RU2253796C2

RU2253796C2 - Centrifugal separator

Info

Publication number: RU2253796C2
Application number: RU2003117774/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Блинков (RU); В.Н. Блинков; Б.И. Нигматулин (RU); Б.И. Нигматулин; А.Г. Агеев (RU); А.Г. Агеев; Р.В. Васильева (RU); Р.В. Васильева; В.И. Белов (RU); В.И. Белов; Н.Б. Трунов (RU); Н.Б. Трунов
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-06-10

Abstract

FIELD: steam generation.

SUBSTANCE: centrifugal separator comprises outer housing, top and bottom inner housings, central pipe with inserts provided with swirlers, discharging device, device for preventing capturing, and branch pipes for discharging steam from the device for preventing capturing to the central pipe. Humidity of steam at the outlet from the separator and pressure loss in the separator decrease by providing the central pipe in the top and bottom housings with inserts of diameters greater than that of the central pipe and making the openings upstream of the swirler mounted in the top inner housing. The swirlers are arranged on the outer sides of the inserts. The diameter of the insert in the top inner housing is less than that of the insert in the top inner housing. The top face of the central pipe is plugged.

EFFECT: enhanced efficiency of separation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения пароводяной смеси на пар и воду и может быть использовано в конструкциях сепарационных устройств парогенерирующего оборудования АЭС.The invention relates to devices for separating a steam-water mixture into steam and water and can be used in the design of separation devices for steam generating equipment of nuclear power plants.

Известна конструкция центробежного сепаратора, содержащая внешний корпус, внутренний корпус, завихритель, вихревую трубу, канал первичного отвода отсепарированной воды, устройство с лопатками для ликвидации вращения потока, канал вторичного отвода отсепарированной воды, сепарационные лопатки вторичного отвода отсепарированной воды, предосушитель и кольцевую диафрагму на сливе воды (см., например, Patent West Germany, №1526968, 13 d 26, опубл. 1971 г.).A known design of a centrifugal separator containing an outer casing, an inner casing, a swirl tube, a vortex tube, a channel for the primary discharge of separated water, a device with blades for eliminating the rotation of the stream, a channel for the secondary drain of the separated water, separation blades for the secondary drain of the separated water, a pre-dryer and an annular orifice on the drain water (see, for example, Patent West Germany, No. 1526968, 13 d 26, publ. 1971).

К недостаткам описанной конструкции следует отнести то, что оптимальные показатели по захвату пара и влажности пара обеспечиваются только при номинальном паросодержании на входе в сепаратор при большом гидравлическом сопротивлении сепаратора. Влажность пара при этом составляет 5-6%, что превышает нормированное значение влажности 0,1-0,2%. Осушка пара до требуемой влажности 0,1-0,2% производится в специальных вторичных осушителях пара. Такая двухступенчатая схема сепарации приводит к трудностям при компоновке и увеличивает вертикальный размер сепарационного блока в целом до 5 м. Применение двухступенчатой схемы сепарации объясняется сложностью одновременного обеспечения нормируемых показателей по влажности пара и захвата пара циркулирующей водой.The disadvantages of the described construction should include the fact that the optimal parameters for the capture of steam and steam humidity are provided only with a nominal steam content at the inlet of the separator with a high hydraulic resistance of the separator. The steam humidity in this case is 5-6%, which exceeds the normalized humidity value of 0.1-0.2%. Steam is dried to the required moisture content of 0.1-0.2% in special secondary steam dehumidifiers. Such a two-stage separation scheme leads to difficulties in layout and increases the vertical size of the separation unit as a whole to 5 m. The use of a two-stage separation scheme is explained by the difficulty of simultaneously providing normalized parameters for steam humidity and trapping of steam by circulating water.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является конструкция центробежного сепаратора, содержащая внешний корпус с размещенным внутри него нижним корпусом с подъемной трубой и верхним корпусом с перфорацией в верхней части верхнего корпуса, отводящее устройство между верхним и нижним внутренними корпусами, центральную трубу с завихрителями, открытую в верхней части, завихрители размещены два внутри верхнего и один внутри нижнего внутренних корпусов, противозахватное устройство с лопаточным аппаратом и перфорацией в нижней части корпуса противозахватного устройства, патрубки для отвода пара, отсепарированного в противозахватном устройстве и дренажное отверстие во внешнем корпусе для отвода отсепарированной воды из нижней части внутреннего корпуса (см., например, А.Г.Агеев, В.Б.Карасев, И.Т.Серов, В.Ф.Титов. Сепарационные устройства АЭС, Энергоиздат, 1982 г.).The closest to the proposed technical solution in terms of technical nature and the effect achieved is the design of a centrifugal separator, comprising an outer casing with a lower casing located inside it with a lifting tube and an upper casing with perforation in the upper part of the upper casing, a diverting device between the upper and lower inner cages, the central a pipe with swirls open in the upper part, swirls are placed two inside the upper and one inside the lower inner cases, anti-gripping device an arrangement with a spatula and perforation in the lower part of the body of the anti-seizing device, nozzles for removing steam separated in the anti-seizing device and a drainage hole in the outer case for discharging the separated water from the lower part of the inner case (see, for example, A.G. Ageev, V .B. Karasev, I.T.Serov, V.F. Titov. Separation devices of nuclear power plants, Energoizdat, 1982).

К недостаткам описанной конструкции следует отнести то, что влажный пар после противозахватного устройства подается в центральную трубу и по ней на выход сепаратора, где смешивается с основным потоком пара, отсепарированном на лопаточных завихрителях, и увеличивает его влажность, а также большое гидравлическое сопротивление сепаратора за счет использования трех завихрителей, установленных непосредственно на центральной трубе.The disadvantages of the described construction include the fact that the wet steam after the anti-gripping device is fed into the central pipe and through it to the separator outlet, where it is mixed with the main steam stream separated on the blade swirlers and increases its moisture content, as well as the high hydraulic resistance of the separator due to use of three swirls mounted directly on the central tube.

Задачей предлагаемого технического решения является создание сепарационного устройства, обеспечивающего снижение влажности пара на выходе из сепаратора при обеспечении нормированной величины захвата пара в опуск и снижение гидравлического сопротивления сепаратора с целью повышения интенсивности циркуляции в теплообменных поверхностях для обеспечения их надежной и безаварийной работы, создание на основе предлагаемой конструкции сепаратора компактных и надежных в эксплуатации сепарационных блоков для парогенерирующего оборудования АЭС.The objective of the proposed technical solution is to create a separation device that provides a reduction in steam humidity at the outlet of the separator while providing a normalized amount of steam capture in the lowering and a decrease in the hydraulic resistance of the separator in order to increase the circulation intensity in heat exchange surfaces to ensure their reliable and trouble-free operation, based on the proposed design of a separator for compact and reliable separation units for steam generating equipment Nia NPP.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в центробежном сепараторе, содержащем внешний корпус с размещенным внутри него нижним корпусом с подъемной трубой и верхним корпусом с перфорацией в верхней части верхнего корпуса, отводящее устройство между верхним и нижним внутренними корпусами, центральную трубу с завихрителями, размещенными внутри верхнего и нижнего внутренних корпусов, противозахватное устройство с лопаточным аппаратом, патрубки для отвода пара, отсепарированного в противозахватном устройстве, и дренажные отверстия во внешнем корпусе для отвода отсепарированной воды из верхнего внутреннего корпуса, центральная труба в верхнем и нижнем внутренних корпусах снабжена вставками с диаметрами больше диаметра центральной трубы и выполнена с отверстиями, размещенными перед завихрителем, расположенным в верхнем внутреннем корпусе, а завихрители размещены на внешних поверхностях вставок, при этом вставка в верхнем внутреннем корпусе выполнена с диаметром большим, чем диаметр вставки в нижнем внутреннем корпусе, а верхний торец центральной трубы выполнен заглушенным.The problem is solved due to the fact that in a centrifugal separator containing an outer casing with a lower casing located inside it with a lifting tube and an upper casing with perforation in the upper part of the upper casing, a diverting device between the upper and lower inner casing, the central pipe with swirls placed inside upper and lower inner casings, anti-gripping device with a spatula, branch pipes for the removal of steam separated in the anti-gripping device, and drainage openings in the outer casing to drain the separated water from the upper inner casing, the central pipe in the upper and lower inner casing is equipped with inserts with diameters larger than the diameter of the central pipe and is made with holes located in front of the swirler located in the upper inner casing, and the swirls are placed on the outer surfaces inserts, while the insert in the upper inner casing is made with a diameter larger than the diameter of the insert in the lower inner casing, and the upper end of the central pipe is made en muted.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен центробежный сепаратор.The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a centrifugal separator.

Центробежный сепаратор содержит внешний корпус 1, внутри которого размещен нижний корпус 2, соединенный с подъемной трубой 3, и верхний корпус 4 с перфорацией 5 в верхней части корпуса 4. Между внутренними нижним корпусом 2 и верхним корпусом 4 расположено отводящее устройство 6. Внутри верхнего корпуса 4 и нижнего корпуса 2 размещена центральная труба 7 со вставками 8, 9, размещенными на внешней поверхности трубы 7 соответственно в верхнем 4 и нижнем 2 корпусах, на вставках размещены завихрители 10,11. Диаметры вставок 8, 9 больше диаметра центральной трубы 7, а наружный диаметр вставки 8 больше наружного диаметра вставки 9. В кольцевом канале между внешним корпусом 1 и нижним внутренним корпусом 2 установлено противозахватное устройство 12 с лопаточным аппаратом 13 и перфорацией 14 в нижней части корпуса 15 противозахватного устройства 12. Нижний внутренний корпус 2 соединяется с центральной трубой 7 с помощью патрубков 16 для отвода пара, отсепарированного в противозахватном устройстве 12. Во внешнем корпусе 1 имеются дренажные отверстия 17 для отвода отсепарированной воды из верхнего внутреннего корпуса 4. Центральная труба 7 выполнена с отверстиями 18, размещенными перед завихрителем 10, расположенным в верхнем внутреннем корпусе 4. Верхний торец центральной трубы 7 выполнен заглушенным.The centrifugal separator comprises an outer casing 1, inside of which there is a lower casing 2 connected to the lifting pipe 3, and an upper casing 4 with perforations 5 in the upper part of the casing 4. Between the inner lower casing 2 and the upper casing 4, a discharge device 6. is located inside the upper casing 4 and the lower case 2, the central pipe 7 is placed with inserts 8, 9 located on the outer surface of the pipe 7 in the upper 4 and lower 2 cases, respectively, swirls 10,11 are placed on the inserts. The diameters of the inserts 8, 9 are larger than the diameter of the central pipe 7, and the outer diameter of the insert 8 is larger than the outer diameter of the insert 9. In the annular channel between the outer casing 1 and the lower inner casing 2, an anti-gripping device 12 with a blade apparatus 13 and a perforation 14 in the lower part of the casing 15 is installed anti-capture device 12. The lower inner housing 2 is connected to the Central pipe 7 using pipes 16 for the removal of steam, separated in the anti-gripping device 12. In the outer housing 1 has drainage holes 17 for about separating water from the upper inner casing 4. The central pipe 7 is made with holes 18 located in front of the swirler 10 located in the upper inner casing 4. The upper end of the central pipe 7 is muffled.

Центробежный сепаратор работает следующим образом. Пароводяная смесь подводится через подъемную трубу 3 с нижнего торца сепаратора и закручивается на первом по ходу потока завихрителе 11 в нижнем корпусе 2. При этом диаметр подъемной трубы 3 может быть выполнен с диаметром, меньшим диаметра нижнего внутреннего корпуса 2, при определенном значении величины запаса воды в межсепараторном объеме. С помощью завихрителя 11 происходит основное разделение пароводяной смеси с большой плотностью. Проходное сечение для потока смеси в завихрителе 11 создается зазором между корпусом 2 и наружной поверхностью вставки 9, выполненной с диаметром больше, чем диаметр центральной трубы 7 и меньше, чем диаметр вставки 8. Такое выполнение вставок уменьшает гидравлическое сопротивление завихрителя 11. Гидравлическое сопротивление завихрителя 10 с большим наружным диаметром вставки 8 меньше по сравнению с гидравлическим сопротивлением завихрителя 11, так как в нем происходит разделение пароводяной смеси с плотностью потока существенно меньшей по сравнению с плотностью потока в завихрителе 11. В нижнем корпусе 2 до отводящего устройства 6 под действием поля центробежных сил происходит разделение потока на пристенный слой воды и центральный шнур пара, который поступает на следующий завихритель 10 в верхнем корпусе 4. Вода с некоторым количеством захваченного пара отводится с помощью отводящего устройства 6 в нижнюю часть кольцевого зазора между корпусами 1 и 2. Далее поток воды закручивается на лопаточном аппарате 13 противозахватного устройства 12, в результате чего захваченный пар выделяется и отводится в кольцевой зазор между нижним корпусом 2 и корпусом 15 противозахватного устройства 12 через нижний торец этого кольцевого зазора и перфорацию 14 нижней части корпуса 15 противозахватного устройства 12. Из кольцевого зазора пар поступает через патрубки 16 в центральную трубу 7. Так как верхний торец центральной трубы заглушен, через отверстия 18, расположенные перед завихрителем 10, влажный пар попадает в основной поток пара после завихрителя 11, расположенного в нижнем корпусе 2, смешивается с ним и весь пар окончательно досушивается, закручиваясь на завихрителе 10, разделяется на пар и воду в верхней части корпуса 4 и выводится из сепаратора. Выделившаяся при этом вода через отверстия перфорации 5 верхней части верхнего корпуса 4 стекает по кольцевому зазору между внешним 1 и верхним 4 корпусами к дренажным отверстиям 17 во внешнем корпусе 1, через которые отводится из сепаратора. Вода, выделившаяся в противозахватном устройстве 12, отводится из сепаратора по кольцевому зазору между внешним корпусом 1 и корпусом 2.Centrifugal separator operates as follows. The steam-water mixture is fed through the riser pipe 3 from the lower end of the separator and is twisted on the first swirl 11 in the lower housing 2. The diameter of the riser pipe 3 can be made with a diameter smaller than the diameter of the lower inner case 2 at a certain value of the water supply in the inter-separator volume. Using swirler 11 is the main separation of the steam-water mixture with high density. The cross section for the flow of the mixture in the swirl 11 is created by the gap between the body 2 and the outer surface of the insert 9, made with a diameter larger than the diameter of the central pipe 7 and smaller than the diameter of the insert 8. This embodiment of the inserts reduces the hydraulic resistance of the swirler 11. The hydraulic resistance of the swirler 10 with a large outer diameter of the insert 8 is smaller in comparison with the hydraulic resistance of the swirler 11, since it separates the steam-water mixture with a flux density substantially lower than compared with the flux density in the swirl 11. In the lower casing 2 to the discharge device 6, under the action of the centrifugal force field, the flow is divided into a wall layer of water and a central steam cord, which enters the next swirl 10 in the upper casing 4. Water with a certain amount of trapped steam is diverted using a discharge device 6 to the lower part of the annular gap between the housings 1 and 2. Next, the water flow is twisted on the blade apparatus 13 of the anti-capture device 12, as a result of which the trapped steam is divided and discharged into the annular gap between the lower housing 2 and the housing 15 of the anti-seizing device 12 through the lower end of this annular gap and the perforation 14 of the lower part of the housing 15 of the anti-seizing device 12. From the annular gap, steam flows through the nozzles 16 into the central pipe 7. Since the upper end the central pipe is plugged, through the holes 18 located in front of the swirl 10, the wet steam enters the main steam stream after the swirl 11 located in the lower casing 2, mixes with it and the whole steam is finally reached sewn, twisting on a swirl 10, is divided into steam and water in the upper part of the housing 4 and is removed from the separator. The water released in this case through the perforation holes 5 of the upper part of the upper housing 4 flows along the annular gap between the external 1 and the upper 4 buildings to the drainage holes 17 in the external housing 1, through which it is discharged from the separator. The water released in the anti-seizing device 12 is discharged from the separator along the annular gap between the outer casing 1 and the casing 2.

В предложенной конструкции сепаратора снижение влажности достигается за счет досушки всего потока пара, в том числе и подаваемого из противозахватного устройства 12 через отверстия 18 на центральной трубе 7 перед завихрителем 10 в верхнем корпусе 4. Снижению влажности пара способствует также большой диаметр вставки 8, на которой крепится завихритель 10, что увеличивает центробежный эффект в завихрителе 10, за счет чего улучшается сепарация пароводяного потока в верхнем корпусе 4. Использование вставок различного диаметра позволяет оптимизировать величину гидравлического сопротивления сепаратора.In the proposed design of the separator, a decrease in humidity is achieved by drying the entire steam stream, including that supplied from the anti-capture device 12 through the openings 18 on the central pipe 7 in front of the swirler 10 in the upper casing 4. The large diameter of the insert 8 also contributes to the reduction of humidity of the vapor, on which swirler 10 is attached, which increases the centrifugal effect in swirler 10, thereby improving the separation of the steam-water flow in the upper housing 4. The use of inserts of different diameters allows optimizing Vat resistance value of the hydraulic separator.

Гидравлическое сопротивление завихрителя 11 может достигать существенных величин за счет большой плотности потока. Уменьшение гидравлического сопротивления достигается снижением скорости смеси при увеличении проходного сечения завихрителя за счет уменьшения диаметра вставки. Увеличение диаметра вставки 8 завихрителя 10 увеличивает сопротивление сепаратора не столь существенно, так как этот завихритель предназначен для разделения пароводяной смеси меньшей плотности, из которой уже удалена существенная часть влаги при сепарации в нижнем внутреннем корпусе 2. Выбор соответствующих величин диаметров вставок 8 и 9 позволяет уменьшить величину гидравлического сопротивления сепаратора в целом без ухудшения его характеристик по значению влажности отсепарированного пара и значению величины захвата пара отсепарированной водой. Уменьшение гидравлического сопротивления сепаратора обеспечивает повышение интенсивности циркуляции в теплообменных поверхностях парогенераторов, что способствует обеспечению их надежной и безаварийной работы. Предлагаемое техническое решение позволяет существенно снизить высоту центробежного сепаратора (до двух метров), что дает возможность создать на основе предлагаемой конструкции центробежного сепаратора компактные и надежные в эксплуатации сепарационные блоки парогенерирующего оборудования АЭС.The hydraulic resistance of the swirl 11 can reach significant values due to the high flux density. A decrease in hydraulic resistance is achieved by reducing the speed of the mixture with an increase in the flow cross section of the swirl due to a decrease in the diameter of the insert. Increasing the diameter of the insert 8 of the swirl 10 increases the resistance of the separator is not so significant, since this swirl is designed to separate the steam-water mixture of lower density, from which a significant part of the moisture has already been removed during separation in the lower inner casing 2. The choice of the corresponding diameters of the inserts 8 and 9 allows to reduce the hydraulic resistance of the separator as a whole without deterioration of its characteristics in terms of the moisture content of the separated steam and the value of the capture value of the steam separator ovannoy water. Reducing the hydraulic resistance of the separator provides an increase in the intensity of circulation in the heat exchange surfaces of the steam generators, which helps to ensure their reliable and trouble-free operation. The proposed technical solution can significantly reduce the height of the centrifugal separator (up to two meters), which makes it possible to create, on the basis of the proposed design of the centrifugal separator, compact and reliable separation units of steam generating equipment of nuclear power plants.

Claims

A centrifugal separator comprising an outer casing with a lower casing located inside it with a lifting tube and an upper casing with perforation in the upper part of the upper casing, a diverting device between the upper and lower inner casing, a central tube with swirls placed inside the upper and lower inner casing, an anti-gripping device with a spatula, nozzles for the removal of steam separated in the anti-gripping device, and drainage holes in the outer casing for removal of the separated odes from the upper inner case, characterized in that the central pipe in the upper and lower inner cases is equipped with inserts with diameters larger than the diameter of the central pipe and is made with holes located in front of the swirler located in the upper inner case, and the swirlers are placed on the outer surfaces of the inserts, this insert in the upper inner casing is made with a diameter larger than the diameter of the insert in the lower inner casing, and the upper end of the Central pipe is muffled.