центробежный сепаратор

Формула изобретения

Центробежный сепаратор, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для разделения пароводяной смеси на пар и воду и может быть использовано в конструкциях сепарационных устройств парогенерирующего оборудования АЭС.

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.).

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.

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.).

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.

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.

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.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен центробежный сепаратор.

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.

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.

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.

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.