UA116596C2 - Пристрій для очищення пари від сторонніх включень - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі енергетичного машинобудування і може бути використаний для очищення пари, газу від твердих або рідких часток у вузлах і елементах котельного та турбінного обладнання. Пристрій для очищення пари від сторонніх включень містить корпус змінного перерізу із входу на вихід, виконаний з дифузорною, циліндричною і конфузорною ділянками, у місцях сполучення циліндричної ділянки 4 з розширеними частинами дифузорної ділянки 2 і конфузорної ділянки 3 виконані скруглення 6, усередині циліндричної ділянки 4 перпендикулярно до осі встановлений обтічний екран 7, виконаний з матеріалу підвищеної твердості, з поверхнею підвищеної шорсткості з боку дифузорної ділянки 2, при цьому відстань від торця екрана 7 до внутрішньої поверхні циліндричної ділянки 4 не менше радіуса вхідного трубопроводу 1, а в нижній частині циліндричної ділянки 4 виконано прийомну порожнину 8, сполучену із дренажним відводом 9. Винахід дозволяє підвищити ефективність видалення твердих частинок при малих гідравлічних втратах потоку робочої пари та знизити зношування елементів проточної частини турбіни і регулювального обладнання.

Description

Винахід належить до галузі енергетичного машинобудування і може бути використаний для очищення пари, газу від твердих або рідких часток у вузлах і елементах котельного та турбінного обладнання.

При подачі пари з проміжного пароперегрівника котла у циліндр середнього тиску турбіни відшарування частинок окалини, утвореної на внутрішній поверхні пароперегрівника в котлоагрегаті, по паропроводу парою високих параметрів з великою швидкістю виносяться в регулювальні елементи та проточну частину турбіни. Оскільки мікротвердість частинок окалини, що перебувають в парі, значно перевищує твердість виконаних зі сталі деталей, це призводить до підвищеного ерозійного зношування поверхонь робочих елементів проточної частини турбіни: вихідних крайок напрямних і вхідних крайок робочих лопаток у периферійній частині та регулювального обладнання, що веде до зниження коефіцієнта корисної дії парових турбін.

Відомий пристрій для очищення газу або пари від сторонніх включень (Пат. РФ 2213607, вВО1О0 45/08, ВО10 45/16, 2003)|, що містить приєднаний до горизонтальної ділянки після повороту (коліна) трубопроводу патрубок відбору сторонніх включень із козирком над ним і відбійником, розташованим на протилежній стороні перед коліном.

Відомий пристрій не достатньо ефективний через високі гідравлічні втрати в коліні та на вході в козирок-уловлювач внаслідок відривного обтікання установлених в перерізі повороту потоку елементів, які перекривають значну частину прохідного перерізу паропроводу, що призводить до погіршення аеродинамічних характеристик. При цьому неоптимальне конструктивне виконання пристрою дозволяє виводити великорозмірні сторонні частинки тільки із пристінного шару в нижній частині паропроводу, тоді як основна маса частинок, що рухаються під впливом парних вихорів у зоні повороту переміщується у верхню зону (частину) потоку.

Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для очищення пари або газу від сторонніх включень (Пат. РФ 2342973, ВО10О 45/04, ВО10О 45/12), що містить конфузорну, циліндричну та розширювальну ділянки сопла Вентурі, виконану над ним кільцеву камеру сепарації, дефлектор, центрувальний лопатковий апарат, циліндричну ділянку усередині корпусу та накопичувач сторонніх включень.

Корпус пристрою виконано на трубопроводі, усередині якого встановлено нормалізоване сопло Вентурі з конфузорною, циліндричною та розширювальною ділянками, передня ділянка

Зо кільцевої камери сепарації сполучена із трубопроводом кільцевою вхідною дифузорною ділянкою, утвореною внутрішньою поверхнею трубопроводу, та зовнішньою поверхнею конфузорної ділянки сопла Вентурі, а середня ділянка кільцевої камери сполучена кільцевим каналом конфузорної ділянки із вхідною ділянкою розширювальної частини сопла Вентурі, за вхідною дифузорною ділянкою у просторі між стінкою корпусу і зовнішньою поверхнею стінки циліндричної ділянки та стінки розширювальної ділянки розташовано дефлекторну ділянку і лопатковий апарат, установлений в центрі циліндричної ділянки корпусу між дефлектором і вхідною дифузорною ділянкою і, як варіант, між вхідною дифузорною ділянкою і кільцевим каналом конфузорної ділянки установлено сепаруючий елемент у вигляді жалюзійного пакета.

Відомий пристрій складний для виконання та юстирування окремих конструктивних елементів один до одного та відносно осі, відрізняється підвищеним гідродинамічним опором через втрати тиску в каналах проходження потоку на ділянках, суміжних соплу Вентурі. При цьому якість очищення пари у відомому пристрої від часток окалини різного розміру, що виносяться з пароперегрівника, достатньо низька, оскільки в кільцеву щілину потрапляють сторонні частинки потоку, в основному із пристінних частин течії, тоді як частинки з центральної частини потоку пари не потрапляють у кільцеву камеру і, як правило, не виводяться з потоку пари.

В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для очищення пари від сторонніх включень шляхом виконання в паропроводі подачі пари в циліндр турбіни ділянки зі змінним прохідним перерізом, виконаної дифузорно-конфузорним каналом з циліндричною ділянкою, котрий на виході з дифузора обладнано відбивною поверхнею (екраном) підвищеної шорсткості, за допомогою чого реалізовано змінення траєкторії рухомих частинок у потоці пари з гальмуванням останніх при порівняно низькому гідравлічному опорі (прохідного перерізу), з ефективним виведенням з потоку робочої пари та осадженням, за рахунок чого досягнуте підвищення ефективності видалення твердих частинок при малих гідравлічних втратах потоку робочої пари та зниження зношування елементів проточної частини турбіни і регулювального обладнання.

Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для очищення пари від сторонніх включень, який містить корпус, що складається з дифузорної (розширювальної), циліндричної і конфузорної (звужувальної) ділянок та з накопичувача сторонніх включень, згідно з винаходом, бо у корпусі пристрою змінного перерізу із входу до входу у місцях сполучення циліндричної ділянки з розширеними частинами дифузорної та конфузорної ділянок виконані скруглення, усередині циліндричної ділянки перпендикулярно до осі встановлений обтічний екран, виконаний з матеріалу підвищеної твердості з поверхнею підвищеної шорсткості з боку дифузора, при цьому відстань від торця екрана до внутрішньої поверхні циліндричної ділянки не менше радіуса вхідного трубопроводу, а в нижній частині циліндричної ділянки виконано прийомну порожнину, сполучену із дренажним відводом.

Корпус пристрою змінного перерізу із входу на вихід виконаний з дифузорною, циліндричною і конфузорною ділянками, при цьому (за умов розташування відбивного екрана) відстань від торця екрана до внутрішньої поверхні циліндричної ділянки не менше радіуса вхідного трубопроводу, що дозволяє зберегти відносно постійним прохідний переріз каналу, по якому рухається паровий потік, для підвищення якості очищення з ефективним видаленням твердих частинок при малих гідравлічних втратах потоку робочої пари.

У місцях сполучення циліндричної ділянки з розширеними частинами дифузорної та конфузорної ділянок виконані скруглення, що дозволяє підвищивши обтікання проточної частини, знизити втрати енергії при розширенні та звуженні потоку і досягти якісного очищення з ефективним видаленням твердих частинок при малих гідравлічних втратах потоку робочої пари.

Усередині циліндричної ділянки перпендикулярно до осі корпусу встановлено обтічний екран, виконаний з матеріалу підвищеної твердості і підвищеної шорсткості з боку дифузора, що дозволяє реалізувати гальмування основної маси сторонніх частинок з розворотом тих, які ще рухаються в потоці пари, з втратою ними кінетичної енергії та ефективним виведенням останніх з потоку пари.

У нижній частині циліндричної ділянки корпусу виконано прийомну порожнину із дренажним відводом для накопичення та виведення загальмованих (за допомогою екрана та повороту потока пари) сторонніх включень.

На кресленні подано пристрій для очищення пари від сторонніх включень.

Пристрій для очищення пари від сторонніх включень містить установлений у розрізі трубопроводу 1 корпус змінного перерізу, вхідний і вихідний діаметри якого відповідають діаметру трубопроводу (паропроводу) 1. Вхідна ділянка корпусу виконана у вигляді дифузорної ділянки 2, а вихідна - у вигляді конфузорної ділянки 3. Між дифузорною 2 і конфузорною З ділянками установлена циліндрична ділянка 4, до якої з двох сторін приєднано бокові стінки 5. У місцях сполучення стінок 5 циліндричної ділянки 4 з розширеними частинами дифузорної ділянки 2 і конфузорної ділянки З виконані скруглення б, що переходять в обмежуючі циліндричну ділянку 4 бокові стінки 5. Усередині циліндричної ділянки 4 на заданій відстані від бокових стінок 5 перпендикулярно до осі корпусу установлено обтічний екран 7, виконаний з матеріалу підвищеної твердості з поверхнею підвищеної шорсткості з боку дифузорної ділянки 2. При цьому відрізок від торця екрана 7 до внутрішньої поверхні циліндричної ділянки 4 не менше радіуса вхідного трубопроводу 1. У нижній частині циліндричної ділянки 4 виконана прийомна порожнина 8, сполучена із дренажним відводом 9.

Пристрій працює в такий спосіб.

При проходженні потоку пари, що містить сторонні включення (частинки окалини та ін.), через переріз проточної частини пристрою на розширенні дифузорного ділянки значно зменшується швидкість пари при збереженні швидкості сторонніх включень та траєкторії їх руху у напрямку екрана. Поток пари обтікає відбивну поверхню екрана 7 з втратою швидкості частинками сторонніх включень, що утримуються в потоці. У місцях повороту потоку при обтіканні екрана 7 за рахунок коріолісової сили відбувається притиснення рухомих часток в парі до стінок з відкиданням у пристінні кутові зони циліндричної ділянки корпусу. Затягнуті у вихрові потоки кутових зон частинки сторонніх включень гальмуються, втрачають швидкість і запас кінетичної енергії та сповзають по бокових стінках 5 у прийомну порожнину 8.

При зіткненні твердих частинок сторонніх включень, що рухаються в центральній частині потоку пари, з поверхнею екрана 7, виконаного з матеріалу (підвищеної твердості) з підвищеною шорсткістю з боку дифузорної ділянки 2 відбувається їхнє дроблення на більш дрібні фрагменти із втратою швидкості. Частково відбиті тверді частинки здійснюють розворот на 90" ї потрапляють назад в потік, однак, кінетичної енергії зіткнених частинок виявляється недостатньо для продовження руху у паровому потоці, що має низьку швидкість, і вони також випадають у прийомну порожнину 8, з якої періодично при продувці виводяться з пристрою через дренажний відвід 9.

Приклад конкретного виконання

Для забезпечення мінімальних втрат енергії в потоці запропонований пристрій виконують із дотриманням оптимальних геометричних параметрів прохідного перерізу дифузорно- бо конфузорного каналу з циліндричною ділянкою всередині і параметрами установки в ньому відбивного екрана при співвідношенні елементів конструкції: кут розкриття дифузора с - 14, віднешення довжини дифузорної ділянки до внутрішнього діаметра вхідного трубопроводу

І.тр ; відношення радіуса скруглення стінок до діаметра вхідного трубопроводу в в

ТР ; відношення відстані екрана від бокової стінки до вхідного діаметра трубопроводу п во

ТР ; відношення діаметра екрана до внутрішнього діаметра вхідного трубопроводу

НЕ

---30

ОтР

Відстань від торцевих стінок екрана до стінок циліндричної ділянки пруймають такою, що дорівнює відстані екрана до бокової стінки з урахуваннву мирини екрана ВХ ї ; а відстань -ййи 07 бокової стінки до екрана на вході в конфузорну ділянку Оте .

Для зменшення втрат при проходженні потоку в місцях сполучення дифузорної і

Кене ділянок з циліндричною, скруглення стінок виконують радіусом ск - (05:06) Отр.

Для зменшення гідравлічних втрат основного потоку при повороті скруглення крайок екрана

Аск- 7 виконують радіусом, що дорівнює половині його товщини 2 ,де А - товщина екрана.

Розрахунки, проведені для проміжного пароперегрівника котла ТГМП-314, звідки пар кінематичної в'язкості 2,07:105 ме/с при швидкості 60 м/с паропроводом з внутрішнім діаметром 320 мм при середньому тиску 3,8 МПа і температурі 540 "С пари по діаметру паропровода проміжного пароперегрівника надходить до циліндра середнього тиску турбіни Т-250/300-240, доводять, що число Рейнольдса становить 1,65:105. При цьому гідравлічний опір запропонованого пристрою у порівнянні з гідравлічними втратами у загально прийнятому способі очищення пари за допомогою встановленої в перерізі паропроводу відбивної загороджувальної сітки буде у 2-3 рази нижче, що дозволить, забезпечивши зниження втрат тиску в системі регулювання турбіни, підвищити коефіцієнт корисної дії, знизити зношування елементів проточної частини парової турбіни і регулювального обладнання та сприятиме подовженню терміну експлуатації парових турбін.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій для очищення пари від сторонніх включень, який містить корпус, що складається з Зо дифузорної, циліндричної та конфузорної ділянок, і накопичувач сторонніх включень, який відрізняється тим, що у корпусі, що має змінний переріз у напрямку із входу до виходу, у місцях сполучення циліндричної ділянки з розширеними частинами дифузорної та конфузорної ділянок виконані скруглення, усередині циліндричної ділянки перпендикулярно до осі встановлений обтічний екран, виконаний з матеріалу підвищеної твердості з поверхнею підвищеної шорсткості з боку дифузорної ділянки, при цьому відстань від торця екрана до внутрішньої поверхні циліндричної ділянки не менше радіуса вхідного трубопроводу, а в нижній частині циліндричної ділянки виконано прийомну порожнину, сполучену із дренажним відводом.