Opis patentowy opublikowano: 1990 02 28 148 777 CZYTELNIA t!.—r-.; P-— Int. CI.4 F22B 37/26 F01D 25/32 Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri und Cie#, Baden /Szwajcaria/ ODDZIELACZ WSTEPNY DO PRZEWODÓW, PR0WADZ4CYCH MIESZANINE DWUFAZOWA wynalazek dotyczy oddzielacza wstepnego do przewodów, prowadzacych mieszanine dwu¬ fazowa, zwlaszcza do oddzielania wody z pary roboczej, która jest prowadzona od jednej czesci turbiny przez przewód do drugiej czesci turbiny, do odbiornika lub do upustu ciepla.W instalacjach turbin na pare nasycona, para mokra wychodzaca z czesci wysokocisnie¬ niowej turbiny, przed ponownym wlotem do turbiny niskocisnieniowej jest suszona i na¬ stepnie lekko przegrzewana. To odbywa sie w przegrzewaczach - oddzielaczach wody za pomoca mat z siatki drucianej o oczku od 10 do 150 mm, lub scian z plyt odporowych, jak to jest opisane w "Brown, Boveri Mitteilungen", styczen 1976, tom 63, str. 66 i nastep¬ ne. Niedogodnoscia tego ukladu polaczen jest, ze w przewodzie dolnym, pomiedzy turbina wysokocisnieniowa a elementami oddzielacza wody, strumien pary ma wzglednie wysoka za¬ wartosc wody. To nieuchronnie podwyzsza potencjal erozyjno-korozyjny i straty cisnie¬ nia. Moga takze tworzyc sie progi wodne i miejscowe wysokie stezenie wilgoci, które moga byc oddzielane przez oddzielacz tylko z niewielka sprawnoscia. Oddzielanie wody za pomoca mat z siatki drucianej i scian z plyt odporowych charakteryzuje sie tym, ze je¬ go stopien oddzielania jest zalezny od predkosci strumienia pary, wielkosci kropli i absolutnej wielkosci obróbki mokrej. Jest znane z europejskiego opisu patentowego nr 0 005 225 BI przez wlaczanie wstepne lub powtórne oporów przeplywu albo ze szwajcarskie¬ go opisu patentowego nr 483 864 przez oddzielnie uksztaltowana droge przeplywu, zasila¬ nie, mozliwie jednorodna, pare elementów oddzielacza.Wprawdzie przez te srodki jest mozliwe czesciowo porównywalne zasilanie mokre, jed¬ nakze istnieja pozostajace progi wodne i pasma wody i dlatego nie moze byc zmieniona absolutna wielkosc sredniej wilgoci. W zwiazku z tym jest znane, ze przy okolo 10 % 148 7772 148 777 wilgoci, strata cisnienia w przewodach laczacych, pomiedzy turbina wysokocisnieniowa a oddzielaczem wody, jest okolo 3 razy wieksza niz przy parze suchej. Z europejskiego opi¬ su patentowego nr 0 096 916 A1 jest znane przewidzenie w oddzielaczu wody o wysokiej predkosci, lopatek zmieniajacych kierunek przeplywu, oddzielacza wstepnego wody, który zasadniczo stanowi szczelina przelotowa w scianie czesci kolankowej rury, która jest przykryta przez plyte pokrywowa, wchodzaca w kanal przeplywowy. Wprawdzie osiaga sie dzie¬ ki temu oddzielenie wody, przeplywajacej w poblizu sciany rury, jednakze zredukowanie stezenia wilgoci jest tylko minimalne, poniewaz obejmowana jest, zgodnie z zalozeniem, tylko wody z przeplywu warstwowego.Calem wynalazku jest usuniecie niedogodnosci znanych rozwiazan. Zadaniem lezacym u podstaw wynalazku scharakteryzowanego w zastrzezeniach jest stworzenie oddzielacza wstep¬ nego za pomoca, którego moze byc osiagniety dobry stopien oddzielania wody, a jednoczes¬ nie takze oddzielenie warstwy pary nosnej, sluzacej do oddzielania wody.Oddzielacz wstepny do przewodu prowadzacego mieszanine dwufazowa, zwlaszcza do od¬ dzielania wody z pary roboczej, która jest prowadzona od jednej czesci turbiny przez prze¬ wód do drugiej czesci turbiny, do odbiornika, lub do upustu ciepla, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze przewód ma co najmniej jedna rure wewnetrzna zwezajaca sie w przekroju poprzecznym, a od strony doplywowej, pomiedzy poczatkiem rury wewnetrznej a przewodem jest szczelina pierscieniowa o wielkosci izokinetycznej, która pomiedzy rura wewnetrzna a przewodem jest przedzielona co najmniej jedna rura wewnetrzna na przestrzen posrednia z komorami, a z co najmniej dwóch komór odchodzi przewód, przy czym przewód ten jest umieszczony szczelnie w przewodzie. Korzystnym rozwiazaniem jest, jesli rura wewnetrzna, zwezajaca sie w przekroju poprzecznym, ma postac dyszy Laval'a.W instalacji turbiny na pare nasycona, oddzielacz wstepny Jest umieszczony od stro¬ ny wylotu z turbiny wysokocisnieniowej, a od jego strony wylotowej jest umieszczony co najmniej jeden oddzielacz wody o konstrukcji dowolnego rodzaju, przylaczony do przegrze- wacza pary miedzystopniowej.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad polaczen turbiny na pare nasycona z zabudowanymi oddzielaczami wody, fig. 2 - oddzielacz wstepny z dwoma komorami, fig. 3 - oddzielacz wstepny z dwoma komorami, a fig. 4 - oddzielacz wstepny z trzema komorami. Wszystkie niepotrzebne ele¬ menty dla bezposredniego zrozumienia wynalazku zostaly na rysunku pominiete. Kierunek przeplywu medium jest znaczony strzalkami. Na figurach jednakowe elementy sa zaopatrzo¬ ne w takie same oznaczniki.Fig. 1 pokazuje instalacje turbiny na pare nasycona z oddzielaczami wody, przy czym oddzielacz wstepny 3 wedlug wynalazku jest wlaczony w ten uklad. Para wychodzaca z tur¬ biny wysokocisnieniowej 1 przeplywa najpierw przez umieszczony, bezposrednio z pradem strumienia, oddzielacz wstepny 3, nastepnie przez przedluzenie przewodu 31 do innego oddzielacza wody, tutaj przykladowo oddzielacza o wysokiej predkosci, aby dotrzec przez przewód 8 do przegrzewacza pary miedzystopniowej 5. Oczywiscie oddzielacz wody wraz ze wspomnianym oddzielaczem wstepnym 3, moze skladac sie z szeregu kolejno wlaczonych od¬ dzielaczy wody, dowolnego rodzaju. To zalezy od zadanego stopnia oddzielenia wody, któ¬ ry w celu polepszenia sprawnosci turbiny i w celu zmniejszenia erozji lopatek w turbi¬ nie niskocisnieniowej musi byc z koniecznosci duzy. Poza tym jest widoczne, ze przez zastosowanie oddzielacza wstepnego 3 mozna zrezygnowac z drogich i podatnych na straty cisnienia przegrzewaczy - oddzielaczy wody. Po przeplywie przez przegrzewacz pary miedzy¬ stopniowe j 5 optymalnie sucha para zasila przez przewód 9 turbine niskocisnieniowa 2.Przy tym para ta ma pózniej znaczenie jako optymalnie poddana obróbce wstepnej, gdy ona rozszerza sie w turbinie niskocisnieniowej 2 do zupelnej "konwencjonalnej" wilgotnosci koncowej. W oddzielaczu wstepnym 3 zachodzi rozdzielenie fazowe para robocza /para nosna/ woda. W tym przypadku oddzielona woda przez przewód 37 i oddzielona para nosna przez przewód 36 jest doprowadzona do upustu cisnieniowego 6. Oczywiscie para nosna, oddzielona w oddzielaczu wstepnym 3 moze byc pojedynczo doprowadzona do drugiego upustu148 777 3 cisnieniowego, przykladowo podgrzewacza. Woda, oddzielona w oddzielaczu o wysokiej pred¬ kosci 4 odplywa przewodem 7 do przewodu 36 prowadzacego wode.Za pomoca opisanego ukladu polaczen oddzielacz o wysokiej predkosci, w wyniku zasto¬ sowania wewnetrznych srodków, nie potrzebuje byc nastawiony na wymagana sprawnosc oddzie¬ lania wody 95$. Wysoki stopien oddzielania i wysoka sprawnosc moze byc osiagnieta wielo¬ krotnie przez polaczenie szeregowe szeregu oddzielaczy o wysokiej predkosci 3, prostej budowy, przy dolaczeniu oddzielacza wstepnego 3. Za pomoca tego ukladu jest osiagnieta 1-2% wilgotnosc szczatkowa przed turbina niskocisnieniowa. Dzieki zmniejszeniu strat cisnienia i wilgotnosci szczatkowej przy instalacji 1000 MW wytwarza sie 7,5 MW energii elektrycznej wiecej. Wlaczenie oddzielaczy wody nie musi byc koniecznie równolegle. Na fig. 2 jest przedstawiona postac wykonania oddzielacza wstepnego 3 wedlug wynalazku.Przewód 31 prowadzacy pare ma wspólosiowa rure wewnetrzna 33, która korzystnie postac dy¬ szy Laval*a 33a. Pomiedzy przewodem 31 a otworem wlotowym rury wewnetrznej 33 znajdaje sie szczelina pierscieniowa 32. Nastepnie za szczelina pierscieniowa 32 przewód 31 wcho¬ dzi do przestrzeni posredniej 35, w której jest umieszczona druga, wspólosiowa rura po¬ srednia 34, która od strony przewodu 31 odtwarza w pelni postac przewodu 31. Zatem pow¬ staje pomiedzy przewodem 31 a rura posrednia 34 komora 35b nie zmieniajaca sie w kierun¬ ku przeplywu.Tam gdzie wymagaja tego warunki przeplywu komora 35b jest w kierunku przeplywu roz¬ szerzona przykladowo o 5%» Rura wewnetrzna 34 ma od strony wlotowej przewód 36 a od stro¬ ny odplywowej drugiego przewodu 37 zamkniete dno, przy czym powstaje druga komora 35a, z której odchodzi przewód 36. Zamknieta dnem rura posrednia 34 i szczelnie zamknieta prze¬ strzen pomiedzy przewodem 31 a rura wewnetrzna 33, tworzy komore 35b, która ma przewód wylotowy 37. W przewodzie 31, który wedlug fig. 1 przewodem prowadzacym pare, pomiedzy turbina wysokocisnieniowa 1 a oddzielaczem wstepnym 3, plynie woda, po wiekszej czesci w poblizu sciany przewodu. Ona w szczelinie pierscieniowej 32 oddziela juz istniejacy roz¬ dzial fazowy w strumieniu, przy czym wymiary szczeliny pierscieniowej 32 sa tak dobrane, ze przeplyw przez szczeline pierscieniowa 32 pozostaje izokinetyczny.Dzieki temu, ze rura wewnetrzna 33 ma postac dyszy Laval*a 33a, zmniejsza sie na wlocie do szczeliny pierscieniowej 32 predkosc oddzielanej mieszaniny woda/para nosna.To powoduje, ze w przeplywie warstwowym jest spokojny przeplyw falowy, tak, ze w prze¬ strzeni posredniej 35, przez utworzona szczeline, pomiedzy rura wewnetrzna 33 a rura posrednia 34, moze byc latwo dokonany wewnetrzny rozdzial fazowy tej mieszaniny. Para nosna odplywa przez przewód 36 a woda odplywa przez przewód 37. Figura 3 pokazuje inny oddzielacz wstepny 3. W porównaniu do oddzielacza wstepnego z f^lg. 2 przewód 31 nie za¬ wiera rury posredniej 34. Przestrzen posrednia 35 jest dlatego mniejsza i wlotowa; szcze¬ lina pierscieniowa 32 powoduje wewnetrzny rozdzial fazowy, pomiedzy woda i para nosna, ale nie na podstawie oddzielenia przez umieszczenie dalszej rury wewnetrznej, tworzacej szczeline. Rura wewnetrzna 38, tutaj przewidziana, jest otwarta od strony dna i dzieli przestrzen posrednia 35 Jedynie na dwie, polaczone ze soba komory 35a, 35b. Rura wew¬ netrzna 38 od strony wylotu jest polaczona szczelnie z przewodem 1 do którego jest przy¬ laczony przewód 36. Mieszanina woda/para nosna, rozprezajaca sie w szczelinie pierscie¬ niowej 32 przeplywa przez komore 35a, przy czym po Jej przeplynieciu rozdzial fazowy mieszaniny jest tak szeroki, ze para nosna moze teraz odplywac w kierunku przeciwnym, przez komore 35b do przewodu 36. Woda natomiast odplywa przez przewód 37.Jak przedstawiono na figurze 4, oddzielacz wstepny ma trzy komory 35a, 35b, 35c.Rura wewnetrzna 39 tworzy przedluzenie przewodu 31, az do wylotu odcinka rury wewnetrz¬ nej 33, w postaci dyszy Lavel#a i tam jest zaopatrzone w otwory 41, umieszczone w kierun¬ ku obwodowym. Te otwory 41 sa otoczone druga rura wewnetrzna 40, która spelnia dziala¬ nie sciany odporowej. Jezeli oddzielona mieszanina woda/para nosna wyplywa przez kosore 35a z otworów 41, uderza ona o sciane wewnetrzna rury wewnetrznej 40 z takim efektes, ze rozdzial fazowy przebiega teraz w dalekim stopniu mechanicznie. Podczas gdy woda moze odplywac przez przeplyw 37, to para nosna odplywa przez przewód 36.4 148 777 Dodatkowa zabudowa oddzielacza wstepnego, wedlug wynalazku, w istniejacych instala¬ cjach moze byc prostu urzeczywistniona, gdy czesc przewodu 31 zostanie usunieta, a w tym miejscu umiesci sie zadana odmiane oddzielacza wstepnego. Oddzielacze wstepne sa korzyst¬ nie zabudowane pionowo. PL