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-Mehrstufige Schleuder-Vorrichtung zur Abscheidung und Unterdrucksetzung
der Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch Die Erfindung betrifft eine
mehrstufige Schleudervorxichtung zur Abscheidung der Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeitg-Gemisch,
die gleichzeitig auch eine Unterdrucksetzung zur Rückfärderung der abgeschiedenen
Flüssigkeitsteilebewirkt. DieRückförderung der Flüssigkeit, z. B. in den Umwälzkreislauf
eines Zwangsumlaufdampferzeugers, erfolgt dabei nur von der ersten Stufe aus. Die
zweite Stufe ist durch eine Rückführleitung mit der ersten Stufe verbunden, die,
außerhalb des Flüssigkeitsringes im Dampfgemischraum, vorzugsweise im Eintrittsstutzen,
derselben mündet. jede weitere Stufe ist in gleicher Weise mit der vorhergehenden
verbunden, um die Wirkung der Abschleuderung zu verbessern.
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Es ist -nun bergits bekannt, die Abs,cheidung und Unterdrucksetzung
der Flüssigk#eitsteilchen. durch ein in einer Pumpenkammer umlaufendes Schleuderrad
zu bewirken. Diese einfache Anordnung hat den Mangel, daß ein sehr großer Abscheideraum
mit einem. Wasserring großer Oberfläche erforderlich wird, der sehr viel Antriebsleistung
braucht.- Trotzdem ist es bei größeren Flüssigkeitsmengen kaum. zu vermeiden, daß
ein erheblicher Teil der feineren Fl-üssigkeitsteilchen vom Dampf mitgerissen wird,
weil dann zur Förderung der abgeschiedenen Flüssigkeit ein größerer Druck und größerer
Flüssigkeitsring auftritt, der - den Dampfraum, verengt und bei hoher Strbmungsgeschwindigkeit
desselbendas Mitreißen der Flüssigkeitgteilchen begünstigt. Auch besondere Einbauten
können diesen Mangel nur mildern, aber nicht beheben und verursachen zusätzlich
erhebliche Druckverhiste.
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Eine andere Einrichtung nacheinemälteren jedoch nicht vorbekannten
Vorschlag strebt die gleichmäßige Speisung eines Dampferzeugers an, arbeitet iaber
auch mit zwei Schleuderstufen, die durch eine RÜckführleitung verbunden sind.
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Die andere Erfindungsaufgabe zwingt zu
erheblichen Unterschieden,
dib gegenüber dem erfindungsgemäßen Zusammenbau mit einem Dampferzeuger klar erkennbar
werden. Außer baulichen Abweichung-en in der Form der Schleuderräder und der Gehäuse
ist bei der vorliegenden Erfindung der Eintrittsstutzen der ersten Stufe nur mit;
der Rückführung der zweiten Stufe sowie mit dem Austritts.-ende des Dampferzeugers
verbunden, während
bei der älteren Bauart auch noch das Frischspeisewasser
in die erste Stufe gelangt. Aus diesem Grunde gehört der Austritt der ersten Stufe
bei der älter-en A-nordnungzugleichauch mit zur Speiseleitung des #Dampferzeugers,
während erfinduligsgemäß eine besondere Zweigleitung die erste Stufe mit der Frischspeiseleitung
vor dem Eintritt in den Verdampferteil verbindet. Da außerdem bei der älteren Bauart
die Rückführung der zweiten Stufe zur Betätigung eines Speisewasserreggelventils
in der Leitung zwischen der Speisepumpe und dem Eintritt der ersten Stufe mit diesem
verbunden ist, anstatt unabhängig davon in den Dampfgemischraum der ersten Stufe
zu münden, wird die Arbeitsweise wesentlich verändert. Die ältere Bauart macht es
nämlich ganz unmöglich, so geringe Stilö,-mungswiderstän#de, in der Rückführleitung
zu erzielen, daß in der zweiten Stufe und allen weiteren Stufen an Stelle des Flüssigkeitsringes
nur noch eine Ringzone mit Flüssigkeitsteilchen unt-ermischten Dampfes -entsteht,
die mit dem Schleuderrad umläuft, in die Rückführleitung gedrückt und. zur ersten
oder vorherigen Stufe gefördert wird. Diese für die Vorrichtung gemäß der ErfindungimNormalbetrieb
vorgesehene Arbeitsweise der zweiten Stufe mit Rückführung eines stark angereicherten
Flüssigkeits-Dampf-Gemisches wird bei der älteren Einrichtung durch die Zusammenführung
mit dem Frischspeisewasger innerhalb des Regelventils verhindert, weil dadurch zu
große Widerstände geschaffen werden.
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Die Antriebsleistung der zweiten und weiteren Stufen ist durch diese
Schaltung wegen des Fehlens eines Flüssigkeitsringes und der sehr viel geringeren
Dampfreibung fast vernachlässigbar klein. Es wird also erheblich an Antriebsleistung
gespart, besonders weil auch die erste Stufe sehr viel kleiner ausgelegt werden
kann. Die Schleuderung der restlichen Flüssigkeit in den folgenden Stufen und die
Rückführung zur jeweils vorhergehenden Stufe, hat zum Ziel, durch die innere Turbulenz
und die ZusammenballungderTeilchen auf engem Raume den Zusammenschluß vor allem
der kleinsten Teilchen zu größeren Körpern zu erreichen, die wegen des günstigeren
Verhältnisses Maße bzw. Gewicht zu Volumen mehr der Fliehkraft und weniger der Strömung
folgen und daher leicht in der ersten Stufe ausgeschleudert werden können.
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Besonders wertvoll ist die Erfindung bei Dampf-Flüssigkeits-Gemischen,din:urSchaum.-bildung
neigen, z. B. alkalischem Wasser, weil dann sogar der umlaufende Wasserring schäumt
und der Schaum leicht nutgerissen wird. Das Absetzen der darin gelöstenStoffe, z.
B. Ätznatron, in den Rohrleitungen und Turbinen ist aber sehr schädlich, deshalb
sollte die Restfeuchtigkeit stets weniger als i % betragen, was mit -der Einrichtung
gemäß der Erfindung errreicht werden soll.
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Die (Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet d#ermiach gegenüber den
bekannten oder älteren., jedoch nicht vorbekannten Einrichtungen erhebliche Vorteile
durch geringere Größe und erheblich kleinere Antriebsleistung. Außerdem ist es durch
Entnahmestutzen in den Rückführleitungen mÖglich, -in sehr einfacher Weise die notwendige
Abschlanimung eines Kessels vorzunehmen.
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In den Zeichnungen ist der Aufbau und die Schaltung einer zweistufigen
Schleudervolrichtung beispielsweise schematisch dargestellt, weitere Stufen werden
in gleicher Weise nachgeschaltet. Es zeigen: Abb. i den inneren Aufbau der Schleudervorrichtung,
Abb. 2 eine Schaltung, die zur Trennung des Dampf-Wasser-Gemisches eines Zwangsumlaufdampferzeugers
benutzt wird, Abb. 3 eine besondere Ausführungsform der ersten Ausschleuderstufe
zur Verwertung der Eintrittsenergie des Dampf-Wasser-Gemisches.
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Die Äbb. i zeigt eine zweistufige Schleudervorrichtung mit zwei Schleuderpumpen
4, 5,
deren Schaufelräder 6, 7 auf einer gemeinsamen Welle
8 angeordnet sind. Der Antrieb der Welle 8 kann durch eine beliebige
Antriebsmaschine 9 bewirkt werden. Das durch den Stutzen io in den ersten
Abscheider 4 eintretende Gemisch der flüssigen und dampfförmigen Anteile unterliegt
der Schleuderwirkung des urnlaufenden 'Schaufelrades 6.
Unter diesem Einfluß.
bildet sich am. Umfang der Pumpenkammer ein umlanfender Flüssigkeitsring i i. Der
Ring i i wird um so stärker, je höher der Druck ist, gegen den die Flüssigkeit
gefördert wer-den soll. Dies kann bei bestimmten Betriebszuständen,dazu führen,
daß der freie Querschnitt 12 für den übertritt des,dampfförmigen Anteils zwischen
dem umlaufenden Flüssigkeitsring i i und dem Schaufelradkörper 14 verlegt und so
klein wird, daß wegen der größeren Strömungsgeschwindigkeit erhebliche Mengen der
feineren Flüssigkeitsteilchen mitgerissen werden. Auch wenn der Flüssigkeitsring
schwächer, also der Querschnitt 12 größer ist, -werden kleinere Teilchen mitgerissen,
weil der Dampf stets den vom Schaufelradkörper 14 ausgehenden Flüssigkeitsschleier
dÜrchströmen muß.
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Um eine vollkommene Abscheidung der flüssigen Teile zu gewährleisten,
wird das Gemisch deshalb durch eine zweite Schleuderpumpe 5 geschickt. Die
in dieser Schleuderpumpe 5 ausgeschiedenen Flüssigkeitsteile -,verden über
eine Leitung 18 zunächst dem Eintrittsstutzen
i o de# PÜMP e 4
zugeführt, in der annähernd gleicher Druck herrscht. 'AmUmfang der Pumpenkammer
5 wird sich nur ein ganz ildeiner oder gar kein Flüssigkeitsring bilden,
da die in der zweit-en Stufe ausgeschleuderte Flüssigkeit nur gegen einen sehr geringenDruck
zu' fördern ist, dermeistlediglich dem Strämungswiderstand der Rückfährleitui#g
entspricht. An Stelle des festen Flüssigkeitsringes, bildet sich dann eine Zone
mit turbulentem Flüss#gk-eits#-Dampf-Gemisch sehr hoher Wichte, in der alle ausgeschleuderten
Flüssigkeitsteilchen umlaufen, und untermischt mit etwas Dampf der ersten' Stufe
zugeführt werden. Der freie Qu#ers#hnitt wird durch einen Flüssigkeitsring nicht
versperrrt, der trockene Dampf kann deshalb -unbehindert zum Austrittsstutzen 16
gelangen. Da außerdem auch die Menge der von dem Schaufelradkörper 13 absprühenden.
Flüssigkeitsteilchen schon sehr gering ist und sehr kleine Dampfgeschwindigkeit
ständig eingehalten wird, wird das Mitreißen solcher Teilchen ebenfalls vermieden.
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In besonderen Fällen werden ein oder zwei weitere Stufen nachgeschaltet,
die unter immer besseren Bedingung-en arbeiten; dabei werden die ausgeschleuderten
Teile jeweils der vorhergehenden Schleuderpumpe wieder zugeleitet, wie dies, in
der Zeichnung durch die gestrichelte Leitung 16 angedeutet ist.
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Der gestrichelt angedeutete Behälter 17 wird ebenfalls nur
in besonderen Ausnahmefällen zur Aufnahme der gesamten ausgeschleuderten Flüssigkeit
benutzt, während normal dfeSchaltung gemäß Abb. 2 benutzt wird.
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Die in Abb. 2 dargestellte Schaltung ist für die Trennung des Dampf-Wasser-Gemisches
eines beispielsweise als Einrohrverdampfer dargestellten. Zwangstinflaufdampferzeugers
be.-stinunt. # Das Speisewasser wird von der Kesselspeisepumpe 2o auf Druck gebrachtund
über die Leitung 2 1 in den Einrohrverdampfer 22 eingespeist. In- diesem wird ein
Gemisch von Dampf und Wasser gebildet, welches durch die'Schleuderpumpen 4,
5 geschickt und hierbei in der gleichen Weise wie bei der Einrichtung nach
Abb. i ausgeschleudert wird. Der aus dem Stutzen 23 des letzten Abscheiders
ausströmende Dampf kann unmittelbar einer Arbeitsmaschine zugeleitet oder, wie in
dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, zunächst durch einen überhitzer 24 geschickt
werden. Die in der SchleuderpuMPe 4 und dem. nachgeschalteten Abscheider
5 ausgeschleuderten Wasserteilchen werden von der Schleuderpumpe 4 aus unmittelbar
über eine Zweigleitung25 in die Frischspeiseleitung21 vor dem Eintritt in den Verdampferteil
des Dampferzeugers wieder .,eingespeist. Die Wiedereinspeisung erfolgt entgegen
dem von der Kesselspeisepumpe 2o erzeugten Druck, .wobei der W-ässerrh#g der erst-en
Schleuderpumpe 4 den Differenzdruck zwischen Dampf-und Speisewasserdruck erzei#gt.
Damit ist, wie bereits vorgeschlagen, eine selbsttätige kegelung der Speisung möglich,
weil die Stärke und der Druck des Wasserringes bei überspeisung ansteigt und im
Grenzfall-die maximale Förderhöheder Kesselspeisepumpeüberschritten wird, die Speisung
also aussetzt. Normalerweise wird der Arbeitspunkt auf der Kennlinie der Speisepumpe
so verschoben, daß,die Speisung stets der Verdampfung entspricht.
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Das aus dem Kessel 22 den Schleuderpumpen4,5 zuströmende Dampf-Wasser-GemIsch
ist mit Kesselsteinbildnern angereichert. Um diese aus dem Wasgerlmeislauf zu entfernen,
wird in der Zweigleitung 2 5 und gegebenen-. falls auch in der überströraleitung
18 ein Rohrstutzen27 zur Entnahme des zurückgeführten Wassers bzw. der als Schlamm.
apsfallenden Verunreinigungen vorgesehen.
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Wird zur Speisung Meexwassero#der-andDr#es große Mengen von Salzen
und sonstigen Verunreinigungen enthaltendes Wasser verwendet, so, würde das Kesselwasser
bei ständiger Wiedereinspeisung der ausgeschle#U.derten Wasserteilchen mit Dieben
Verunreinigungen angereichert werden. In diesen Fällen empfiehlt es sich daher,
die unverdampften Teile durch die Schleuderpumpc 4 nicht wieder in den Kess#el zurückzuführen,
sondern nach Durchströmen eines Wärmeaustauschers ganz oder teilweise abzulassen.
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Bei den üben beschriebenen Einrichtungen wird die Energie des in die
Schleuderkammer eintretenden Gemisches teilweise vernichtet, da, die Umfangsgeschwindigkeit
des Schleuderrades in Nähe der Achse nur sehr klein ist. Dieaus dem Gemisch -abgeschiedenen
Flüssigkeitsteilchen müssen daher erneut beschleunigt werden, um sie auf den gewünschten
Förderdruck zu bringen.
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UrrL dies zu vermeiden, wird bei der Einrichtung gemäß Abb-
3 das Dampf- bzw. Gasflüssigkeitsgeimsch inan sich bekannter Weise am Umfang
des Gehäuses 3 0 der ersten Stufe 4 in tangentialer Richtung eingeführt.
Der Zufluß des Gemisches. erfolgt auf einem Durchmesser, auf dem. das Schleuderrad
3 1 eine etwas geringere Umfangsgeschwindigkeit hat als der eintretende Gemischstrom,
so daß wohl ein Mail der Strömungsen,#rgie zum Antrieb des Schleuderrades benutzt
werden kann, jedoch erhebliche Verluste durch den Aufpran vennieden werden. Der
Eintrittsdurchmesser ist etwas kleiner gewählt als der größte Durchmesser des Schaufelrades
3 1. Die Flüssigkeitsteilchen des Gemisches :scheiden sich in einem an der
Gehäusewand spiralig kreisenden
Strom ab, ohne den Innenraum der
Schleuderkammer3o mit den in dem zugeführten Gemisch enthaltenen Flüssigkeitsteilchen
zu belasten. Die Nabe, welche für die Umlenkung des Gemisches zur Abscheidung der
Flüssigkeitsteilchen sonst vorgesehen ist, kann in Fortfall kommen. Der Dampf enthält
bei seinem Eintritt in die zweite Stufe 5 nur noch ganz geringe Mengen der
abzuscheidenden Flüssigkeit, da, er nicht gezwungen ist, einen vo n der Nabe ausgehenden-Flü#sigkeitsschleier
zu durchkreuzen. Es ist auch keine besondere Arbeit für die Bescl-deuriigung der
Flüs#igkeitsteile aufzubringen.