06.XI.1964 Wegry Opublikowano: 20. IX. 1968 55840 KI. 17 d, 5/05 MKP F28b ftltiOTEKA $//Q Wspóltwórcy wynalazku: prof. dr nauk techn. Laszló Heller, dr nauk techn. Laszló Forgo, dipl. inz. mech. Arpad Bakay Wlasciciel patentu: Komplex Nagyberendezesek Export-Import Val- lalata, Budapeszt (Wegry) Wymiennik ciepla ogrzewany para Niniejszy wynalazek dotyczy wymienników ciepla ogrzewanych para, zwlaszcza skraplaczy zaopatrzo¬ nych w urzadzenie do odprowadzania nie skrapla¬ jacych sie gazów.Technika energii cieplnej posluguje sie róznymi urzadzeniami, wewnatrz których na skutek wymia¬ ny ciepla nastepuje skraplanie pary. Skroplona pa¬ ra jak równiez znajdujace sie wewnatrz urzadze¬ nia nie skraplajace sie gazy musza byc z niego usuniete w celu zapewnienia ciaglej wymiany ciep¬ la. Bez wzgledu na rodzaj pary uzytej do urucho¬ mienia urzadzenia, gestosc powstalych skroplin sta¬ nowi zawsze wielokrotnosc gestosci pary. Zatem skroplona para gromadzi sie na dnie komór paro¬ wych w taki sposób, ze doprowadzenie jej moze byc dokonane bez zadnych trudnosci. Z drugiej strony gestosc nie skraplajacych sie gazów rózni sie tylko nieznacznie od gestosci na ogól stosowa¬ nych par, wskutek czego gazy takie sa szczególnie trudne do usuniecia z komór parowych bez usu¬ niecia wraz z nimi znacznej ilosci pary.Istnieja dwie przyczyny obecnosci nie skrapla¬ jacych sie gazów w komorze parowej ogrzewanych para grzejna wymienników ciepla czyli skraplaczy.Z jednej strony para grzejna zawiera z reguly ga¬ zy, które nie skraplaja sie w temperaturze istnie¬ jacej w komorach gazowych. Dlatego gazy takie sa wprowadzane wraz z para grzejna. Z drugiej stro¬ ny powietrze moze przenikac do komory parowej przez szczeliny lub wadliwe uszczelnienia, jezeli ko- 25 30 2 mora ta jest pod cisnieniem mniejszym od cisnienia atmosferycznego, na przyklad pod próznia. Bez wzgledu jednak na pochodzenie nie skraplajacych sie gazów, które znajduja sie w ogrzewanych para wymiennikach ciepla, musza one byc usuniete 7 nich i odprowadzone czy to przez odprowadze¬ nie (wydmuchanie) do otaczajacej atmosfery za pomoca urzadzenia pracujacego pod cisnieniem wiekszym od atmosferycznego, lub tez za pomoca odpowiednich pomp w przypadku urzadzenia pra¬ cujacego pod próznia.W praktyce jednak odprowadzenie gazów nie skraplajacych sie z komór parowych napotyka na znaczne trudnosci, poniewaz z uwagi na mala róz¬ nice pomiedzy gestoscia gazów i gestoscia pary grzejnej, miejsce gromadzenia sie tych gazów nie moze byc z góry ustalone z odpowiednia doklad¬ noscia. Proponowano zastosowanie szczególnie sil¬ nego chlodzenia w jednym lub kilku wlasciwie wydzielonych odcinkach komory parowej w róz¬ nych jej czesciach w celu zwiekszenia cisnienia czastkowego komory i umieszczenia w kazdej z tych czesci kanalu sluzacego do odprowadzania nie skra¬ plajacych sie gazów.System ten, który jest dosyc szeroko stosowany w technice kondensacji pary, nie jest jednak cal¬ kowicie zadowalajacy. Mianowicie zdarza sie czesto i to z przyczyn jeszcze nie calkiem znanych, ze w komorze parowej powstaje przeplyw, który po¬ woduje, ze nie skraplajace sie gazy przenoszone sa 5584055840 3 4 do innych miejsc anizeli te, w których sa na pod¬ stawie wstepnego wyliczenia umieszczone kanaly odprowadzajace, wskutek czego gazy nie zostaja calkowicie odprowadzone, zas praca skraplacza jest czesciowo oslabiona zmniejszeniem sie wymiany ciepla.Glównym celem wynalazku jest dokladne usta¬ lenie, gdzie powinno nastapic niezawodne odpro¬ wadzenie nie skraplajacych sie gazów. Wedlug wy¬ nalazku odcinek kondensacyjny komory parowej jest podzielony za pomoca ulozonych obok siebie przegród tworzacych kanaly gazowe, których jedno zakonczenie jest otwarte ku górze w celu przyje¬ cia skraplanej pary, natomiast drugie zakonczenie jest zamkMelEs"w*'ceT4 zapobiezenia przeplywowi pary, przy czym kazdy*z kanalów parowych posia¬ da przejscie do odprowadzania gazów, umieszczo¬ ne blisko ich zani^ni^tych konców, którego wylot jest walfii w .stpsjunfc* cj) przekroju odpowiadaja¬ cego rrltl kanalu parowego. Zakonczenia kanalów parowych sa zamkniete dla przeplywu pary i do kazdego kanalu moze przenikac tylko tyle pary, ile moze sie w nim skroplic.Przy powierzchniowych wymiennikach ciepla wzglednie skraplaczach ilosc pary zalezy od ilosci rur chlodzacych, które przechodza przez poszcze¬ gólne kanaly oraz od ilosci i temperatury wody chlodzacej, która przez nie przeplywa. Natomiast w skraplaczach bezprzeponowych ilosc pary, która moze byc skroplona w poszczególnych kanalach za¬ lezy od ilosci i temperatury wody chlodzacej wpro¬ wadzanej do kanalów. Zgodnie z tym stosunek miedzy przekrojem otworu wlotowego poszczegól¬ nych kanalów parowych a iloscia wprowadzanej do nich wody chlodzacej powinien byc równy stosun¬ kowi pomiedzy suma przekrojów otworów wlo¬ towych wszystkich kanalów parowych a ogólna iloscia wody chlodzacej doprowadzanej do skrap¬ lacza. Dzieki temu taka sama szybkosc przeplywu wlotowego pary w kazdym kanale uzyskiwana jest niezaleznie od zaklócen, które sa nieuniknione w króccach wlotowych skraplaczy bezprzepono¬ wych.Gdy w kanalach nastepuje skraplanie pary wów¬ czas zmniejsza sie szybkosc przeplywu. Zgodnie z tym kanaly parowe moga posiadac przekrój, któ¬ ry zmniejsza sie od ich otwartych konców do zam¬ knietych. Przy zamknietych koncach kanalów pa¬ rowych moze byc doprowadzana woda chlodzaca, zas mieszanka pary i gazu, coraz bardziej wzbo¬ gacana nie skraplajacymi sie gazami, moze byc poprowadzona w przeciwpradzie z woda chlodzaca w kierunku wymienionych przewodów odprowadza¬ jacych gaz, które moga byc polaczone za po¬ moca jednej lub kilku rur gazowych ze wspólnym króccem wylotowym oraz pompa prózniowa.Korzystne jest, aby nie skraplajace sie gazy byly odprowadzane równomiernie z grupy kanalów pa¬ rowych, w którym to celu przekrój rur odprowa¬ dzajacych gaz jest znacznie wiekszy od przekroju kanalów odprowadzajacych gaz, wskutek czego ich opór przeplywu jest wiekszy w stosunku do oporu przeplywu w rurach gazowych.Skroplona para zmieszana z woda chlodzaca gro¬ madzi sie na dnie kanalów parowych, skad powin¬ na byc odprowadzona. W tym celu sciany ogra¬ niczajace kanalów nie powinny zapobiegac prze¬ plywowi wody w kierunku przejsc wylotowych.Dwa przyklady niniejszego wynalazku sa' objas- 5 nione na zalaczonych rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przyklad wynalazku w rzucie perspek¬ tywicznym i czesciowo w przekroju, fig. 2 — pod¬ luzny przekrój detalu na fig. 1 w wiekszej skali, a fig. 3 — drugi przyklad wynalazku w rzucie per¬ spektywicznym, czesciowo w przekroju.Fig. 1 przedstawia skraplacz bezprzeponowy, który jest stosowany przy turbinach parowych.W takich skraplaczach para z turbin parowych jest skraplana wskutek bezposredniego zetkniecia sie z woda chlodzaca, w rezultacie czego tworza sie skropliny (kondensat). Na fig. 1 para odlotowa (zuzyta) z turbiny przechodzi pionowo w dól, tak jak to wskazuja strzalki 1 do komory rozdzielczej 2, która stanowi czesc komory parowej skraplacza.Woda chlodzaca jest wprowadzana przez przewody 3, których boki sa zaopatrzone w dysze rozpyla¬ jace 4. Przez dysze rozpylajace 4 przedostaja sie do skraplacza odpowiednio rozpylone strumienie wo¬ dy. Wchodzaca odlotowa para miesza sie z rozpy¬ lona woda i skrapla, podczas gdy mieszanka skrop- plonej pary i wody chlodzacej splywa w dól na dno skraplacza.W przedstawionym przykladzie wynalazku, skra¬ plajaca sie para jest rozgaleziona za pomoca kaz¬ dego przewodu 3 i nastepnie rozdzielona na ka¬ naly 6, 7, 8 i 9, ograniczone z jednej strony obu¬ dowa skraplacza 10, a z drugiej strony przewoda¬ mi wodnymi 3 oraz przegroda 11, rozwidlona z kolei wskutek czego tworzy pare skosnych plyt 12 i zweza przy tym kanaly 7 i 8 w kierunku prze¬ plywu pary oznaczonego strzalka 1. Kanaly 6 i 9 sa w podobny sposób zwezone przez skosnie u- mieszczone plyty 13. Skraplacz, który jest podzielo¬ ny wzdluz na kilka kanalów 6, 7, 8, 9 za pomoca wymienionych przewodów wodnych 3 oraz prze¬ grody 11, obejmuje równiez przegrody poprzeczne 14, które wraz z poprzednimi kanalami dzielacymi stanowia ogólny przekrój skraplacza. Jednakze szybkosc przeplywu pary wplywajacej do skrapla¬ cza w kierunku strzalki 1 nie jest równomierna, o ile chodzi o cala przestrzen przekroju, a to czes¬ ciowo z tej przyczyny; ze szybkosc wylotowa pary nie jest juz równomierna na ostatniej wypuklosci lopatek turbiny. Z drugiej strgny pojawiaja sie za¬ klócenia w przewodzie rurowym, laczacym turbi¬ ne ze skraplaczem, w którym ostre zmiany kierun¬ kowe sa nieuniknione. Tak wiec, jesli poza po¬ dzialem komory parowej skraplacza w sposób wyzej opisany nie zostalyby wprowadzone dalsze ulepszenia, wówczas poszczególne kanaly otrzy¬ mywalyby rózne ilosci pary niezaleznie od ilosci wody zawartej w strumieniach wprowadzanej wo¬ dy, a zatem niezaleznie od ilosci pary, która mo¬ ze byc skroplona w poszczególnych kanalach. Jest rzecza zrozumiala, ze niektóre kanaly moga przyj¬ mowac wiecej pary anizeli mozna jej skroplic za pomoca rozpylonej wody. Taka para zwrócona na dno skraplacza mialaby tendencje do wyplyniecia z dolu do tych kanalów, do których przechodzi mniej pary z góry i wskutek tego znajduje sie 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6055840 5 6 w nich wiecej wody chlodzacej,'anizeli jest to potrzebne do skroplenia znajdujacej sie tam pary.Wskutek takiego, nie dajacego sie dokladnie wyli¬ czyc przeplywu, istniejace w skraplaczu nie skraplajace sie gazy zostalyby przeniesione do miej¬ sc, których ze wzgledu na wspomniane juz wat¬ pliwosci, nie mozna z góry okreslic.W celu usuniecia powyzszych niedogodnosci ka¬ naly 6, 7, 8, 9 moga byc tak rozmieszczone, ze swy¬ mi dolnymi koncami nie kontaktuja sie z para.W tym celu poziom wody 15 w komorze parowej jest utrzymywany za pomoca zatamowania mie¬ szanki kondensatu pary i wody chlodzacej przed jej wyplynieciem. Dlatego wypompowanie wody ze skraplacza jest regulowane w taki sposób, aby utrzymac staly poziom wody 15. Z drugiej strony sciany 12, 13, 14 kanalów 6, 7, 8, 9 zanurzaja sie ponizej poziomu wody 15, jak to przedstawiono na fig. 1. Plyty 16 przymocowane do dna przewodów wodnych 3 sluza do oddzielenia od siebie komór parowych 6, 7, 8 i 9. Siegaja one równiez ponizej poziomu wody 15. Mieszanka kondensatu (skrop- lin) pary i wody chlodzacej gromadzi sie w komo¬ rze 17 na dnie skraplacza. Jest oczywiste, ze plyty 12, 13, 14 i 16 nie moga siegac az do dna skrapla¬ cza, gdyz wówczas woda nie moglaby przeplywac w kierunku strzalki 18. Kazdy z umieszczonych obok siebie kanalów parowych, zamknietych na swoich zakonczeniach ze wzgledu na przeplyw pary, otrzymuje taka ilosc pary, jaka bedzie w sta¬ nie sie w nim skroplic w zaleznosci od ilosci wpro¬ wadzanej wody chlodzacej. Wskutek tego nastapi wyrównanie róznic w szybkosciach pary, które sa zawsze inne przy wlocie do przestrzeni skraplacza.Nalezy miec na uwadze mozliwosc usuniecia, nie skraplajacych sie gazów z poszczególnych kanalów parowych 6, 7, 8 i 9. W konkretnym przypadku uzyskuje sie to za pomoca kanalów gazowych 19 do odprowadzania gazów, z których kazdy jest zwiazany z poszczególnym kanalem 6, 7, 8 i 9 i po¬ laczony wspólnym przewodem 20 do pompowania gazów (fig. 2). Podczas pracy przewody wodne 3 sa stale napelnione woda chlodzaca, wskutek cze¬ go poprzez dysze rozpylajace 21, rozmieszczone w ich scianach, woda jest wtryskiwana do komór 22 i 23, które to komory znajduja sie na koncach kanalów parowych 6, 7, 8 i 9 i sa czesciowo od sie¬ bie oddzielone korytkiem 24. Stad mieszanka spada na korytko 25, a z niego na dno 17 zbiornika wody w skraplaczu. Jak widac komory 22 i 23 kanalów parowych 6, 7, 8 i 9, w których gromadza sie nie skraplajace sie gazy, sa wystawione na dzialanie szczególnie silnego chlodzenia, wskutek czego od¬ bywa sie w nich gruntowne oddzielenie pary i ga¬ zów. Kanaly gazowe 20 przebiegaja wzdluz calego skraplacza oraz przewodów wodnych 3 i sa po¬ przez sciane skraplacza polaczone z pompa po¬ wietrzna, nie przedstawiona na rysunku. W opisy¬ wanym przykladzie wynalazku wystepuje jedna para takich kanalów gazowych 20, którymi od¬ prowadzany jest gaz. Ilosc kanalów gazowych moze jednak byc wieksza lub mniejsza w zaleznosci od potrzeby.Opisany powyzej uklad umozliwia niezawodne dzialanie, w czasie którego gazy znajdujace sie w komorach 22 i 23 oddzielaja sie z innych odcinków (czesci) skraplacza, przy czym gazy te nie moga juz ponownie zmieszac sie z para. Mozliwosc zmieszania pary i gazu, która moze zaistniec w ka- 5 nalach 6, 7, 8 i 9 nie ma zadnego znaczenia tam, gdzie cisnienie czastkowe pary jest wysokie, a cis¬ nienie gazów niskie. Jednakze sytuacja w komo¬ rach 22 i 23 jest odwrotna i dlatego nie wolno do¬ puscic, aby mieszanka pary i gazów przeplywala z powrotem do kanalów parowych 6, 7, 8, i 9. Ta¬ kiemu przeplywowi powrotnemu zapobiegaja ko¬ rytka 24 i 25 z wolnymi otworami spustowymi 26 i 27 do przeplywu w góre pary i gazów. Korzystnie jest, aby stosunek otworów spustowych 26 i 27 do przekroju kanalów parowych 6, 7, 8 i 9 wynosil najwyzej 1/10 przez co zapobiega sie w niezawodny sposób przeplywowi powrotnemu gazów z komór do kanalów parowych.Poniewaz kazdy z kanalów parowych 6, 7, 8 i 9 wymaga co najmniej jednego przewodu 19 do od¬ prowadzania gazów, jest zrozumiale, ze trzeba za¬ stosowac wieksza ilosc takich przewodów. Korzy¬ stnie jest, aby przekrój kanalów 20 do odprowa¬ dzania gazów byl co najmniej dwa razy wiekszy od ogólnej sumy przekrojów wszystkich odprowa¬ dzajacych gazy przewodów 19, dzieki czemu uzy¬ skuje sie równomierne usuwanie nie skraplajacych sie gazów.Opisany powyzej uklad do usuwania gazów jest samoregulujacy. Mianowicie, gdy ilosc powietrza przeplywajacego przez jeden z odprowadzajacych gazy kanalów 20 jest mniejsza niz w pozostalych, to zmniejsza sie opór przeciwko przeplywowi po¬ wietrza w pierwszym wymienionym kanale 20 do odprowadzania gazów przy przewodzie 19 do od¬ prowadzania lub wpuszczania gazów i wskutek tego ilosc odprowadzanych gazów zwieksza sie automatycznie. Z drugiej strony, gdy przez jeden z odprowadzajacych gazy przewodów 19 uchodzi wiecej gazów anizeli zebralo sie ich w komorach 22 i 23, to razem z gazami uchodzi takze znacz¬ na ilosc pary. Taki zwiekszony przeplyw zwieksza jednak opór przeciwko przeplywowi w waskim przewodzie wlotowym 19 i wskutek tego zmniej¬ sza sie szybkosc przeplywu. W ten sposób mozliwe jest zastosowanie jednej wspólnej pompy próznio¬ wej do obsluzenia wszystkich odprowadzajacych gazy kanalów 20.Fig. 3 przedstawia wymiennik ciepla wedlug wynalazku w formie skraplacza powierzchniowego uzywanego równiez przy turbinach parowych. Pa¬ ra odlotowa uchodzaca z turbiny parowej, nie przedstawionej na rysunku, wchodzi do komory rozdzielczej 2, która znajduje sie w górnej czesci skraplacza, w kierunku strzalek 1. Woda chlodzaca potrzebna do skroplenia pary przeplywa przez przewody rurowe 28, przy czym para skrapla sie takze na ich zewnetrznej powierzchni. Komora, w której znajduja sie rurowe przewody 28 na wode chlodzaca jest podzielona z jednej strony podluzna przegroda 11, a z drugiej strony prze¬ grodami poprzecznymi 14, tworzac ulozone obok siebie kanaly 31 i 32. Wszystkie przegrody siega¬ ja w dolnej czesci komory rozdzielczej 2 ponizej poziomu wody 15 utrzymywanej na dnie skrapla¬ li 20 25 30 35 40 45 50 55 6055840 7 8 cza. Zebrana tutaj woda uchodzi przez króciec wylotowy w kierunku strzalki 18. Jak przedsta¬ wiono na rysunku kanaly parowe 31 i 32 sa rów¬ niez otwarte góra. Przegrody 29 umieszczone blisko zamknietych konców kanalów parowych 31 i 32 ograniczaja komory 30 oddzielone od innych czes¬ ci kanalów, przez które przechodza takze przewody rurowe 28 dla wody chlodzacej. Sa to czesci skrap¬ lacza, w których gromadza sie nie skraplajace sie gazy. Sa one poprzez przewody 19 sluzace do wpuszczania i odprowadzania gazów polaczone z kanalami odprowadzajacymi 20, które ciagna sie przez cala dlugosc skraplacza, tak jak to mialo miejsce w opisanym uprzednio przykladzie.Powyzej opisany zostal skraplacz bezprzeponowy oraz skraplacz powierzchniowy, z których mozna w niezawodny sposób odprowadzic nie skraplajace sie gazy. Jest rzecza oczywista, ze w podobny spo¬ sób moze byc zbudowany kazdy inny typ ogrze¬ wanego para wymiennika ciepla. PL