Verteiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ver teiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische, vorzugsweise zur Verteilung des Dampf-Wasser-Gemisches auf die Rohre eines Zwangsdurchlaufdampferzeugers, dessen Sammler über Zuleitrohre mit einer vorgeschalteten dampferzeu genden Heizfläche und über Ableitrohre mit einer nach geschalteten dampferzeugenden Heizfläche verbunden ist.
Es ist bekannt, zur gleichmässigen Verteilung des Durchflusses eines Dampf-Wasser-Gemisches auf die Rohre eines Zwangsdurchlaufkessels Sammler mit Ab- leitrohren einzusetzen. Die Geschwindigkeit des Dampf- Wasser-Gemisches am Eintritt in den Sammler wird da bei verhältnismässig hoch gehalten, damit in der Samm lerkammer ein möglichst homogenes Gemisch entsteht, das sich leichter über die Ableitrohre gleichmässig ver teilen lässt.
Die beschriebenen Verteiler arbeiten einwandfrei nur für einen engen Bereich des Dampfgehaltes am Verteiler eintritt, da bei starken Schwankungen des Dampfgehalts keine ausreichende Homogenität des Dampf-Wasser-Ge- misches zu erreichen ist, was wiederum eine gleichmäs- sige Verteilung des Gemisches über die Ableitrohre erschwert.
Die Erfindung ist aus der Aufgabe hervorgegangen, einen Verteiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische, vorzugs weise für Dampf-Wasser-Gemische zu schaffen, der eine deichmässige Verteilung des durchlaufenden Wasser- Dampf-Gemisches auf die Ableitrohre auch bei grossen Schwankungen des Dampfgehaltes ermöglicht.
Der erfindungsgemässe Verteiler ist dadurch gekenn zeichnet, dass im Sammler Einlaufrohre mit über ihre Ganze Länge verteilten Löchern derart angeordnet sind, dass sie mit ihrem einen Ende in das Ableitrohr münden, wogegen ihr anderes Ende offen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des Verteilers wei sen die Einlaufrohre an ihren offenen Enden Zähne auf, deren Spitzen sich auf die Wandung des Sammlers ab stützen. Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigt: Fig. 1 den erfindungsgemässen Verteiler für Dampf- Wasser-Gemische im Aufriss, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, und Fig.4 die Abwicklung eines gelochten Einlaufrohres des erfindungsgemässen Verteilers.
Der Sammler 1 (Fig. 1) weist Zuleitrohre 2 und Ab- leitrohre 3 auf.
Das in den Sammler strömende Dampf-Wasser-Ge- misch wird im Sammler in Dampf und Wasser getrennt. Der Dampf steigt nach oben und sammelt sich im obe ren Teil des Sammlers 1, das Wasser bleibt unten. Die Verteilungsverhältnisse werden dadurch begünstigt, dass das in den Sammler 1 hineinragende Zuleitrohr 2 an der Stirnseite mit einem kegeligen Boden 4 (Fig. 2) ver schlossen ist und unten in der Wandung Austrittslöcher 5 für das zuströmende Dampf-Wasser-Gemisch aufweist.
Jedes Ableitrohr 3 ist im Innern des Sammlers 1 mit einem Einlaufrohr 6 versehen, das über seine ganze Länge verteilt Löcher 7 aufweist. Mit seinem einen Ende mün det das Einlaufrohr 6 in das Ableitrohr 3, während sein anderes Ende offen ist. Am offenen Ende des Einlauf rohrs 6 sind Zähne 8 vorgesehen, deren Spitzen auf der Wandung des Sammlers aufliegen. Das Wasser strömt zwischen den Zähnen 8 in das Einlaufrohr 6 ein.
Die Löcher 7 sind am Umfang über die ganze Länge des Einlaufrohres entlang einer Schraubenlinie angeord net. Die Abwicklung der Mantelfläche des Einlaufrohrs 6 ist in Fig. 4 gezeigt. Um rasche Änderungen des Wasser standes im Sammler bei geringeren Dampfgehalten zu vermeiden, ist der Durchmesser der Löcher 7 im unte ren Teil des Einlaufrohrs 6 grösser gewählt als im obe ren.
Der Gesamtdurchgangsquerschnitt der Löcher 7 ist für den höchstmöglichen Durchsatz des Dampf-Wasser- Gemisches ausgelegt. Der Rechnung wird der niedrigste Wasserstand zugrunde gelegt, bei dem der Wasserspie Qei etwas über den Zähnen 8 liegt.
Der beschriebene Verteiler hat folgende Wirkungs weise: Das zu verteilende Dampf-Wasser-Gemisch strömt durch die Zuleitrohre 2 zu und tritt in den Sammler 1 durch die Löcher 5 ein, die sich unten am Rohrende be finden. Das aus jedem Zuleitrohr 2 austretende Gemisch strömt in je zwei Richtungen entlang der Sammlerachse mit einer Geschwindigkeit, bei der der Dampf aus dem Gemisch ausgeschieden wird. Der Dampf steigt nach oben, während die Flüssigkeit sich im unteren Teil des Samm lers 1 sammelt. Im Sammler 1 bildet sich somit oben ein Dampfraum und unten ein Wasserraum.
Der Dampf tritt aus dem oberen Raum in das Einlaufrohr 6 durch die obren. nicht überfluteten Löcher 7 ein.
Die Zahl der jeweils über dem Wasserspiegel liegen den Löcher 7, über welche der Dampf in die Einlauf- rohre 6 gelangt, hängt vom Wasserstand im Sammler 1 ab. Der durch die Löcher 7 aus dem oberen Sammler raum in die Einlaufrohre strömende Dampf wird ge drosselt. so dass der Druck oben im Einlaufrohr 6 stets kleiner ist als der Druck im Dampfraum des Sammlers 1. Dementsprechend ist der Wasserstand im Einlaufrohr 6 stets höher als im oberen Sammlerraum.
Reicht diese Druckdifferenz nicht aus, um das Wasser bis zum näch sten nicht überfluteten Loch hochzudrücken, so dass es vom strömenden Dampf mitgerissen wird, so nimmt der Wasserinhalt des Sammlers zu. Der Wasserstand steigt so lange. bis der Wasserspiegel im Einlaufrohr 6 das nächste vom Dampf durchströmte Loch 7 erreicht. Das Wasser strömt in das Einlaufrohr 6 hauptsächlich zwischen den Zähnen 8 ein. Ein kleinerer Teil tritt durch die überflute ten Löcher 7 ein.
Im Sammler 1 stellt sich also stets ein Wasserstand ein. bei dem der Wasserspiegel im Einlaufrohr 6 gerade Ain nicht überflutetes Loch 7 erreicht, wo das über schüssige Wasser vom durchströmenden Dampf mitge rissen wird.
Die Selbstregelung des Wasserstandes im Verteiler wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert. Es sei angenommen, der Massendurchfluss des Dampf-Wasser-Gemisches am Verteilereintritt bleibe konstant und a) der Dampfgehalt (x) des Gemisches werde plötz lich hoher: Die Zunahme des Dampfgehaltes bei gleichbleiben dem Massendurchfluss bedeutet Vergrösserung des Dampfdurchsatzes und Verkleinerung des Wasserdurch- flusses.
Die Zunahme der durch die nicht überfluteten Löcher 7 strömenden Dampfmenge ruft sofort eine Vergrösse- rung des Druckgefälles an diesen Öffnungen und somit eine Vergrösserung der aus dem Sammler 1 in das Ein laufrohr 6 angesaugten Wassermenge hervor. Dadurch sinkt der Wasserstand im Sammler ab. Eine Wasserstand absenkung tritt auch wegen des kleiner werdenden Was. sergehaltes des durch die Zuleitrohre 2 eintretenden Ge misches ein.
Bei niedrigerem Wasserstand im Sammler 1 ist aber die zum Ansaugen des Wassers erforderliche Druckdifferenz grösser, da die Differenz zwischen den Wasserstandshöhen im Sammler 1 und in den Einlauf- rohren 6 jetzt grösser ist. Es stellt sich nun ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Wasserstand dem neuen, höheren Dampfgehalt des zuströmenden Ge misches entspricht.
b) der Dampfgehalt (x) des zuströmenden Gemisches werde plötzlich niedriger: Die Abnahme des Dampfgehaltes bei gleichbleiben dem Massendurchfluss bedeutet Verkleinerung des Dampfdurchsatzes und eine entsprechende Vergrösserung des Flüssigkeitsdurchflusses. Bei kleinerem Dampfdurch satz durch die über dem Wasserspiegel liegenden Löcher 7 wird das Druckgefälle an ihnen kleiner. Dadurch ver mindert sich die Flüssigkeitsmenge, die aus dem Samm ler 1 in die Einlaufrohre 6 überströmt. Der Wasserstand im Sammler wird also höher.
Der Wasserstandsanstieg erfolgt auch wegen des höheren Wassergehaltes des durch die Zuleitrohre 2 zuströmenden Dampfes.
Bei höherem Wasserstand im Sammler 1 wird der zum Ansaugen der Flüssigkeit erforderliche Unterdruck kleiner, da der erforderliche Unterschied zwischen den Wasserständen im Sammlerraum und in den Einlauf- rohren 6 jetzt geringer ist. Es stellt sich also ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Wasserstand im Sammler 1 dein neuen, niedrigeren Dampfgehalt des zu strömenden Gemisches entspricht.
Nachstehend sind noch Versuchsergebnisse angege ben, die an einem erfindungsgemässen Verteiler für Dampf-Wasser-Gemisch bei verschiedenen Drücken und bei einer Änderung des Dampfgehaltes in einem weiten Bereich gewonnen wurden.
Bei einem Druck von p = 180 at und bei einer Än derung des Dampfgehaltes von x = 0,15 auf x = 0,85 betrug die Abweichung des Dampfgehaltes in den ein zelnen Rohren vom Mittelwert Ax = x"" - x = 0,02 0,1. Kleinere Abweichungen wurden bei Dampfgehalten von x = 0,1 bis 0,3 und x = 0,7 bis 0,9 gemessen. Grös- sere Abweichungen traten bei Dampfgehalten von x = 0,4 bis 0,6 auf.
Der vorgeschlagene Verteiler kann auch zur Vertei lung anderer Gas-Flüssiakeits-Gemische mit Erfolg ein gesetzt werden.
Distributor for gas-liquid mixtures The present invention relates to a distributor for gas-liquid mixtures, preferably for distributing the steam-water mixture to the tubes of a once-through steam generator, the collector of which is via feed pipes with an upstream steam generating heating surface and via Discharge pipes is connected to a downstream steam-generating heating surface.
It is known to use collectors with discharge pipes for evenly distributing the flow of a steam-water mixture to the pipes of a once-through boiler. The speed of the steam-water mixture at the entry into the collector is kept relatively high so that the most homogeneous mixture possible is created in the collector chamber, which can be more easily distributed evenly via the discharge pipes.
The distributors described work properly only for a narrow range of the steam content at the distributor, since in the case of strong fluctuations in the steam content sufficient homogeneity of the steam-water mixture cannot be achieved, which in turn makes it difficult to distribute the mixture evenly over the discharge pipes .
The invention is based on the task of creating a distributor for gas-liquid mixtures, preferably for steam-water mixtures, which enables the water-steam mixture flowing through it to be distributed over the discharge pipes even with large fluctuations in the steam content.
The distributor according to the invention is characterized in that inlet pipes with holes distributed over their entire length are arranged in the collector in such a way that they open at one end into the discharge pipe, while their other end is open.
In an advantageous embodiment of the distributor, the inlet pipes have teeth at their open ends, the tips of which are based on the wall of the collector. The idea of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing.
1 shows the distributor according to the invention for steam-water mixtures in elevation, FIG. 2 shows a section along line II-11 in FIG. 1, FIG. 3 shows a section along line III-III in FIG , and FIG. 4 shows the development of a perforated inlet pipe of the distributor according to the invention.
The collector 1 (FIG. 1) has supply pipes 2 and discharge pipes 3.
The steam-water mixture flowing into the collector is separated into steam and water in the collector. The steam rises and collects in the upper part of the collector 1, the water remains at the bottom. The distribution conditions are favored by the fact that the feed pipe 2 protruding into the collector 1 is closed at the end with a conical bottom 4 (FIG. 2) and has outlet holes 5 for the incoming steam-water mixture at the bottom of the wall.
Each discharge pipe 3 is provided in the interior of the collector 1 with an inlet pipe 6 which has holes 7 distributed over its entire length. At one end the inlet pipe 6 opens into the discharge pipe 3, while its other end is open. At the open end of the inlet pipe 6 teeth 8 are provided, the tips of which rest on the wall of the collector. The water flows into the inlet pipe 6 between the teeth 8.
The holes 7 are net angeord on the circumference over the entire length of the inlet pipe along a helical line. The development of the lateral surface of the inlet pipe 6 is shown in FIG. 4. In order to avoid rapid changes in the water level in the collector with lower steam contents, the diameter of the holes 7 in the lower part of the inlet pipe 6 is chosen to be larger than in the upper part.
The total passage cross section of the holes 7 is designed for the highest possible throughput of the steam-water mixture. The calculation is based on the lowest water level at which the water level Qei is slightly above teeth 8.
The distributor described has the following effect: The steam-water mixture to be distributed flows through the supply pipes 2 and enters the collector 1 through the holes 5, which are located at the bottom of the pipe end. The mixture emerging from each feed pipe 2 flows in two directions along the collector axis at a speed at which the steam is separated from the mixture. The vapor rises while the liquid collects in the lower part of the collector 1. In the collector 1, a steam space is thus formed at the top and a water space at the bottom.
The steam emerges from the upper space into the inlet pipe 6 through the top. not flooded holes 7 a.
The number of holes 7 above the water level, through which the steam reaches the inlet pipes 6, depends on the water level in the collector 1. The steam flowing through the holes 7 from the upper collector space into the inlet pipes is throttled. so that the pressure at the top in the inlet pipe 6 is always lower than the pressure in the steam space of the collector 1. Accordingly, the water level in the inlet pipe 6 is always higher than in the upper collector space.
If this pressure difference is not sufficient to push the water up to the next not flooded hole, so that it is carried away by the flowing steam, the water content of the collector increases. The water level rises for so long. until the water level in the inlet pipe 6 reaches the next hole 7 through which the steam flows. The water flows into the inlet pipe 6 mainly between the teeth 8. A smaller part occurs through the flooded holes 7.
A water level is therefore always established in the collector 1. in which the water level in the inlet pipe 6 reaches just Ain not flooded hole 7, where the excess water is torn by the steam flowing through.
The self-regulation of the water level in the distributor is explained in more detail below using a few examples. It is assumed that the mass flow rate of the steam-water mixture at the distributor inlet remains constant and a) the steam content (x) of the mixture suddenly becomes higher: The increase in the steam content while the mass flow rate remains the same means an increase in the steam flow rate and a decrease in the water flow rate.
The increase in the amount of steam flowing through the non-flooded holes 7 immediately causes an increase in the pressure drop at these openings and thus an increase in the amount of water sucked from the collector 1 into the inlet pipe 6. This causes the water level in the collector to drop. A lowering of the water level also occurs because of the decreasing water. water content of the Ge mixture entering through the feed pipes 2.
When the water level in the collector 1 is lower, however, the pressure difference required to suck in the water is greater, since the difference between the water level in the collector 1 and in the inlet pipes 6 is now greater. A new state of equilibrium is now established, in which the water level corresponds to the new, higher steam content of the inflowing mixture.
b) the steam content (x) of the inflowing mixture suddenly becomes lower: The decrease in the steam content while the mass flow rate remains the same means a reduction in the steam flow rate and a corresponding increase in the liquid flow rate. If the steam throughput through the holes 7 above the water level is smaller, the pressure gradient across them is smaller. This reduces the amount of liquid that flows from the Samm ler 1 into the inlet pipes 6 ver. The water level in the collector is therefore higher.
The rise in water level also occurs because of the higher water content of the steam flowing in through the feed pipes 2.
When the water level in the collector 1 is higher, the negative pressure required to suck in the liquid becomes smaller, since the required difference between the water levels in the collector space and in the inlet pipes 6 is now smaller. A new state of equilibrium is established in which the water level in collector 1 corresponds to your new, lower steam content of the mixture to be flowed.
Test results are given below which were obtained on a distributor according to the invention for a steam-water mixture at different pressures and with a change in the steam content over a wide range.
At a pressure of p = 180 at and with a change in the steam content from x = 0.15 to x = 0.85, the deviation of the steam content in the individual pipes from the mean value Ax = x "" - x = 0.02 0.1. Smaller deviations were measured at steam contents of x = 0.1 to 0.3 and x = 0.7 to 0.9. Larger deviations occurred at steam contents of x = 0.4 to 0.6.
The proposed distributor can also be used successfully to distribute other gas-liquid mixtures.