand und Rückwand des Kondensators ausgebildet und bestimmt sind, einen Teil des in den Kondensator eintretenden Abdampfes bei Umgehung des mit Wasserschleiern versehenen Raumes unter die Wassersammelscheibe 26 zu leiten und auf diese Weise zu ermöglichen, dass das auf die Sammelscheibe herabrieselnde und eventuell nicht die Sättigungstemperatur aufweisende Wasser auf seine Sättigungstemperatur erwärmt wird.
Ausführungsformen des Mischkondensators gemäss den Fig. 11 und 12 sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Dampfturbine, der der Mischkondensator zugeordnet ist, eine seitliche oder axiale Auspuffrichtung aufweist. Der zum Zuführen des Dampfes dienende Stutzen 30 schliesst sich an die Dampf- turbine an und leitet den Abdampf in den Kondensatorraum 31, wo der eintretende Dampf durch Wasserschleier kondensiert wird, die aus Spritzdüsen 32 heraustreten. Die Düsen 32 sind an Seitenwänden von Wasserverteilerkammern 33 angebracht, deren Wasserversorgung mittels Wasserverteilertaschen 34 mit abnehmendem Querschnitt erfolgt. Den letzteren wird das Kühlwasser über Einlass-Stutzen 35 zugeführt.
Der zum Kondensieren dienende Raum weist einen ständig abnehmenden Querschnitt auf. Am äussersten Ende deskondensators sindluftabsaugstutzen 36 vorgesehen. Die Düsen 32 zum Bilden von Wasserschleiern dienen zum Kühlen des Raumes 37 vor dem Luftabsaugstutzen 36.
Das herabfliessende Wasser der in den Kondensatorraum eingespritzten Wasserschleier wird inScheiben 43 angesammelt, die verhindern, dass das herabfliessende Kühlwasser die Bildung von niedriger liegendemWasserschleier stört. Zum Sammeln des im Mischkondensator herabfliessenden gesamten Kühlwassers dienen Wassersammelscheiben 38 bzw. 39, von denen die Scheibe 39 mit Perforation versehen ist und eine Lenkwand 40 aufweist, die dazu dient, einen Teil des in den Stutzen 30 eintretenden Abdampfes unter die Scheibe 39 gelangen zu lassen und auf diese Weise das über die Perforationsöffnungen der Scheibe 39 hindurchfliessende Kühlwasser noch zu erwärmen, falls die Temperatur dieses Wassers den Sättigungswert nicht erreicht haben sollte.
Das von der Wassersammelscheibe 39 herabfliessende Kühlwasser gelangt in einen im unteren Teil des Mischkondensators vorgesehenen Wassersammelraum 41, an den ein Wasserablass-Stutzen 42 angeschlossen ist.
Beim Bau von grossen Mischkondensatoren muss dafür gesorgt werden, dass der Dampf vom EinlassStutzen an auch in Seitenrichtung strömen kann, damit der Kondensationsraum vollständig mit Dampf ausgefüllt wird.
In derartigen Fällen sind die im Mischkondensator vorgesehenen Wasserschleier nicht alle parallel zueinander, indem die demDampfeinlass-Stutzen gegenüberliegenden Wasserschleier zur Strömungsrichtung des eintretenden Dampfes parallel liegen, während die Ebenen der am Rand des Mischkondensators
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gebildeten Wasserschleier gegen die Mitte des Kondensators gerichtet sind und somit eine Strömung des Dampfes gegen die Ränder desMischkondensators ermöglichen, ohne hiedurch grosseDruckverluste herbeizuführen. In den beschriebenen Fällen sind demnach nicht alle Wasserschleier parallel zueinander, indem manche von ihnen entsprechend der Strömungsrichtung des Dampfes. einen Winkel miteinander einschliessen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mischkondensator zum Kondensieren von Dampf durch Kühlwasser, wobei das Kühlwasser unter Druck durch Zerstäuberdüsen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zuführen des Kühlwassers vorgesehenen Einrichtungen die Strömungsrichtung des Kühlwassers so umlenken, dass das zugeführte Kühlwasser flache ebene Wasserschleier (13) bildet, die in der Strömungsrichtung des Dampfes zueinander annähernd parallele Lagen einnehmen.