парогенерирующая установка

Формула изобретения

1. ПАРОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА, содержащая последовательно установленные разгонное конфузорное сопло, тело вращения, снабженное управляющим устройством для осевого перемещения, сепарирующее устройство и газоотводное устройство, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, тело вращения выполнено в виде конуса с вершиной, направленной по потоку с образованием кольцевого конфузорного канала переменной конфузорности, а сепарирующее устройство примыкает к выходу конфузорного сопла в виде кольцевого уступа и через перфорированный сквозными отверстиями трубопровод соединено со сборником пара и газоотводным устройством, содержащим трубопровод, регулируемый дроссель и отсечной клапан.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительные сборник пара и газоотводное устройство, причем кольцевой уступ соединен сквозными отверстиями через дополнительный сборник пара с дополнительным газоотводным устройством со своими трубопроводом, регулируемым дросселем и отсечным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к парогенерирующей технике и предназначено для охлаждения жидкости, например криогенной, а также для получения химически чистого компонента в виде паровой фазы из жидкости многокомпонентной или с различными примесями и может быть использовано в криогенной, химической, нефтяной, пищевой промышленности и ядерной энергетике.

Известно устройство авт.св. СССР N 684164 для охлаждения высоконапорной криогенной жидкости, представляющее собой конфузорно-диффузорное сопло с криволинейной сепарирующей поверхностью, газоотводным патрубком и диффузором для отвода жидкой фазы рабочего тела. Принцип работы этого устройства заключается в испарении жидкости в сопле при понижении статического давления и создании скорости потока в критическом сечении, равной скорости звука, что определяет зависимость величины подачи только от параметров потока жидкости на входе в устройство, а именно от уровней давления и температуры.

Поэтому при определенных и постоянных уровнях этих параметров величина подачи строго определена и не зависит от противодавления. Это является недостатком при необходимости изменения подачи в широком диапазоне с сохранением постоянных входных условий.

Кроме того, при изменении входных условий и, следовательно, изменении подачи, нарушается оптимальность процесса испарения и разделения на фазы в связи с качественным изменением течения парожидкостной смеси. Так, например, при уменьшении давления на входе в конфузорно-диффузорное сопло возможно появление докритического режима течения парожидкостной смеси, при котором в диффузоре происходит процесс конденсации пара, а при увеличении давления возможно появление такого сверхкритического течения, при котором оптимальное расширение потока возможно за пределами сопла.

Таким образом, в указанном устройстве оптимальный процесс парообразования возможен только на одном, расчетном режиме, что тоже является недостатком.

Известно парогенерирующее устройство, содержащее входную камеру с тангенциальным подводящим патрубком и соосно установленной в крышке трубой для отвода пара, подключенной в центральной части днища к выходной камере, а между входной и выходной камерами установлен расширяющийся по ходу потока переходник, в котором установлен дроссель с приводом для осевых перемещений. Принцип работы этого устройства заключается в том, что жидкость подают по тангенциальному патрубку во входную камеру, при движении к центру которой скорость жидкости возрастает за счет сохранения количества движения, а давление подает до давления насыщенного пара.

Недостатком этого устройства является довольно узкий диапазон оптимальных режимов работы по величине подачи и входным условиям, так как входная камера, где идет процесс испарения, имеет постоянную геометрию, а дроссель является только элементом регулирования отбора пара. Кроме того, имеются повышенные затраты энергии на создание вращательного движения жидкости во входной камере и на преодоление потерь давления из-за трения.

С целью устранения указанных недостатков, а именно для оптимизации процессов парогенерации и охлаждения жидкости в широком диапазоне изменения величины подачи, температуры и давления и для повышения экономичности, по оси конфузорного струйного сопла парогенерирующей установки расположено коническое тело, вершиной конуса выставленное по потоку и перемещаемое вдоль оси специальным управляющим устройством с образованием кольцевого конфузорного канала переменной конфузорности, а сепарирующее устройство выполнено непосредственно на выходе конфузорного сопла в виде кольцевого уступа, при этом газоотводное устройство представляет собой перфорированный сквозными отверстиями участок трубопровода, примыкающий к кольцевому уступу и имеющий снаружи кожух для сбора пара, а для отвода последнего служит трубопровод с регулируемым дросселем и отсечным клапаном.

Сепарирующий кольцевой уступ может быть соединен сквозными отверстиями с дополнительным наружным сборником пара, имеющим дополнительные трубопровод, регулируемый дроссель и отсечной клапан.

На чертеже представлена схема предлагаемой парогенерирующей установки, продольный разрез.

Парогенерирующая установка содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода жидкости и конфузорным соплом 3, по оси которого расположено коническое тело 4, жестко соединенное стержнем 5 со специальным управляющим устройством 6, обеспечивающим перемещение конического тела 4 вдоль оси. Между внутренней поверхностью конфузорного сопла 3 и наружной поверхностью конического тела 4 имеется кольцевой конфузорный канал 7, конфузорность которого переменная в зависимости от положения конического тела 4. Корпус 1 соединен с трубопроводом 8, а в месте соединения имеется кольцевой уступ 9, служащий сепарирующим устройством. На участке трубопровода 8, примыкающем к кольцевому уступу 9, имеются сквозные отверстия 10 для отбора пара, а снаружи этот участок трубопровода 8 имеет кожух 11 для сбора пара. К кожуху 11 подсоединен трубопровод 12 с регулируемым дросселем 13 и отсечным клапаном 14.

Сепарирующий кольцевой уступ 9 соединен сквозными отверстиями 15 с дополнительным сборником 16 пара, к которому подсоединен дополнительный трубопровод 17 с дополнительным регулируемым дросселем 18 и отсечным клапаном 19.

При работе парогенерирующей установки жидкость при заданных параметрах подают посредством патрубка 2 в корпус 1, где она поступает затем в кольцевой конфузорный канал 7, в котором происходит расширение до давления в потоке, равного давление насыщенного пара жидкости при заданной температуре, в результате чего жидкость вскипает.

При дальнейшем истечении парожидкостного потока из кольцевого конфузорного канала 7 пар сепарируется на кольцевом уступе 9 в результате вихревого взаимодействия с ним. Затем пар поступает через сквозные отверстия 10 в наружный кожух 11, откуда по трубопроводу 12 направляется к потребителю или в дренаж.

На некотором расстоянии по потоку от кольцевого уступа 9 в трубопроводе 8 заканчивается выделение и отделение пара из парожидкостного потока, и в жидкости при ее дальнейшем движении происходит процесс восстановления давления, превышающего по уровню давление насыщенного пара. С помощью специального управляющего устройства 6 осуществляют перемещение конического тела 4 по оси конфузорного сопла 3 и устанавливают оптимальное сочетание конфузорности кольцевого конфузорного канала 7 и величины проходной площади на выходе из конфузорного сопла 3 на каждом режиме работы с учетом величины подачи, температуры и давления. Таким образом, процесс парообразования и истечения парожидкостной смеси докритический, критический или сверхкритический находится под контролем и может быть в каждом конкретном случае видоизменен.

Получение требуемых конечных результатов производится также с помощью дополнительного отбора пара непосредственно с сепарирующего кольцевого уступа через сквозные отверстия 15.

Регулирование отбора пара производится дросселями 13 и 18.

Наличие дополнительных сборника 16 пара, трубопровода 17 и отсечного клапана 19 позволяет осуществлять перераспределение отбора пара через отверстия 10 и 15.

Так, например, в случае работы парогенерирующей установки при малой величине подачи, когда паровая область имеет небольшую протяженность по оси трубопровода 8 и через отверстия 10 может идти жидкая фаза, закрывается отсечной клапан 14 и весь пар поступает в дополнительный сборник 16 и затем в трубопровод 17.

Это дает возможность оптимизации процесса испарения в широком диапазоне изменения температуры, давления и подачи, вплоть до полного прекращения поступления жидкости, что является преимуществом по сравнению с прототипом.

Другим преимуществом является наличие четкой границы между струей жидкости и паровой зоной при сепарации пара на кольцевом уступе и на некотором расстоянии за ним по потоку, что приводит к более экономичному процессу получения сухого пара и охлаждению жидкости после сепарации последнего.

При применении парогенерирующей установки в целях охлаждения большое значение имеет процесс расширения. В кольцевом конфузорном канале с оптимальной конфузорностью этот процесс происходит за счет геометрических параметров сопла при меньших потерях давления, переходящих в тепло, и, следовательно, более экономичен, чем в устройстве прототипа, где при вращении жидкости возникают значительно большие потери давления, например на трение.