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Fliehkraft-Wasserabscheider, insbesondere zur Verwendung in Ausdampftrommeln
von Dampferzeugern Es ist bekannt, mehrere Fliehkraft-Wasserabscheider in eine Trommel
einzubauen und sie im einzelnen so auszubilden, daß das Dampf-Wasser-Gemisch tangential
in einen gegenüber dem axial angeordneten Dampfaustritt abgeschlossenen Ringraum
eines Abscheidegefäßes eintritt und nach Durchströmen eines mit schrägen Leitflächen
durchsetzten Ringspaltes in den unteren, mit dem Dampfanstritt verbundenen Teil
des Abscheidegefüßes übertritt. Unterhalb des Ringspatte£ wird hierbei der Dampf
zwecks axialer Ableiting nach oben umgelenkt, während das Wasser an der Gefäßwandung
herabfließt und aus dem unteren Teil des Gefäßes abgeleitet wird. Beim Durchströmen
des engen Ringspaltes wird die Geschwindigkeit des Dampfes wesentlich erhöht und
ihm durch die schrägen Leitflächen eine schraubenförmige Bewegung erteilt. Hierdurch
wird eine Schleuderwirkung auf die im Dampf enthaltenen Wasserteilchen ausgeübt
und somit eine gute WasseraIscheidung erzielt.
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Beim Kesselbetrieb mit derartigen Wasserabscheidern hat es sich jedoch
gezeigt, daß der Salzgehalt des aus dem Wasserabscheider austretenden
Dampfes
auch bei ungefährgleichbleibenderDarn-pfentnahrne erheblichen Sch-,vankungen unterworfen
ist und bei steigender Dampfentnahme unverhältnismäßig groß wird. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß die Leitflächen bis zum unteren Ende des Ringspaltes hinabreichen
und daß der Dampf aus dem Ringspalt mit der entsprechend hohen Gesch-,vindigkeit
unmittelbar frei in den unter dein Ringspalt, liegenden Gefäßraum austritt und dann
nach oben umgelenkt wird. Durch dieses übergangslose Ablösen der Strömung von den
Leitflächen und der zylindrischen Wandung des Abscheiders werden unregelmäßig starke
Wirbelungen erzeugt, die mehr oder weniger das Mitreißen von bereits abgeschiedenen
Wasserteilchen durch den. Dampf zur Folge haben.
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Bekannt ist ferner ein Wasserabscheider, bei dem in einem Rohr ein
mit schraubenförmigen Flügeln versehener Einsatzkörper vorgesehen ist, der mit der
Rohrwandung einen sich allmählich erweiternden RingspaIt bildet. Eine Umlenkung
des vom Restwasser befreiten Dampfes uni i8o' findet bei diesem Abscheider nicht
statt.
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Bei einem in dem Verdampfungs-Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen
eingeschalteten Dampfabscheider soll Kühlwasser von einer verhältnismäßig geringen
Menge Dampf befreit werden. Die vorerwähnten Wirbelbildungen treten bei diesem auf
einem anderen Gebiet verwendeten Dampfabscheider nicht auf. Das Wasserdampfgernisch
tritt bei diesem Dampfabscheider tangential in einen, durch den axial angeordneten
Dampfaustritt gebildeten Ringraum des Abscheidegefäßes ein und tritt nach Durchströmen
eines mit schrägen Lei!-flächen durchsetzten RingspaItes in einen unteren, mit dem
Dampfaustritt verbundenen Teil des Abscheidegefäßes, aus dem der abgeschiedene Dampf
nach Umlenkung um i8o' durch das nach oben führende Ableitungsrohr aus dem Abscheidungsgefäß
austritt. Eine kurze und starke Erweiterung unterhalb des Ringspaltes hat bei diesem
Abscheider für die Ausscheidung geringer Dampfmengen keine, wesentliche Bedeuturig.
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Bei Fliehkraft-Wasserabscheidern mit beweglichen Einbauten und tangentialer
Einführung des Dampf-Wasser-Gemisches ist es bekannt, unter Verzicht auf einen Ringspalt
den zur Erzeugung der Fliefikraftwirkung drehbaren Teil konisch auszubilden, so
daß zwischen der Wandung des drehbaren Teiles und des Gehäuses ein sich zur unteren
Ablenkung hin erweiternder Ringraum gebildet wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Fliehkraft-Wasserabscheider ohne
bewegliche Einbauten, der insbesondere zur Verwendung in Ausdampftrommeln von Röhrendampferzeugern
bestimmt ist und die Aufgabe hat, vor dem Austritt des Dampfes aus der Trommel die
noch im Dampf enthaltenen geringen Mengen Wasser abzuscheiden, so daß der Dampf
weitgehend von Wasser- und Salzteilchen befreit in den Überhitzer gelangt. Die Erfindung
besteht darin, daß der Durchgangsquerschnitt: des Ringspaltes unterhalb der Leitfläche
mittels eines ,ich an den rohrförmigen Teil für den Dampfaustritt anschließenden
Verlängerungsansatzes von einer das Mehrfache der Ringspaltbreite betragenden Länge
in an sich bekannter Weise allmählich erweitert ist. Hierbei ist es vorteilhaft,
den in an sich bekannter Weise außen konischen Verlängerungsansatz. innen zylindrisch
" zu gestalten.
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Die erfindungsgemäß im Strömungssinn hinter dem Bereilch des engsten
Durchgangsquerschnittes vorgesehene allmähliche Erweiterung des, Ringspaltes bewirkt
eine entsprechende allmähliche Ab-
nahme der Geschwindigkeit des ausströmenden
Dampfes. Das bedeutet, daß auch die Tragfähigkeit des Dampfes, d. h. die
Fähigkeit, Wasserteilchen mitzureißen, abnimmt, und zwar nicht linear, sondern im
Verhältnis der Ouadrate der Geschwindigkeiten. Betrachtet man jie Strömung des Dampfes
vc>rn Eintritt in den sich erweiternden Teil des Ringspaltes bis zum Austritt aus
demselben und nimmt dabei die Geschwindigkeit z. B. auf die Hälfte ab, so ist die
Tragfähigkeit des Dampfes an der Austrittsstelle nur ein Viertel der Tragfähigkeit
an der Eintrittsstelle. In dem Maße wird also durch die Geschwindigkeitsabnahme
des Dampfes das Mitreißen von Wasse#rteilchen vermieden. Diese Wirkung wird in strömungstechnischer
Hinsicht dadurch unterstützt, daß sich der unterste Teil des Ringraumes entsprechend
der Abnahme des Außendurchmessers des Einsatzkörpers nur nach innen erweitert. Dadurch
wird das Ablösen der Dampfströmung von dem an der Innenwand des Abscheidergefäßes
herabfließenden Wassers zum Teil schon vor Erreichen der Austrittsstelle des Ringspaltes
eingeleitet, und die sich ansch#ließende Umlenkung des Dampfes nach oben wird hierdurch
so beeinflußt, daß Wirbelungen beim Umströmen der Unterkante des rohrförmigen Einsatzkörpers
vermieden werden.
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Praktische Versuche unter gleichen Bedingungen zunächst mit dem Wasserabscheider
bisher üblicher Bauart und dann mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wasserabscheider
haben durch sich über einen bestimmten Zeitraum erstreckende Messungen des SaIzgehaltes
des aus dem Abscheider austretenden Dampfes bestätigt, daß durch die Erfindung ein
wesentlich niedrigerer und auch bei Lastschwankungen ungefähr gleichbleibender Wasser-
und Salzgehalt des Dampfes erreicht wird und daß dieses günstigeErgebnis auch dann
erzielt wird, wenn die stündliche Dampfleistung des Kessels wesentlich erhöht wird.
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Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß
durch die Geschwindigkeitsabnahrne des Dampfes in dem sich hinter der Verengung
wieder erweiternden Teil des Ringraumes der Druck zunimmt und somit ein Teil der
vor der Verengung aufgewendeten Beschleunigungsenergie zurückgewonnen wird. Dies
ist zwar nicht die eigentliche Aufgabe der Erfindung, aber eine erwünschte Nebenwirkung.
Es ist bekannt, das Wasser aus Fliehkraft-Wasserabscheidern durch einen sich diffusorartig
erweiternden Stutzen abzuleiten, um dadurch Strömungsenergie zurückzugewinnen.
Unterschiedlich
davon ist beim Erfindungsgegenstand die Querschnittszunahme nicht in oder hinter
dem Wassersammelraum des Abscheidegefäßes, sondern in dem vom Dampf durchströmten
Raum vorgesehen.
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In der Zeichnung stellt vergleichsweise Abb. i einen senkrechten Schnitt
durch einen Fliehkraft-Wasserabscheider in bekannter Bauweise und Abb. 2 einen waagerechten
Schnitt durch den Wasserabscheider nach Linie II-II der Abb. i dar, während Abb.
3 einen senkrechten Schnitt durch einen Fliehkraft-Wasserabscheider nach
der Erfindung und Abb. 4 einen -waagerechten Schnitt durch diesen Wasserahscheider
nach Linie IV-IV der Abb. 3
darstellt.
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Der Wasserabscheider besteht aus dem zylindrisehen Gefäß i, das mit
dem nur teilweise gezeichneten, sich stetig verengenden tangential einmündenden
Eintrittsstutzen 2 für das Dampf-Wasser-Gemisch versehen ist, und aus dein gleichachsig
im Abscheidergefäß i angeordneten rohrförtnigen Einsatzkörper 3, der bei
der bekannten Bauart nach Abb. i nach unten durch einen kegelförmigen Übergangsteil
4 bis auf einen zylindrischen Teil 5 erweitert ist. Der unterste Teil
5 des Einsatzkörpers ist auf seiner Außenseite mit schrägen Leitflächen
6
versehen.
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Das Abscheidergefäß i ist z. B. in einer Ausdampftrommel stehend so
angeordnet, daß sich gein unterer Teil im Wasserraum und sein oberer Teil im Dampfraum
der Trommel befindet. Das Dampf-Wasser-Gemisch tritt entweder aus einem Steigrohr
oder direkt aus dem Dampfraum der Trommel in den sich verengenden Stutzen 2 ein,
wird in diesem durch die Querschnittsabnahme beschleunigt und tangential in den
' nach oben abgeschlossenen, durch die Wandung des Gefäßes i und den Einsatzkörper3
gebildeten Ringraum 7 geleitet. Durch die schraubenlinienartig kreisende
Abwärtsbewegung im Ringraum 7 wird auf die im Dampf enthaltenen Wasserteilchen
eine Schleuderwirkung ausgeübt, welche in bekannter Weise noch dadurch erhöht wird,
daß der Dampf Mm Durchtritt durch den mit den Leitflächen 6 durchsetzten
verengten Teil 8 des Ringraumes erneut beschleunigt wird. An Stelle der Leitflächen
6 könnte außen auf dem erweiterten Teil 5 des Einsatzkörpers auch
ein ebenfalls bekannter Flansch mit schrägen Leitkanälen angeordnet sein.
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Nach dem Austritt aus dem Ringspalt 8 wird der Dampf nach oben
umgelenkt und strömt durch das Innere des Einsatzkörpers 3 aus dem Abscheider
in die nicht gezeichnete, zum Überhitzer führende Dampfleitung, während das abgeschiedene
Wasser an der Wandung des Gefäßes i herab in den Sanimeltrichter 9 und die
aus der Trommel herausführende Abflußleitung io fließt.
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Die bekannte Ausbildung des Fliehkraft-Wasserabscheiders nach Abb.
i ermöglicht zwar eine weitgehende Abscheidung des Wassers im Ringraum:7,
8.
Aber dadurch, daß der Dampf aus dem Ringspalt 8
mit der darin erreichten
Höchstgeschwindigkeit unmittelbar frei in den unter dem Teil 5 des Einsatzkörpers
liegenden Raum austritt, und dadurch, daß die Leitflächen 6 bis zur Unterkante
des erweiterten Teiles 5 des Einsatzkörpers hinabreichen, werden Wirbelungen
verursacht, die besonders bei hoher Dampfleistung ein Mitreißen von bereits abgeschiedenen
Wasserteilchen bei der Umlenkung der Dampfströmung in den Teil 5 des Einsatzkörpers
hinein zur Folge haben.
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Uin dies zu vermeiden, schließt erfindungsgemäß' der Einsatzkörper
nicht mit dem erweiterten Teil 5
ab, sondern ist, wie das Ausführungsbeispiel
nach Abb. 3 zeigt, um einen Teil i i verlängert, dessen Außendurchmesser
his zum unteren Ende stetig abnimmt, wobei die Steigung zweckmäßig über die Länge
des Verlängerungsansatzes i i die gleiche Größe hat oder auch nach unten geringfügig
zunimmt. Durch die Verlängerung des Einsatzkörpers um den Teil i i und dessen Rückführung
auf einen kleineren Durchmesser erhält man im Strömungssinn hinter dem Ringspalt
8 des Ringraumes einen sich allmählich nach innen erweiternden Teil 12, in
welchem die Geschwindigkeit entsprechend und somit die Tragfähigkeit des Dampfes
in noch höherem Maße abnimmt. Hier-durch und durch die Ausschaltung des störenden
Einflusses der Leitflächen 6 auf die Strömung, die durch den größeren Abstand
der Unterkante der Leitflächen 6 von dem unteren Ende des Erweiterungsteiles
1:2 des Ringspaltes erreicht ist, wird ein Mitreißen von Wasserteilchen durch den
Dampf beirn Umströmen der Unterkante des Verlängerungsansatzes ii des Einsatzkörpers
vermieden. Für das Einströmen des Dampfes in den Einsatzkörper 11, 5, 4,
3 ist es günstig, den Innendurchmesser des Einsatzkörpers von der Unterkante
des Verlängerungsansatzes i i bis in den übergangsteil 4 hinauf gleich groß zu halten.
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Geringfügige bauliche Abweichungen von dein Ausführtingsbeispiel nach
Abb. 3 liegen, sofern sie das Wesen der Erfindung nicht verändern, im Rahmen
der Erfindung.