Способ охлаждения пара

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) 1. Способ охлаждения пара путем подачи охлаждающей жидкости в поток пара, образования вращающегося кольцевого слоя парожидкостной смеси и поддержания заданных расходов, скоростей и энтальпий компонентов, отличающийся тем, что подачу охлаждающей жидкости в поток пара осуществляют на участках с максимальной скоростью пара. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающую жидкость на участках с максимальной скоростью пара подают в поток пара в виде капель. 4230 1 Изобретение относится к энергетике, в частности к редуцированию и охлаждению перегретого пара в пускосбросных устройствах тепловых и атомных электростанций. Известен способ охлаждения пара путем подачи охлаждающей жидкости в поток пара, образования вращающегося слоя парожидкостной смеси и охлаждения пара при его барботаже через слой охлаждающей воды 1. В данном способе охлаждения пара жидкость в поток пара подают на участке его движения с малой скоростью, причем жидкость подается в виде сплошной струи, разнонаправленной с потоком пара. Недостатками способа являются значительные массогабаритные характеристики устройства из-за больших толщин парожидкостного слоя и свободного объема за слоем,шум при работе из-за пульсаций давления в слое,пульсации самого слоя, вызванные схлопыванием пузырей, и, наконец, само схлопывание пузырей сопровождается звуковым эффектом. Известен способ охлаждения пара путем подачи охлаждающей жидкости в поток пара, образования вращающегося слоя парожидкостной смеси и охлаждения пара при его барботаже через этот слой 2. В данном способе охлаждения пара жидкость в поток пара также подают на участке его движения с малой скоростью и также жидкость подается в виде сплошной струи, но спутнонаправленной с потоком пара. Это позволяет несколько снизить шум и массогабаритные характеристики устройства. Недостатками способа являются значительные массогабаритные характеристики устройства из-за больших толщин парожидкостного слоя и свободного объема за слоем,шум при работе устройства из-за пульсаций давления в слое, пульсаций самого слоя и схлопывания пузырей. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами является способ охлаждения пара,включающий подачу охлаждающей жидкости в поток пара, образование вращающегося слоя парожидкостной смеси и поддержание заданных расходов, скоростей и энтальпий компонентов 3. В данном способе охлаждения пара жидкость в поток пара подают также на участке его движения с малой скоростью и также жидкость в поток пара подается в виде сплошной спутнонаправленной струи. Поддержание расхода охлаждающей жидкости и отношения радиальной скорости пара к окружной скорости пароводяной смеси постоянными и в заданном диапазоне позволяют снизить толщину свободного объема за парожидкостным слоем и, соответственно, снизить массогабаритные характеристики устройства охлаждения пара. Недостатками указанного способа являются значительные массогабаритные характеристики устройства из-за большой толщины парожидкостного слоя и значительной толщины свободного объема за слоем,шум при работе устройства из-за схлопывания паровых пузырей на выходе из парожидкостного слоя и пульсаций параметров слоя, связанных со схлопыванием пузырей. Задачей настоящего изобретения является создание способа, обеспечивающего снижение массогабаритных характеристик устройства охлаждения пара и снижение шума при работе этого устройства. В результате решения данной задачи достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности получения малогабаритных и малошумных устройств для охлаждения пара. Данный технический результат достигается тем, что в способе охлаждения пара, включающем подачу охлаждающей жидкости в поток пара, образование вращающегося слоя парожидкостной смеси и поддержание заданных расходов, скоростей и энтальпий компонентов, подачу охлаждающей жидкости в поток пара осуществляют на участках с максимальной скоростью пара. В оптимальном варианте охлаждающую жидкость на участках с максимальной скоростью пара подают в поток пара в виде капель. Отличительной особенностью данного изобретения является подача охлаждающей жидкости в поток пара на участках с максимальной скоростью пара. При подаче охлаждающей жидкости в поток пара на участках с малой скоростью пара, в частности непосредственно в парожидкостный слой, как в способе-прототипе,охлаждение пара происходит только в процессе барботажа паровых пузырей через этот слой. Скорость барботажа паровых пузырей низка, поэтому интенсивность тепло- и массообменных процессов между паром и жидкостью мала. Паровой пузырь должен пройти длинный путь поперек парожидкостного слоя, чтобы отдать тепло и снизить температуру пара. Кроме того, перед барботажным слоем образуется переходная паровая зона, в которой происходит равномерное распределение пара по окружности парожидкостного слоя. За барботажным слоем также необходимо иметь зону (расчетной толщины) возврата капель жидкости в парожидкостный слой. Пузыри пара, выходя на поверхность парожидкостного слоя, схлопываются. Размеры паровых пузырей,формирующихся в слое, пропорциональны его толщине, а капли жидкости, образующиеся при схлопывании пузыря, пропорциональны диаметру пузыря. 2 4230 1 Чем толще парожидкостный слой, тем крупнее капли и больше ширина зоны возврата капель жидкости в этот слой. Подача охлаждающей жидкости на участках с максимальной скоростью пара позволяет исключить переходную паровую зону, поскольку формирование парожидкостного слоя происходит во входных каналах перед слоем,снизить толщину барботажного слоя за счет значительного снижения температуры пара во входных каналах из-за больших относительных скоростей пара и жидкости,снизить толщину зоны возврата капель жидкости из-за меньшего размера этих капель,снизить шум устройства из-за снижения размеров пузырей и снижения интенсивности пульсаций парожидкостного слоя как вследствие отсутствия переходной паровой зоны, так и снижения толщины парожидкостного слоя. В результате этого масса устройства равной производительности с прототипом снизилась в 1,5-1,8 раза, а уровень интенсивности звука при его работе снизился на 5 - 8 децибел. На фиг. 1 изображено устройство охлаждения пара (продольное сечение). На фиг. 2 показано поперечное сечение по А - А устройства охлаждения фиг. 1. Рассмотрим устройство на фиг. 1 и 2, которое реализует предлагаемый способ. Устройство охлаждения пара содержит корпус 1, направляющий аппарат 2, камеру 3 охлаждения пара,патрубок 4 подвода горячего пара, кольцевой раздающий пар ресивер 5, патрубок 6 подвода охлаждающей жидкости, патрубок 7 вывода охлажденного пара, раздающий ресивер 8 охлаждающей жидкости, отверстия 9 подачи охлаждающей жидкости. Камера 3 охлаждения пара образована направляющим аппаратом 2 и стенками корпуса 1 и охвачена с внешней стороны кольцевым раздающим ресивером 5 пара. Корпус 1 снабжен двумя коллекторами 8, предназначенными для раздачи охлаждающей жидкости, и патрубками 6 подвода жидкости к ним. К корпусу 1 крепятся также патрубок 4 подвода горячего пара и патрубок 7 отвода охлажденного пара. Ресиверы 8 охлаждающей жидкости снабжены отверстиями 9 подачи охлаждающей жидкости в каналы направляющего аппарата 2. Далее рассмотрим работу данного устройства, из которого станет ясна и сущность заявляемого способа. Горячий пар поступает в кольцевой раздающий ресивер 5 устройства охлаждения по патрубку 4 подвода и далее из ресивера 5 в каналы направляющего аппарата 2. Охлаждающая жидкость подается в ресиверы 8 охлаждающей жидкости, закрепленные с двух сторон корпуса 1, по патрубкам 6 и далее через отверстия 9 также поступает в каналы направляющего аппарата. В каналах направляющего аппарата 2 происходит интенсивное перемешивание пара и жидкости, и образованная парожидкостная смесь поступает в камеру 3 охлаждения пара. В камере 3 охлаждения пара образуется кольцевой парожидкостный слой, из которого пар отводится барботированием его через жидкость. Охлажденный пар по патрубку 7 направляется к потребителям. Охлаждающая жидкость может поступать в каналы направляющего аппарата 2 из ресиверов 8 либо в виде тонких струй, либо в виде капель. В последнем случае в отверстиях 9 подачи охлаждающей жидкости устанавливают распылительные форсунки. При подаче охлаждающей жидкости в виде капель ее поверхность много больше, чем поверхность при струйной подаче жидкости. Большая поверхность контакта охлаждающей жидкости с паром и высокая относительная скорость пара и жидкости обеспечивают условия интенсивного охлаждения пара и его перемешивания с жидкостью уже в каналах направляющего аппарата 2. Ввод в камеру 3 охлаждения пара парожидкостной смеси, а не пара и жидкости раздельно устраняет переходную паровую зону в камере 3 охлаждения пара. Таким образом, предлагаемый способ охлаждения пара обеспечивает снижение массы устройства охлаждения пара при вводе охлаждающей воды в виде струй в 1,5 раза, а в виде капель в 1,8 раза и одновременно позволяет снизить уровень интенсивности звука на 5 и 8 децибел. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.