NO115030B - - Google Patents

Description

Anordning til adskillelse av damp og væske i et dampgeneratoranlegg.

Foreliggende oppfinnelse angår sentrifugalseparatorer til bruk i damp og væskemantelen i

en dampgenerator.

Slike sentrifugalseparatorer skal hjelpe til

med adskillelse av dampkomponentene og væs-kekomponentene i en blanding av disse som

kammer inn i dampmantelen fra damprørene.

Slike sentrifugalseparatorer har damp- og

væskeinnløp anordnet slik at væske og damp

føres tangentielt inn i separatorenes hvirvel-kammere som dessuten har utløp for adskilt

damp og utløp for utskilt væske. Utløpene strekker seg fra veggen av hvirvelkammeret. Blandingen av damp og væske som kommer inn i

hvirvelkammeret, blir utsatt for virkningen av

sentrifugalkrefter når blandingen beveger seg

langs hvirvelkammerets vegg, og som et resul-tat av dette vil væskekomponenten bevege seg

lengst ut mot veggflaten radielt sett mens damp-komponenten drives radielt inn og bort fra

hvirvelkammerets vegg. Den utskilte væske kan, om det ønskes, lett tømmes fra hvirvelkammerets vegg gjennom et væskeutløp av enkel ut-førelse, f. eks. et spalteliknende utløp som strekker seg på langs av hvirvelkammeret og som gjør det mulig for vann å flyte tangentielt i forhold til hvirvelkammeret. Hvis på den annen side en slik spalte har for stor dybde vil, på grunn av de variasjoner man kan få på langs av hvirvelkammeret når det gjelder tykkelsen av det utskilte væskelag som kommer frem til spalten, noe damp kunne bringes med den utskilte væske og inn i væskerommet, mens spalten, hvis denne på den annen side har for liten dybde, vil føre til ulemper ved at en urimelig stor del av det utskilte vann ikke kan komme ut i utløpet, slik at dette vann strømmer i hvirve-len tilbake til hvirvelkammerets innløp.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er utløpet for den utskilte væske fra veggen i hvirvelkammeret dannet av et periferielt veggparti i hvirvelkammeret, hvilket veggparti har et antall åpninger i avstand fra hverandre, hver med et begrenset tverrsnitt og hver åpning slik plasert at den fører ut i en utløpskanal.

Med en slik sentrifugalseparator vil den utskilte væske, fordi hver av væskeutløpsåpninge-ne i det periferiene veggparti bare gjør det mulig for en liten del av den totale væskemengde å passere gjennom og fordi åpningene står i avstand fra hverandre, strømme over veggpartiet og søke å fordele seg på tvers av sin hovedstrøm-ningsretning slik at det dannes et lag med ensartet tykkelse på nedstrømenden av det nevnte veggparti på tross av de variasjoner man måtte ha i tykkelsen på det utskilte væskelag på opp-strømenden av veggpartiet. På denne måte blir det mulig uten at man bringer en unødig stor del av den utskilte væske til å strømme i hvirvelretningen tilbake til hvirvelkammerets inn-løp og sikre at damp ikke rives med inn i væskerommet i mantelen av den utskilte væske som ledes ut fra separatoren fordi alle åpningene væsken skal strømme gjennom er dekket av væske. Når væskeutløpskanalen mottar væske uten innesluttet damp, kan kanalen bringes til å lede den utskilte væske til et tappepunkt i stor avstand under oversiden av væskerommet i mantelen, hvorved væskeoverflaten vil forbli forholdsvis uforstyrret.

Det er i U.S. patent nr. 2 675 888 foreslått i

forbindelse med en sentrifugalseparator for damp og vann i tilslutning til en dampkjele å utforme et buet parti av hvirvelkammeret med perforeringer gjennom hvilke utskilt væske kan passere til en væskeutløpskanal. Et slikt parti vil imidlertid bare motta utskilt'væske som er overskuddet av den utskilte væske som ved full belastning fjernes fra separatoren tangentielt gjennom en utløpsspalte like ved oppstrømsi-den av det nevnte veggparti for å flyte derfra i en strøm som er åpen inn til mantelens damprom, der strømmen treffer overflaten av vann-massen i mantelen. Ved anlegg av denne kjente type står man således overfor de ulemper som skyldes at damp rives med av det utskilte vann og dette er unngått ved et anlegg utført i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen angår således i første rekke

en anordning til adskillelse over den normale vannstand i dette, og omfattende en sentrifugalseparator med damp og væskeinnløp innrettet til å lede damp og væske tangentielt inn i sentrifugalseparatorens hvirvelkammer og med utløp for utskilt damp, samt utløp for utskilt væske gjennom veggen av hvirvelkammeret, og den er i det vesentlige kjennetegnet ved at ut-løpet for den utskilte væske fra veggen av hvirvelkammeret kun er dannet av et omløpen-de veggparti i hvirvelkammeret som har et antall åpninger i avstand fra hverandre, hver med begrenset tverrsnitt og førende ut til en væske-utløpskanal.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere beskrevet i form av et eksempel under henvisning til tegningene der: Fig. 1, sett fra siden og i snitt, viser en damp- kjel med damp- og vannkappen inneholdende anordninger for atskillelse av damp og vann med snittet lagt på tvers av kappens akse,

fig. 2 viser kappen, sett ovenfra og i snitt, etter linjen II—II på fig. 1,

fig. 3 viser, sett fra siden, vannkappen og tilhørende deler i snitt etter linjen ni—III på fig. 1,

fig. 4 viser en del av fig. 1 i større målestokk med enkelte partier fjernet, og fig. 5 viser, sett fra siden og sett på samme måte som fig. 3, de deler av apparatet som er vist på fig. 4 med en mindre del fjernet.

På tegningene vises en damp- og vannkappe 10 for en dampgenererende enhet (ikke vist),

anbragt ved kappens akse horisontalt, og i denne befinner det seg en vannflate som normalt ligger i en høyde like under kappens senterlinje, og vannflaten danner en begrensning for et overliggende damprom 12, mens man under vannflaten har vannrommet 14. Fødevann kommer inn i vannrommet i kappen ved hjelp av et perforert rør 16 og flyter da ned gjennom ned-adrettede rør 18 for å komme til de nedre deler av stigekretsene i kappen. Damp- og vannblandinger som fremkommer i stigekretsene føres gjennom stigerør 20, hvorav det bare er vist no-en få som er forbundet med kappen i hele den-nes lengde for utmatning inn i et vanntett inn-løpsrom 22 som strekker seg i kappens lengderetning til områder som er i avstand fra rørenes ender og som strekker seg periferielt rundt den nedre del av kappen fra et punkt på en side av denne, like over den horisontale senterlinje til det tilsvarende punkt på kappens motstående side. Rommet 22 er for størstedelen laget av en rekke buede plater 24 som står radielt innenfor kappens vegg og som bæres av braketter 26 festet til veggen, mens de motstående ender av rommet 22 er lukket av plater 28 som strekker seg mellom og er festet til kappeveggen og platene 24.

Kappen 10 er forsynt med sentrifugal-separatorer 32 for damp og vann, og disse er anbragt

i to rader som strekker seg på langs av knappen

på hver side av denne. Hver separator ligger for størstedelen i damprommet 12 og omfatter me-tallplater og blikk som danner et i det vesentlige sylindrisk kammer 34 i damprommet 12 med aksen liggende horisontalt. Den omløpende be-grensningsvegg dannes av en buet plate eller et blikk 36 og endeveggene er dannet av plane plater 38 som ligger på tvers av separator-aksen. Hver ende 38 har en sirkulær åpning 42 for ut-løp for damp fra separatoren, og til denne åpning er det festet en forholdsvis kort, sylindrisk krave 40 som stikker inn i kammeret 34. De sylindriske kammere 34 for hver rad separatorer har alle felles akse, og åpningene 42 i endeveggene ligger også på en felles akse som er for-skutt fra den felles akse for kammerne ned fra denne, slik at aksen for åpningene 42 ligger nærmere kappens akse enn fellesaksen for kammerne.

Separator-kammerne får damp- og vannblandinger fra rommet 22 gjennom bratt cpp-adrettede og innadhellende fluidum-tilførsels-kanaler 44 med i det vesentlige rektangulært tverrsnitt som hvert ved sin nedre innløpsende åpner ut i og danner en del av et rom 22, og ved sin øvre utløpsende åpner tangentielt ut i det tilhørende separator-kammer 34 langs hele lengden av dette, og på kappeveggsiden av kammeret omtrent i høyde med kammerets horisontale akse. Innerveggene av kanalen 44 for hver rad er forsynt med en metallplate 46 som strekker seg over hele kappens lengde og er felles for raden, med platens nedre ende forbundet med den øvre kant av en tilstøtende plate 24 for å danne en forlengelse av rommet 22, mens platens øvre del ender over hele sin lengde avveks-lende ved de periferiene vegger av kammerne 34 og ved plater 52 som skal beskrives i det følgen-de.

Separatorene skiller ut vann gjennom de respektive bratt nedadhellende kanaler eller løp 48 som har sine nedre utløpsender liggende i vannrommet 14 omtrent i høyde med fødevanns-røret 16, og hver kanal eller løp har sin øvre innløpsåpning som leder til det tilhørende kammer 34, rettet gjennom en perforert del 50 av kammerets omløpende vegg som strekker seg over hele lengden og over en bue som innbefat-ter kammerets laveste punkt. Hver kanal 48 har en øvre lengde 48A med gradvis avtagende rektangulært tverrsnitt, sett i vannstrømningens retning, og en nedre lengde 48B som har jevnt, rektangulært tverrsnitt. Kanalene 48 er gjort lange nok til å rekke ned under den laveste ventede vannstand i kappen for å sikre at ut-løpsenden ikke vil komme over vannflaten noen gang mens anordningen er i drift. Kammer-veggdelen 50 er perforert ensartet på langs i forhold til separatoren, og også jevnt i bue rundt separatoren ved hjelp av forskutte rader av sirkulære hull.

Forskyvningen av den felles akse for damp-utløpsåpningene fra den felles akse for separatorene er slik at kanten av damputløpsåpninge-ne ligger lengst fra hvirvelkammerveggen i det område av dette som ligger like bak utløpet fra innløpskanalen 44, sett i hvirvelens retning.

I hver separatorrad er separatorene skilt aksialt fra hverandre, og mellom to og to separatorer står en U-formet styreanordning 54 som skal hindre direkte bevegelse nedad av den damp som kommer fra damputløpet 42. Hver styre- eller ledeanordning 54 omfatter en plate 52 som er sveiset til to sammenstøtende endeplater 38 på to nabo-separatorer, og disse plater er bøyet slik at de føyer seg etter de nederste bu-er av de sirkulære damputløpsåpninger 42 og strekker seg opp i begge retninger bort fra åpningene. På innsiden, dvs. nærmere en vertikal linje gjennom mantelens akse, av separatorene har platen 52 en oppadrettet og innadrettet forlengelse i form av en bøyet platekonstruksjon 56 som er spent fast på platen 52 og festet til de omløpende vegger av to og to separatorer. Ved utsiden av separatorene er platen 52 forlenget med en plate 58 som også strekker seg over he-le separatorraden og der det ved platens øvre kant er sveiset fast en ytterligere plate 60 som er rettet opp og inn, og som ved sin øvre kant er tett forbundet med mantelveggen. Ved endene av hver separatorrad finner man ledeanord-ninger for dampen svarende til de som er beskrevet under henvisning til anordningen 54, men som man vil forstå, er det nødvendig med vertikale plater på tvers av mantelens akse, for å hindre damp fra å unnvike i aksialretningen.

Platene 46 som for de respektive separator - rader danner innerveggen av fluidum-tilførsels-kanalene 44, strekker seg opp, som vist ved 46A, mellom sammenstøtende par separatorer til platene 52, og de er sveiset fast til disse og til separatorendeplatene 38. Endeplater 62 lukker endene av fluidum-rommene som ellers omslut-tes av platene 46, 58 og 60. For hver rad separatorer vil således platene 46, 58, 60 og 62 sam-virke med mantelveggen og de periferiene vegger av kammerne 34, slik at det dannes et øvre rom for en forlengelse av rommet 22.

Dampledeanordningen fører den utskilte damp fra separatorene slik at den strømmer opp gjennom perforerte plater 64 som kan være un-derstøttet av braketter 66 festet til mantelveggen over separatorradene, og de strekker seg på langs av mantelen og er skråttstilte nedad mot vertikalplanet gjennom mantelens akse.

I den øverste del av damprommet i mantelen er det anbragt en dampskrubber-seksjon 68, gjennom hvilken dampen må passere før den kommer til mantelens damputløp 70. Etterat den har forlatt mantelen, tar man sikte på at dampen skal varmes i en ikke vist overheter som er tilsluttet dampgenereringsanlegget. Damp-skrubberen 68 er dannet av en rekke tett sam-menstående korrugerte blikkplater som står side ved side i hovedsakelig vertikale plan som er parallelle med hovedretningen for dampstrøm-men, og som mellom seg begrenser en rekke sma-le sinus-kurveformede strømningskanaler.

Når anlegget er i drift tilføres mantelen 10 damp-, og vannblandinger gjennom stigerørene 20 fra stigekretsen i anlegget. Den nevnte blanding strømmer inn i rommet 22 der damp- og vannblandingene flyter gjennom tilførselska-nalene 44 til separatorene 42 hvori de beveger seg med en hvirvlende bevegelse rundt aksen for separatorenes sylindriske kammer 34. Den hvirvlende bevegelse fører til at sentrifugalkrefter i hver separator søker å skille damp og vann fra hverandre i blandingen, slik at dampen kan for-late separatorene gjennom damputløpsåpninge-ne 42, mens vannet kan komme ut gjennom vannutløpskanalene 48.

Dampen som forlater separatorene gjennom damputløpsåpningene 42, ledes av dampledeanordningene, slik at dampen vil strømme igjennom de perforerte plater 64 før den kommer inn i hoveddelen av damprommet 12 i mantelen, hvorfra dampen strømmer gjennom skrubberseksjonen 68 før den forlater mantelen gjennom damputløpet 70. Dampen som forlater mantelen vil i det vesentlige være fri for fuktighet, urenheter eller faste stoffer som skyldes anti-korroderende tilsetninger til vannet. Vannet som forlater separatorene gjennom vannut-løpskanalene 48, kommer inn i vannrommet 17 i mantelen og det forlater dette gjennom røret 18.

Fluidum-tilførselskanalene 44 danner opp- adrettede forlengelser av innløpsrommene 22 slik at damp- og vanntalandingen etterat den er kommet inn i kammeret 22, kan flyte med minst mulige hindringer og retningsforandringer til hvirvlingen i separator-kammerne 34.

Når damp- og vannblandingen strømmer inn i et separator-kammer gjennom innløpska-nalen 44, vil blandingen flyte rundt separatorens akse og vannbestanddelen i blandingen vil av sentrifugalkreftene trekkes mot kammerets periferiene vegg kraftigere enn blandingens damppartikler, og vannet vil da fortrenges ut og damppartiklene inn, og tykkelsen av damp- og vannblandingen avtar progressivt etter hvert som blandingen beveger seg rundt separator-kammeret' i hvirvelretningen fra kanalen 44 mot den perforerte plate 50. Damputløpsåpnin-gen 42 er, som allerede forklart, ikke konsen-trisk med separator-kammeret, men dets om-krets ligger lengst fra separatorens periferiene vegg i området kort bak innløpskanalen 44 sett i hvirvlingens retning, i hvilket område tykkelsen av blandingen er forholdsvis stor, og denne foranstaltning reduserer muligheten for at damp som forlater separatoren, skal rive med seg vanndråper fra blandingen.

Dampledeanordningene 54 med konstruk-sjonen 56 hindrer vann fra vannrommet i kappen eller mantelen fra å komme til dampstrøm-men som forlater separatoren, selvom det er sto-re variasjoner i vann-nivået i mantelen eller kappen, og selvom det kan være forstyrrelser og uro i vannoverflaten i kappen, og ledeanord-ningene 54 sikrer videre at damp som forlater damputløpsåpningene 42 med høy hastighet, rettes bort fra kappens eller mantelens vann-overflate. Lokale variasjoner eller mer omfattende variasjoner i vann-nivået i kappen kan særlig oppstå i skipskjeler på grunn av at skipet ruller og stamper, og på grunn av de plutselige belastningsforandringer som skipskjeler lett kan bli utsatt for.

Damp som forlater separatorene må, før den kommer inn i hoveddelen av damprommet i kappen eller mantelen, passere gjennom de perforerte plater 64 som sørger for å fjerne en del av den fuktighet som kan finnes i dampen. Da damp fra samtlige separatorer i en rad strømmer inn i et felles rom under den perforerte plate 64 som er tilknyttet denne rad, vil det forhold at én separator kanskje kan avgi mer damp enn nabo-separatoren, ikke føre til noen lokal overbelastning av den perforerte plate.

Utførelsen av separatorene er slik at under normale forhold vil en sentrifugalkraft som skiller damp og vann og som er mange ganger stør-re enn tyngdekraften, bli utøvet under den hvirvlende bevegelse i hver separator 32, og slik at all eller omtrent all damp er fjernet fra damp-og vannblandingen på det tidspunkt da fluidet som innføres i separatoren gjennom innløpska-nalen 44, under sin hvirvlende bevegelse i separatoren komme frem til den perforerte del 50 av separator-kammerets vegg, og dessuten slik at mesteparten, men ikke alt vann som kommer til den perforerte veggdel 50, forlater separatoren gjennom vannutløpskanalen 48. Av det vann som kommer frem hit fortsetter det vann som ikke forlater separator-kammeret, gjennom den perforerte veggdel 50 i en hvirvlende bevegelse i separatoren for å bli blandet med den ferske damp-og vannblanding som kommer gjennom kanalen 44.

Da større tykkelse av vannlaget som kommer frem til den perforerte plate 50, fører til større trykk som vannet utøver der det er i berøring med innsiden av den perforerte plate, og desto større er tilbøyeligheten til å drive vann gjennom den perforerte plate, mens en mindre tykkelse på det innløpende vannlag fører til en mindre tilbøyelighet til å drive vannet gj ennom den perforerte plate. Tykkelsen på vannlaget som forlater den perforerte plate, varierer forholdsvis lite med svingninger i tykkelsen på det innkommende vannlag. Da den perforerte plate i vann-utløpet danner et antall sammensnevrete åpninger som er jevnt fordelt i separatorens lengderetning, vil platen hvis tykkelsen på det innkommende vannlag er jevn i separatorens lengderetning, sikre at tykkelsen av det vann som forlater platen også er tilnærmet ensartet i separatorens lengderetning. Da videre den perforerte plate i vannstrømningskanalen danner et antall begrensede åpninger som også er fordelt rundt separatoren over en forholdsvis stor bue av den periferiene vegg (vesentlig større enn buen av en enkel spalte med samme strømningsmot-stand), vil vannet på den perforerte plate ha go-de muligheter til å spre seg utover platen i separatorens lengderetning mens den strømmer over platen, slik at man får en ensartethet sett i separatorens lengderetning, når det gjelder tykkelsen på det vann som forlater platen, på tross av at tykkelsen på det vannlag som kommer til separatoren kan variere i separatorens lengderetning. Av de nevnte årsaker vil man over stør-stedelen av vannutløpet få et vannlag eller en film hvis nærvær er en forsikring om at den sen-trale damp i separatoren ikke er i forbindelse med vannutløpskanalen 48. Når vannutløpska-nalen 48 mottar vann uten damp, kan damp ik-ke gjennom denne kanal føres ned i vannrommet i kappen, der dampen så kan komme inn i ned-løpsrørene 18, og det er derfor heller ikke noen ulempe ved å ha vannutløpskanalen 48 med slik lengde at den mater ut vann godt under det normale vann-nivå i kappen, for derved å dra nytte av det minimum av hvirvel-dannelser i kappen under vannflaten på grunn av vannutløpet. Man skal merke seg at vannlaget eller filmen under forskjellige forhold holdes over innløpet til vann-utløpskanalen som fører fra separatoren, uten at det er nødvendig å resirkulere en stor del av vannet rundt i separatoren, en foranstaltning som ville kreve at separatoren skaper et forholdsvis stort trykkfall i kretsen. Separatorene er bygget slik at vannlagene over de perforerte plater, som hindrer en forbindelse mellom damp-rommene og vannutløpene, opprettholdes under det maksimum ventede område av damp/vann-forhold i den innkommende blanding, og det maksimum ventede belastningsområde.

I et effektivt damp- og vannsepareringsan-legg av den utførelse som her er beskrevet, ble hver separator for størstedelen laget av nr. 14 plate, der hvirvel-kammeret var 17,5 cm lang og

med en innvendig diameter på 22,5 cm, der

damp- og vanninnløpskanalen hadde en utløps-ende som strakk seg i hele separatorens lengde,

og med et tverrmål på 44 mm, der hver sirkulær

damputløpsåpning hadde en diameter på 10,6 cm,

og der den perforerte plate ved innløpsenden av

vannutløpskanalen strakk seg i hele separatorens

lengde og rundt en bue på omtrent 45° av hvirvel-kammeret ved bunnen av dette, og var av

plate nr. 20 samt gjennomhullet med hull av en

diameter på 4,75 mm i forskutte rader og så tett

at man får 51 pst. åpent areal.

Claims (7)

1. Anordning til adskillelse av damp og væske i et dampgeneratoranlegg anbrakt over den

normale vannstand i dette, og omfattende en sentrifugalseparator med damp- og væskeinnløp innrettet til å lede damp og væske tangentielt inn i sentrifugalseparatorens hvirvelkammer og med utløp for utskilt damp samt utløp for utskilt væske gjennom veggen av hvirvelkammeret, karakterisert ved at utløpet for den utskilte væske fra veggen (36) av hvirvelkammeret (34) kun er dannet av et omløpende veggparti (50) i hvirvelkammeret som har et antall åpninger i avstand fra hverandre, hver med begrenset tverrsnitt og førende ut til en væskeutløps-kanal (48).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at åpningene sitter i en perforert del (50) av hvirvelkammerets periferielle vegg, hvilken perforerte vegg (36) strekker seg over en bue av hvirvelkammeret og over hele hvirvelkammerets aksiale lengde.

3. Anordning som angitt i krav 2, omfattende et antall sentrifugalseparatorer, karakterisert ved at separatorene (32) i sin helhet er anbrakt i damprommet (12) i kappen (10) el- ler mantelen i minst en rad som strekker seg 1 mantelens (10) lengderetning, og der hvirvelkammerne (34) har en felles akse, mens det er anordnet dampledeinnretninger (54) for å lede utskilt damp fra separatoren opp og bort fra disse og for å beskytte damputløpsåpningene (42) fra separatoren fra å komme i forbindelse med vann hvis vannivået i mantelen eller kappen skulle stige for høyt.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at ledeinnretningene (54) skal leed damp fra damputløpsåpningene i separatorraden inn i et felles rom hvorfra damp mates opp gjennom en perforert plate (64) som strekker seg i kappens eller mantelens lengderetning og er innrettet til å fjerne fuktighet fra dampen.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at separatoren ligger på en si-de av kappens eller mantelens vertikale sentral-plan, mens den perforerte plate (64) heller ned mot dette plan.

6. Anordning som angitt i hvilket som helst av kravene 3, 4 eller 5, karakterisert ved at de perforerte deler (50) av hvirvelkammerets periferielle vegg (36) strekker seg over buer av hvirvelkammerets vegger, innbefattende de nederste punkter av disse.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at damp- og vanninnløpska-nalene (44) fører inn i hvirvelkammerne (34) bratt oppad, mens hvirvelkammerne i det vesentlige er sylindriske og har sirkulære damput-løpsåpninger (42) med en senterlinje som er forskjøvet fra aksen for hvirvelkammerne på en slik måte at omkretsen av damputløpsåpninge-ne (42) ligger lengst fra hvirvelkammerets periferielle vegg (36) i de områder av denne som ligger kort bak, sett i hvirvelens retning, utløpene fra innløpskanalene (44).