RU2506112C2 - Device for cleaning steam or gas from foreign impurities - Google Patents
Device for cleaning steam or gas from foreign impurities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506112C2 RU2506112C2 RU2012118197/05A RU2012118197A RU2506112C2 RU 2506112 C2 RU2506112 C2 RU 2506112C2 RU 2012118197/05 A RU2012118197/05 A RU 2012118197/05A RU 2012118197 A RU2012118197 A RU 2012118197A RU 2506112 C2 RU2506112 C2 RU 2506112C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- section
- confuser
- venturi nozzle
- annular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при проектировании и модернизации узлов и элементов котельного и турбинного оборудования, работающего на двухфазных потоках высокого и среднего давления (перегретый пар -твердые частицы), а также низкого давления (влажный пар с каплями или пленочными структурами жидкости).The invention relates to the field of power engineering and can be used in the design and modernization of units and elements of boiler and turbine equipment operating on two-phase flows of high and medium pressure (superheated steam - solid particles), as well as low pressure (wet steam with drops or film structures liquids).
Обычно удаление инородных включений (твердых или жидких частиц) осуществляют на участках тракта двухфазного потока с изменением направления движения (повороты, колена), когда в результате инерционного механизма основная масса крупных частиц осаждается на стенке канала, что создает благоприятные условия для их эффективного удаления путем отвода из парового или газового потока пристенного слоя с высокой концентрацией частиц, последующего их удаления из отведенной доли несущей среды и возврата ее в основной тракт.Typically, the removal of foreign inclusions (solid or liquid particles) is carried out on sections of the two-phase flow path with a change in the direction of movement (turns, elbows), when as a result of the inertial mechanism the bulk of large particles are deposited on the channel wall, which creates favorable conditions for their effective removal by removal from a vapor or gas stream of the wall layer with a high concentration of particles, their subsequent removal from the allotted portion of the carrier medium and its return to the main path.
Известно устройство для очистки пара от твердых частиц, содержащее присоединенный к горизонтальному участку в месте поворота трубопровода тройниковый узел, в котором нижний тупиковый отвод выполняет функции накопителя (Орлик В.Г., Аверкина Н.В., Азнабаев А.А., др. Снижение абразивной эрозии турбинных ступеней перегретого пара. - Электрические станции, 2008, №12). Для поддержания необходимого температурного режима, предотвращающего конденсационные процессы, накопитель оснащен линией постоянной паровой продувки.A device is known for cleaning steam from solid particles, comprising a tee assembly attached to a horizontal section at the point of rotation of the pipeline, in which the lower dead end branch acts as a storage device (Orlik V.G., Averkina N.V., Aznabaev A.A., etc. Reduction of abrasive erosion of turbine stages of superheated steam. - Power plants, 2008, No. 12). To maintain the required temperature regime, which prevents condensation processes, the drive is equipped with a continuous steam purge line.
Недостатком известного технического решения являются большие гидравлические потери из-за прямого удара нисходящего парового потока в камеру накопителя, что неприемлемо для большинства видов энергетического оборудования.A disadvantage of the known technical solution is the large hydraulic losses due to direct impact of the downward steam flow into the storage chamber, which is unacceptable for most types of power equipment.
Известно устройство для очистки пара или газа от инородных включений, содержащее трубопровод с накопителем инородных включений и нормализованное сопло Вентури, образующее с трубопроводом кольцевую камеру сепарации, передний участок которой сообщен с трубопроводом кольцевым входным диффузором, а средний участок камеры сепарации сообщен кольцевым каналом со входом расширяющегося участка сопла 1 Вентури, при этом в камере сепарации установлен сепарирующий элемент в виде жалюзийного пакета (RU 2342973 МПК B01D 41/04, опубликовано 10.01.2009, №1)A device for cleaning steam or gas from foreign inclusions is known, comprising a pipeline with a foreign inclusions accumulator and a normalized Venturi nozzle forming an annular separation chamber with a pipeline, the front section of which is connected to the pipeline by an annular inlet diffuser, and the middle section of the separation chamber is communicated by an annular channel with an expanding inlet section of the
По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.By the totality of the features, this known technical solution is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.
Недостатком устройства, принятого за прототип, а также причиной, препятствующей достижению желаемого технического результата при использовании упомянутого известного устройства, являются следующие факторы: при установке в энергетических агрегатах устройства на горизонтальном трубопроводе за коленом основная доля потока твердых частиц движется в примыкающей к нижней стенке трубопровода области; при увеличенных размерах этой области и повышенной концентрации в ней частиц часть их не захватывается входным кольцевым диффузором и поступает в сопло Вентури, вызывая в последующем повреждение лопаточного аппарата турбины; неравномерное распределение твердых частиц по периметру входного кольцевого диффузора ухудшает условия их сепарации в жалюзийном пакете - нижний сектор пакета работает в режиме перегрузки с возможностью пропуска дели частиц в выходной конфузорный канал, тогда как верхний сектор пакета оказывается в недогруженном состоянии; наличие корпуса устройства, превышающего по своим поперечным размерам диаметр трубопровода, при высоком давлении и температуре рабочей среды обусловливает соблюдение требований безопасности технического надзора, увеличенную металлоемкость устройства и повышение трудозатрат на изготовление.The disadvantage of the device adopted as a prototype, as well as the reason that impedes the achievement of the desired technical result when using the aforementioned known device, are the following factors: when installing in the power units of the device on a horizontal pipeline behind the elbow, the main part of the flow of solid particles moves in the area adjacent to the lower wall of the pipeline ; with increased sizes of this region and increased concentration of particles in it, part of them is not captured by the inlet ring diffuser and enters the Venturi nozzle, subsequently causing damage to the turbine blade apparatus; the uneven distribution of solid particles around the perimeter of the inlet annular diffuser worsens the conditions for their separation in the louver package - the lower sector of the package operates in overload mode with the possibility of passing particles to the output confuser channel, while the upper sector of the package is in an underloaded state; the presence of the device’s casing, exceeding the diameter of the pipeline in its transverse dimensions, at high pressure and temperature of the working medium determines compliance with the safety requirements of technical supervision, increased metal consumption of the device and increased labor costs for manufacturing.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, as well as identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a technical solution characterized by signs identical or equivalent to those proposed.
Определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило сформулировать в заявляемом устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату, изложенному в нижеприведенной формуле изобретения.The definition of the prototype analogues identified as the closest technical solution for the totality of features made it possible to formulate in the inventive device a combination of significant distinguishing features with respect to the technical result considered by the applicant, as set forth in the claims below.
Заявляемое техническое решение позволяет добиться высокой степени очистки пара или газа при минимальных энергетических затратах за счет размещения в трубопроводе сопла Вентури с образованием с его внешней стороны камеры смешения, передняя часть которой сообщена кольцевым диффузором с пристенной областью трубопровода, а средняя часть - кольцевым конфузорным каналом с началом расширяющейся части сопла Вентури. Реализация процессов отделения жидких или твердых частиц от пара или газа достигается установкой в верхней части камеры сепарации лопаточного аппарата, а в нижней части - жалюзийного пакета и размещением накопителя рядом с камерой сепарации.The claimed technical solution allows to achieve a high degree of purification of steam or gas with minimal energy costs due to the placement of a Venturi nozzle in the pipeline with the formation of a mixing chamber on its outer side, the front part of which is communicated by an annular diffuser with a wall region of the pipeline, and the middle part by an annular confuser channel with the beginning of the expanding part of the venturi nozzle. The implementation of the processes of separating liquid or solid particles from steam or gas is achieved by installing a spatula in the upper part of the separation chamber, and a louver package in the lower part and placing the drive next to the separation chamber.
Предложено устройство для очистки пара или газа от инородных включений, включающее после вертикального за коленом нижний горизонтальный участок трубопровода с установленным внутри него соплом Вентури, образующим внешней поверхностью кольцевую камеру сепарации с размещенным в ней жалюзийным пакетом и лопаточным аппаратом, передний участок которой сообщен с трубопроводом кольцевым входным диффузором, а ее средний участок сообщен конфузорным кольцевым каналом со входом расширяющего участка сопла Вентури; кроме того, конфузорный и цилиндрический участки сопла Вентури смещены к верхней стенке трубопровода с увеличением ширины кольцевого входного диффузора в нижней части и уменьшением в верхней части трубопровода, а расширяющийся участок сопла Вентури смещен относительно цилиндрического участка к нижней стенке трубопровода настолько, что ширина конфузорного кольцевого канал в нижней части в такой же степени больше ширины в его верхней части; кроме того, кольцевая камера сепарации разделена на верхнюю и нижнюю части, причем, в нижнем секторе нижней части жалюзийный пакет установлен с наклоном к внутренней поверхности трубопровода в одной плоскости, а в боковых секторах - в двух плоскостях; в верхней части камеры сепарации установлен направляющий аппарат с лопатками, направленными на вход в жалюзийный пакет нижней части камеры сепарации; в нижней зоне жалюзийного пакета выполнен канал для прохода крупных фрагментов в зону накопителя; на периферии конфузорного кольцевого канала расположена кольцевая камера, сообщающаяся с накопителем.A device is proposed for purifying steam or gas from foreign inclusions, including after the vertical, behind the knee, the lower horizontal section of the pipeline with a Venturi nozzle installed inside it, forming an annular separation chamber with a louvred bag and a spatula placed in it, the front section of which is connected with the annular pipeline input diffuser, and its middle section is communicated by a confuser annular channel with the entrance of the expanding section of the Venturi nozzle; in addition, the confuser and cylindrical sections of the Venturi nozzle are displaced to the upper wall of the pipeline with an increase in the width of the annular inlet diffuser in the lower part and decrease in the upper part of the pipeline, and the expanding section of the Venturi nozzle is shifted relative to the cylindrical section to the lower wall of the pipeline so that the width of the confuser annular channel in the lower part to the same extent greater than the width in its upper part; in addition, the annular separation chamber is divided into upper and lower parts, and, in the lower sector of the lower part, the louvre bag is installed with an inclination to the inner surface of the pipeline in one plane, and in the lateral sectors in two planes; in the upper part of the separation chamber, a guide apparatus is installed with blades aimed at the entrance to the louver package of the lower part of the separation chamber; a channel is made in the lower zone of the louver package for passage of large fragments into the drive zone; on the periphery of the confuser annular channel there is an annular chamber in communication with the drive.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 - общий вид устройства для установки на горизонтальном участке трубопровода;figure 1 - General view of the device for installation on a horizontal section of the pipeline;
на фиг.2 - вид А по фиг.1;figure 2 is a view of figure 1;
на фиг.3 - жалюзийный пакет с каналом в нем для пропуска крупных фрагментов в накопитель; кольцевая камера на периферии конфузорного кольцевого канала;figure 3 - louver package with a channel in it to pass large fragments into the drive; an annular chamber at the periphery of the confuser annular channel;
на фиг.4 - вид В-В по фиг.1;figure 4 is a view BB in figure 1;
на фиг.5 - вид Б-Б по фиг.2.figure 5 is a view of BB in figure 2.
Устройство для очистки пара или газа от инородных включений для установки на горизонтальном трубопроводе 1 с накопителем 2 содержит сопло Вентури с конфузорным 3, цилиндрическим 4 и расширяющимся 5 участками, размещенными внутри трубопровода 1. Наружные поверхности конфузорного 3 и цилиндрического 4 участков сопла Вентури образуют с внутренней поверхностью трубопровода 1 кольцевую камеру сепарации 6, передний участок которой сообщен с трубопроводом 1 кольцевым входным диффузором 7 через входную щель 12. Средний участок кольцевой камеры сепарации 6 сообщен конфузорным кольцевым каналом 8 со входом расширяющегося участка 5 сопла Вентурию. Конфузорный канал 8 длиной М5 простирается от входной кромки 18 и выходной кромки 19. В нижней половине средней части кольцевой камеры сепарации 6 установлен жалюзийный пакет 9 с каналом 10 в нем для прохода крупных фрагментов к накопителю 2. Жалюзийный пакет 9 наклонен под углом α к оси устройства с выходом его канавок в щель 11 по внутреннему периметру трубопровода 1, сообщающуюся с накопителем 2. В боковых секторах жалюзийный пакет имеет наклон в двух плоскостях: под углом α к оси устройства и под углом φ по отношению к радиусу, проходящему через центральную кромку жалюзийной пластины.A device for cleaning steam or gas from foreign inclusions for installation on a
Конфузорный 3 и цилиндрический 4 участки сопла Вентури смещены к верхней стенке трубопровода 1 на величину Δ1, а расширяющийся участок 5 сопла Вентури смещен к верхней стенке трубопровода 1 на величину Δ2, при которой изменение ширины δ1 и δ2 конфузорного кольцевого канала 8 в верхней и нижней зонах пропорционально изменению в этих же зонах ширины δ3 и δ4 щели 12 входного диффузора 7, то есть δ1/δ2=δ3/δ4. На иллюстрациях продольные и поперечные оси трубопровода 1 обозначены R1, оси конфузорного 3 и цилиндрического 4 участков - R2, оси расширяющегося участка 5 сопла Вентури - R3.The confuser 3 and cylindrical 4 sections of the Venturi nozzle are offset to the upper wall of the
В верхней части камеры сепарации 6 расположен направляющий аппарат с лопатками 13, направленными на вход в жалюзийный пакет 9 нижней части камеры сепарации. Каждая из лопаток 13 длиной LI-L4 установлена на удалении h1-h3 от предыдущей лопатки с перекрышей ее на величину S1-S3. Лопатки 13 установлены под углом β к поперечной оси устройства. На фиг.5 показана развертка цилиндрического сечения Б - Б фиг.2.In the upper part of the separation chamber 6 there is a guide apparatus with
На периферии конфузорного кольцевого канала 8 выполнена кольцевая камера 14, сообщающаяся с накопителем 2.At the periphery of the confuser
Конфузорный 3 и цилиндрический 4 участки сопла Вентури соединены в единую жесткую конструкцию ребрами 15 толщиной Ь, с помощью которых сопло Вентури прикрепляется сваркой на входе к внутренней стенке трубопровода 1, а на выходе - сварным швом по заднему торцу расширяющегося участка 5.The confuser 3 and cylindrical 4 sections of the Venturi nozzle are connected in a single rigid structure by
На трубопроводе 1 установлен штуцер 16 для оптического контроля эндоскопом входной части сопла Вентури и пространства перед ним, на накопителе 2 - штуцер 17 для установки кондуктометрического датчика контроля заполнения инородными включениями (твердыми частицами). Конфузорный канал 8 длиной М5 ограничен входной кромкой 18 и выходной кромкой 19.A
Сопло Вентури и трубопровод 1 устройства образуют два параллельных контура - внутренний и внешний. Внутренний контур представляет собой проточную часть самого сопла Вентури, а внешний контур - пространство между соплом Вентури и внутренне..! поверхностью трубопровода 1. Назначение внутреннего контура - создание перепада давления, необходимого для гидродинамических процессов во внешнем контуре. Поскольку эффективность заявляемого устройства определяется, с одной стороны, степенью очистки (разделения фаз), а с другой стороны, энергетическими затратами на этот процесс, экономичность очистителей с длительным циклом эксплуатации, использующих сужающие устройства, имеет первостепенное значение.The venturi nozzle and
Согласно Межгосударственному стандарту ГОСТ 8.586.1 - 2005 (ИСО 5167 - 1:2003) [Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. М.: Стандартинформ, 2007], во всем классе сужающих устройств наименьшими гидравлическими потерями обладает сопло Вентури с углом раскрытия расширяющегося участка 10-12 градусов. Оно является основным компонентом в заявляемом устройстве и содержит конфузорный 3 и цилиндрический 4 участки общей длиной M1 и расширяющий участок 5 длиной М2 (фиг.1). Принципиальная отличительная особенность заявляемого устройства заключается в том, что общая ось цилиндрического и конфузорного участков R2 не совпадает с осью расширяющегося участка R3, а оси R2 и R3 оси также не совпадают с осью трубопровода R1. Для оптимизации условий поступления потока твердых частиц из пристенной области трубопровода 1 в кольцевую камеру сепарации 6 и повышения эффективности устройства ширина δ4 входной щели 12 кольцевого диффузора 7 увеличена по сравнению с осесимметричным расположением сопла Вентури в трубопроводе 1, что имеет место в прототипе, за счет смещения цилиндрического участка 4 к верхней стенке трубопровода 1.According to the Interstate Standard GOST 8.586.1 - 2005 (ISO 5167 - 1: 2003) [Measurement of the flow rate and amount of liquids and gases using standard constricting devices. M .: Standartinform, 2007], in the entire class of narrowing devices, the Venturi nozzle with the opening angle of the expanding section of 10-12 degrees has the smallest hydraulic losses. It is the main component in the inventive device and contains confusory 3 and cylindrical 4 sections with a total length of M1 and an expanding section 5 of length M2 (Fig. 1). The principal distinctive feature of the claimed device is that the common axis of the cylindrical and confuser sections R2 does not coincide with the axis of the expanding section R3, and the axes R2 and R3 also do not coincide with the axis of the pipeline R1. To optimize the conditions for the flow of solid particles from the wall region of the
Но коль скоро в нижнюю зону кольцевой камеры сепарации 6 поступает увеличенное количество частиц с паровой или газовой фазой, то для соблюдения изокинетических условий газодинамики, следовательно, минимальных гидравлических потерь, ширина δ2 конфузорного кольцевого канала 8 в нижней части должна быть адекватным образом увеличена, то есть δ4/δ3=δ2/δ1 (см. фиг.1). Это условие обеспечивается смещением оси R3 расширяющегося участка 5 сопла Вентури от оси конфузорного 3 и цилиндрического 4 участков R2 к нижней стенке трубопровода 1.But as soon as an increased amount of particles with a vapor or gas phase enters the lower zone of the annular separation chamber 6, in order to comply with the isokinetic conditions of gas dynamics, therefore, minimal hydraulic losses, the width δ2 of the confuser
Таким образом, ось R2 цилиндрического участка 4 располагается выше оси R1 трубопровода 1 на величину Δ1, а ось R3 расширяющегося участка 5 - на величину Δ2, причем, Δ1>Δ2.Thus, the axis R2 of the
Требование надежности при длительной работе устройства, в частности, в мощных энергоблоках сверхкритического давления, на двухфазных потоках (пар - твердые частицы) высоких параметров - с давлением до 240 кгс/см2 и температурой до 540-560°С предопределяет сохранение целостности стенки трубопровода 1, ограничивающей размеры внешнего контура устройства. Это ставит задачу оптимизации величины внутреннего диаметра D4 цилиндрического участка 4.The reliability requirement for long-term operation of the device, in particular in high-power supercritical pressure power units, on two-phase flows (steam - solid particles) of high parameters - with a pressure of up to 240 kgf / cm 2 and a temperature of up to 540-560 ° С determines the integrity of the
Дело в том, что максимальный перепад давления, создаваемый соплом Вентури как разность статических давлений в трубопроводе 1 и в цилиндрическом участке 4, при прочих равных условиях, пропорционален расходу пара или газа во второй степени и обратно пропорционален диаметру D4 цилиндрического участка 4 в четвертой степени. Рациональная компоновка внешнего контура в ограниченном пространстве предполагает уменьшение этого параметра. Однако с уменьшением диаметра возрастают необратимые гидравлические потери. Поэтому задача заключается в оптимизации гидродинамических характеристик внешнего контура, обеспечивающей в нем минимальные потери энергии, при допустимых потерях внутреннего контура. Экономичность внутреннего контура определяет внешние энергетические характеристики устройства, тогда как увеличение гидравлических потерь внешнего контура более определенной величины может ухудшить сепарационные характеристики узла.The fact is that the maximum pressure drop created by the Venturi nozzle as the difference in static pressures in the
При создании изокинетических условий входа двухфазного потока во входную кольцевую щель 12, когда направление и скоростные характеристики фаз не изменяются, потери на входе будут отсутствовать. Выбор ширины 54 входной щели 12 определяется структурным полем пристенного слоя в трубопроводе 1 после поворота в нем потока: чем больше среднее значение (δ3+δ4)/2, тем больше доля поступивших во внешний контур инородных включений, но тем больше и расход в ней несущей среды, следовательно, скорость во внешнем контуре и потери в нем, пропорциональные скорости во второй степени.When creating isokinetic conditions for the input of the two-phase flow into the input annular slot 12, when the direction and speed characteristics of the phases do not change, there will be no input loss. The choice of the width 54 of the entrance slit 12 is determined by the structural field of the wall layer in the
Для условий энергетического оборудования при установке устройства за поворотом (коленом) трубопровода, когда основная часть крупных, обладающих высокой разрушающей способностью, твердых частиц концентрируется в пристенном слое, величина (δ3+δ4)/2 обычно не превышает нескольких процентов от внутреннего диаметра D2 трубопровода 1.For the conditions of power equipment when installing the device behind a bend (bend) of the pipeline, when the bulk of large, highly destructive solids is concentrated in the wall layer, the value (δ3 + δ4) / 2 usually does not exceed several percent of the inner diameter D2 of the
Наличие входного диффузора 7 обусловлено необходимостью снижения скорости двухфазного потока в камере сепарации, где происходит разделение фаз, что, с одной стороны, обеспечивает высокую степень очистки, а с другой стороны, снижение гидравлических потерь. Скорость в камере сепарации 6 определяется геометрическими характеристиками входного диффузора 7, внутренним диаметром D2 трубопровода 1 и наружным диаметром сопла Вентури.The presence of the
Потери на возврат очищенного пара или газа во внутренний контур в зоне его максимальной скорости, где статическое давление среды минимально, включают потери в конфузорном канале 8 с средней шириной узкого участка (δ1+δ2)/2 и собственные потери на слияние потоков. При равенстве динамических напоров обоих потоков в зоне слияния потери смешения будут незначительными. При этом угол β1 наклона конфузного канала 8 в пределах 25-30 градусов не будет сказывать заметного влияния на гидродинамические характеристики процесса смешении.Losses on return of the purified steam or gas to the internal circuit in the zone of its maximum velocity, where the static pressure of the medium is minimal, include losses in the
Таким образом, условия изокинетического входа двухфазного потока в щель 12 и минимальных потерь на выходе конфузорного канала 8 будут определяться выражением (δ1+δ2)/2=(δ3+δ4)/2 D4·N/D2, где коэффициент N - соотношение средней скорости пара или газа в кольцевой щели 12 и в трубопроводе 1; для большинства режимов N=0,75-0,80.Thus, the conditions of the isokinetic entry of the two-phase flow into the slot 12 and the minimum losses at the output of the
Приоритетное отличие заявляемого устройства с асимметричным расположением сопла Вентури в трубопроводе от прототипа с симметричным расположением сопла Вентури обусловлено требованиями сохранения целостности стенки трубопровода в месте расположения сопла Вентури. Это требование обеспечивает не только высокую степень надежности трубопровода, в частности, в мощных энергетических агрегатах сверхкритического давления, но также снижение металлоемкости устройства и уменьшение трудозатрат на его изготовление, что, в конечном счете, существенно повышает конкурентоспособность устройства в рыночных условиях модернизации энергооборудования. С другой стороны, ограничение габаритов устройства внутренним диаметром трубопровода сопряжено с решением задачи сохранения и даже повышения эффективности очистки пара от инородных частиц во внешнем контуре при ограниченном увеличении гидравлических потерь во внутреннем контуре устройства. Последнее из указанных условие в заявляемом устройстве достигается рациональным компромиссом общей компоновки внутреннего и внешнего контуров устройства.The priority difference of the claimed device with an asymmetric arrangement of the Venturi nozzle in the pipeline from the prototype with a symmetrical arrangement of the Venturi nozzle is due to the requirements of maintaining the integrity of the pipe wall at the location of the Venturi nozzle. This requirement provides not only a high degree of reliability of the pipeline, in particular in powerful supercritical pressure power units, but also a reduction in the metal consumption of the device and a reduction in labor costs for its manufacture, which ultimately significantly increases the competitiveness of the device in the market conditions for modernization of power equipment. On the other hand, limiting the dimensions of the device to the internal diameter of the pipeline is associated with solving the problem of preserving and even increasing the efficiency of cleaning steam from foreign particles in the external circuit with a limited increase in hydraulic losses in the internal circuit of the device. The last of these conditions in the inventive device is achieved by a rational compromise on the overall layout of the internal and external circuits of the device.
При сохранении по сравнению с прототипом расхода несущей среды во внешнем контуре и ее изокинетическом отборе возрастает скорость потока, следовательно, гидравлические потери. Поскольку энергетические затраты внешнего контура компенсируются перепадом давления во внутреннем контуре, внутренний диаметр цилиндрического участка сопла Вентури должен быть несколько уменьшен, что, в некоторой степени, увеличит потери устройства, но они должны быть сопоставимы с потерями прототипа, или с потерями в нормализованном колене трубопровода.When compared with the prototype, the flow rate of the carrier medium in the external circuit and its isokinetic selection are preserved, and the flow rate increases, hence, hydraulic losses. Since the energy costs of the external circuit are compensated by the pressure drop in the internal circuit, the inner diameter of the cylindrical section of the Venturi nozzle should be slightly reduced, which, to some extent, will increase the losses of the device, but they should be comparable with the losses of the prototype, or with the losses in the normalized bend of the pipeline.
Увеличение доли отсепарированных и выведенных из рабочего контура твердых частиц при сохранении расхода среды во внешнем контуре в заявляемом устройстве обеспечивается за счет адаптации геометрических параметров входной щели к реальной структуре двухфазного трубопроводе за коленом, когда основная масса частиц - прежде всего, наиболее опасных, крупных - оседает на вогнутой стенке колена и движется за ним по нижней половине стенки трубопровода. Следовательно, при неизменной площади входной щели 12 ее ширина δ4 у нижней стенки должна быть больше, чем ширина δ3 у верхней стенки, то есть δ4>δ3, или даже δ4>>δ3 - в несколько раз. Конструктивно это условие выполняется разрывом общей оси сопла Вентури на границе цилиндрического 4 и расширяющегося 5 участков и смещением оси R2 конфузорного и цилиндрического участков к верхней стенке трубопровода 1 на величину Δ1. В итоге по количеству или массе отбираемых инородных включений заявляемое устройство существенно превосходит прототип.An increase in the fraction of particulate matter separated and removed from the working circuit while maintaining the flow rate of the external circuit in the inventive device is ensured by adapting the geometric parameters of the entrance slit to the real structure of the two-phase pipeline behind the elbow, when the bulk of the particles, primarily the most dangerous, large ones, settle on the concave wall of the knee and moves behind it along the lower half of the pipeline wall. Therefore, with a constant area of the entrance slit 12, its width δ4 at the lower wall should be larger than the width δ3 at the upper wall, i.e., δ4> δ3, or even δ4 >> δ3 - several times. Structurally, this condition is satisfied by breaking the common axis of the Venturi nozzle at the boundary of the cylindrical 4 and expanding 5 sections and shifting the axis R2 of the confuser and cylindrical sections to the upper wall of the
Поскольку основная масса частиц движется в нижней части кольцевой камеры сепарации 6, целесообразно камеру разделить на две зоны - нижнюю и верхнюю, и в каждой из них использовать соответствующие сепарирующие элементы с учетом геометрии и размеров этих зон. В заявляемом устройстве в верхней зоне установлен лопаточный аппарат 13 специальной конструкции, который спроектирован так, что несущую среду - пар или газ - он пропускает к конфузорному кольцевому каналу 8, а крупнодисперсную часть спектра инородных включений направляет в нижнюю зону, на вход сепарирующего элемента, в качестве которого использован жалюзийный пакет 9 с высокой сепарирующей способностью при ограниченных гидравлических потерях, широко применяемый в энергетическом оборудовании.Since the bulk of the particles moves in the lower part of the annular separation chamber 6, it is advisable to divide the chamber into two zones - lower and upper, and in each of them to use the corresponding separating elements, taking into account the geometry and sizes of these zones. In the inventive device in the upper zone there is installed a
Для перемещения сбрасываемого жалюзийным пакетом 9 потока частиц по внутренней поверхности трубопровода в накопитель 2 по всему периметру нижней половины камеры сепарации предусмотрен зазор 11 шириной 65 (см. фиг.3). Для пропуска к накопителю 2 крупных фрагментов технологического происхождения, обнаруживаемых в системах энергооборудования, в частности, в паропроводах энергоблоков сверхвысокого давления, в нижнем секторе жалюзийного пакета 9 предусмотрен канал 10 высотой h4. В реальных конструкциях h4=10-12мм; δ5=4-6 мм; L6=30-40 мм.To move the particle stream discharged by the
Так как основной расход пара или газа (от 3/4 до 4/5) проходит в нижней части камеры сепарации 6, для обеспечения изокинетических условий и минимальных гидравлических потерь при возврате несущей среды после сепарации из внешнего во внутренний контур расширяющий участок 5 сопла Вентури должен быть смещен также к верхней стенке на величину Δ2 с адекватным увеличением ширины конфузорного кольцевого канала 8 в адекватным нижней части, то есть δ4/δ3=δ2/δ1.Since the main flow of steam or gas (from 3/4 to 4/5) takes place in the lower part of the separation chamber 6, to ensure isokinetic conditions and minimal hydraulic losses when returning the carrier medium after separation from the external to the internal circuit, the expanding section 5 of the Venturi nozzle should be shifted also to the upper wall by Δ2 with an adequate increase in the width of the confuser
Для обеспечения устойчивой работы в закритической области жалюзийный пакет в нижнем секторе нижней части камеры сепарации 6 при преобладающем влиянии динамической составляющей на инородные включения и слабом - гравитационной силы спроектирован таким образом, что несущий поток не только перемещает частицы вдоль жалюзийного пакета 9 к конфузорному кольцевому каналу 8, но - дополняя гравитационную силу - осаждает их на стенку трубопровода 1 и перемещает далее по круговому зазору 11 в зону накопителя 2. Для этого канавки жалюзийного пакета ориентированы под углом а к оси устройства (фиг.3).To ensure stable operation in the supercritical region, the louvre bag in the lower sector of the lower part of the separation chamber 6 with the prevailing influence of the dynamic component on foreign inclusions and a weak gravitational force is designed in such a way that the carrier flow not only moves particles along the
В боковых секторах нижней части камеры сепарации 6 для интенсификации перемещения осаждающихся в жалюзийном пакете 9 частиц в круговой зазор 11 жалюзийным пластинам придается второй, дополнительный наклон под углом φ к радиусу, проходящему через точку крепления их к цилиндрическому участку сопла Вентури (см. фиг.4). Тем самым исключается накопление осевших частиц в жалюзийном пакете 9 и предотвращается их вынос в конфузорный канал 8.In the lateral sectors of the lower part of the separation chamber 6, in order to intensify the movement of particles deposited in the
Для предотвращения поступления крупнодисперсных структур из внешнего во внутренний контур устройства через конфузорный кольцевой канал 8 на его периферии предусмотрена камера захвата 14. Ее глубина L5 по периметру конфузорного канала остается постоянной, а высота h5 изменяется от минимальной у верхней стенки до максимальной у нижней стенки трубопровода 1.To prevent coarse-grained structures from entering the device’s internal circuit through the confuser
Работа устройства осуществляется следующим образом. Двухфазный поток из пристенной нижней области трубопровода 1, насыщенный инородными включениями, поступает через входную щель 12 в кольцевой входной диффузор 7, где скорость его снижается, далее - в жалюзийный пакет 9. В жалюзийном пакете 9 под действием несущего потока, а также гравитационной силы происходит отделение от пара или газа инородных включений и перемещение их по внутренней поверхности трубопровода 1 в накопитель 2. Очищенная от крупнодисперсных фракций паровая среда направляется в конфузорный канал 8 и возвращается в основной поток.The operation of the device is as follows. The two-phase flow from the near-wall lower region of the
Двухфазный поток в верхней части трубопровода 1, содержащий значительно меньшее количество крупнодисперсных частиц, чем в нижней части, направляется в верхнюю часть камеры сепарации 6 и поступает на направляющие лопатки 13. Так как давление за направляющими лопатками ниже, чем перед ними, несущая среда перемещается вдоль лопаток 13 по дуге верхней части камеры сепарации 6. У задних кромок лопаток 13 происходит поворот потока в пространство между лопатками и дальнейшее движение к конфузорному кольцевому каналу 8. Соотношение длины лопаток L1, L2, L3, L4 и шага между ними h1, h2, h3, а также величины перекрыши S1, S2, S3 и угол β установки лопаток 13 определяется тремя условиями. Во-первых, добиться наибольшей, равной 180 градусам, величине поворота вокруг задних кромок лопаток. Чем больше угол поворота несущего потока вокруг лопаток, тем меньше частиц будут увлечены в конфузорный канал 8. Во-вторых, ограничить при этом рост гидравлических потерь, что, в определенной степени, расходится с первым условием. Чем меньше шаг h1, h2, h3, угол установки β и больше перекрыша S1, S2, S3, тем больше гидравлические потери, но тем выше степень сепарации, поскольку частицы не успевают вслед за несущей средой огибать задние кромки лопаток 13 и под действием инерционной силы перемещаются с одной лопатки на другую и, достигнув последней, будут снесены несущим потоком в нижнюю часть камеры сепарации 6 на вход расположенного там жалюзийного пакета 9, после которого окажутся на внутренней поверхности трубопровода 1 и, в конечном счете, в зоне накопителя 2. В-третьих, при определении этих параметров должны учитываться требования общей компоновки устройства. Ширина М3 лопаточного аппарата 13 ограничивается, с одной стороны, входной кромкой 20 щели 12, а с другой стороны, длиной М4 жалюзийного пакета 9.The two-phase flow in the upper part of the
Таким образом, лопаточный аппарат 13 выполняет две функции - отделяет от несущего потока наиболее крупнодисперсную часть включений (твердых частиц, капель) и направляет ее в жалюзийный пакет 9, где, по сути, совершается вторая стадия сепарации и удаление частиц из тракта.Thus, the
Предотвращению поступления крупных частиц со стенки трубопровода 1 в конфузорный канал 8 способствует камера захвата 14.The
Силовые ребра 15 шириной b, соединяющие цилиндрический 4 и расширяющийся 5 участки сопла Вентури в единую жесткую конструкцию, разделяют кольцевую камеру сепарации 6 на отдельные секторы, что позволяет оптимальным образом организовать в каждом из них процесс сепарации.
Характер режимов двухфазного потока и материал инородных включений обусловливает дополнительные требования к конструкции эксплуатации заявляемого устройства, адаптации элементов проточной части внешнего контура к структуре дискретной - жидкой или твердой - фазы. При отделении жидкой фазы накопитель 2 должен быть соединен с дренажной линией через гидрозатвор или иное устройство. В энергоблоках сверхкритического давления, для которых удаление из парового потока крупнодисперсных частиц с размером более 150 мкм, представляющих эрозионно-абразивную опасность для проточной части турбины, имеет первостепенное значение, для предотвращения поступления в трубопровод вместе с паром твердых частиц, как продуктов разрушения оксидной пленки в промперегревателе котла, емкость накопителя 2 выполняют такой, чтобы она была достаточной на период непрерывной работы энергоблока между остановами. Емкость накопителя целесообразно, при неизменной величине внутреннего диаметра d накопителя, увеличивать за счет его длины.The nature of the two-phase flow regimes and the material of foreign inclusions determines additional requirements for the operation design of the claimed device, adaptation of the elements of the flow part of the external circuit to the structure of a discrete - liquid or solid - phase. When separating the liquid phase, the
Контроль состояния накопителя 2 осуществляют кондуктометрическим датчиком, устанавливаемым в штуцере 17. В случае высокой интенсивности поступления твердых частиц в трубопровод 1 по сигналу кондуктометрического датчика во время работы энергоблока на пониженных параметрах осуществляют кратковременную продувку накопителя 2 в расширитель дренажей или в дренажную систему электростанции.The state of the
Для поддержания заявляемого устройства в нормальном состоянии при длительной эксплуатации регулярно во время остановов энергоблока или иных агрегатов осуществляют оперативный контроль с помощью видеоэндоскопа или бороскопа через штуцер 16 входной части устройства и пространства перед ним.To maintain the inventive device in normal condition during long-term operation regularly during shutdowns of a power unit or other units, operational monitoring is carried out using a video endoscope or a borescope through the fitting 16 of the input part of the device and the space in front of it.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118197/05A RU2506112C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118197/05A RU2506112C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012118197A RU2012118197A (en) | 2013-11-10 |
| RU2506112C2 true RU2506112C2 (en) | 2014-02-10 |
Family
ID=49516667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118197/05A RU2506112C2 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2506112C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952291A1 (en) * | 1980-08-15 | 1982-08-23 | Предприятие П/Я В-2572 | Gas filter |
| US5549721A (en) * | 1994-12-02 | 1996-08-27 | Shchipachev; Viktor | Cell for gas cleaning |
| RU2096069C1 (en) * | 1996-07-30 | 1997-11-20 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" | Device for gas cleaning |
| DE19736496A1 (en) * | 1997-08-22 | 1999-03-04 | Votech Filter Gmbh | Fluid particle separator for gas or liquid |
| JP2000041916A (en) * | 1998-07-30 | 2000-02-15 | Ykk Corp | Suction and recovery device for waste material |
| RU2342973C1 (en) * | 2007-04-13 | 2009-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергосервис" (ООО "Энергосервис") | Plant for steam or gas cleaning from foreign inclusions (versions) |
| RU2446860C2 (en) * | 2010-05-31 | 2012-04-10 | Виктор Николаевич Кокин | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities |
-
2012
- 2012-05-03 RU RU2012118197/05A patent/RU2506112C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952291A1 (en) * | 1980-08-15 | 1982-08-23 | Предприятие П/Я В-2572 | Gas filter |
| US5549721A (en) * | 1994-12-02 | 1996-08-27 | Shchipachev; Viktor | Cell for gas cleaning |
| RU2096069C1 (en) * | 1996-07-30 | 1997-11-20 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" | Device for gas cleaning |
| DE19736496A1 (en) * | 1997-08-22 | 1999-03-04 | Votech Filter Gmbh | Fluid particle separator for gas or liquid |
| JP2000041916A (en) * | 1998-07-30 | 2000-02-15 | Ykk Corp | Suction and recovery device for waste material |
| RU2342973C1 (en) * | 2007-04-13 | 2009-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергосервис" (ООО "Энергосервис") | Plant for steam or gas cleaning from foreign inclusions (versions) |
| RU2446860C2 (en) * | 2010-05-31 | 2012-04-10 | Виктор Николаевич Кокин | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012118197A (en) | 2013-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2478229B1 (en) | Improved density-based compact separator | |
| RU2425280C2 (en) | Water separator for steam turbine plants | |
| RU2441710C2 (en) | Double spray nozzle | |
| MY150371A (en) | Gas liquefaction and separation device | |
| EP2614216B1 (en) | Flush-enabled controlled flow drain | |
| US9636614B2 (en) | Gas desander | |
| AU2009291925B2 (en) | Supersonic ejector package | |
| RU2385756C1 (en) | Gas separator | |
| RU2506112C2 (en) | Device for cleaning steam or gas from foreign impurities | |
| AU2017260663A2 (en) | Cyclone and dip tube for separating a gas | |
| JP2000257403A (en) | Scale collection device | |
| RU111583U1 (en) | OIL SEPARATOR OF VENTILATION SYSTEM OF CASE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE (OPTIONS) | |
| RU2519418C1 (en) | Gas-liquid separator | |
| EP3736482B1 (en) | Bend pipe and fluid machine comprising same | |
| US11305296B2 (en) | Multiphase fluid dispenser | |
| RU2342973C1 (en) | Plant for steam or gas cleaning from foreign inclusions (versions) | |
| RU2319016C2 (en) | Steam turbine mean pressure cylinder | |
| RU2590544C1 (en) | Device for cleaning natural gas | |
| RU2511379C2 (en) | Gas-fluid separator | |
| JP4153757B2 (en) | Liquid membrane separation apparatus and method for piping | |
| RU213479U1 (en) | VERTICAL FLARE SEPARATOR | |
| US20220056926A1 (en) | Recovering waste oil | |
| JP7458072B2 (en) | Silencer | |
| JPH02294502A (en) | Preparatory moisture content separator for steam turbine | |
| RU2460569C1 (en) | Method for modification of gas separating unit (versions) and gas separator (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190504 |