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Einrichtung zur Schwerkraft-und Fliehkrafttrennung von Zweistoffgemischen
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dann wie bei den bisher üblichen Wasser-Dampf-Trenngefässen an eine beliebige Stelle des Kreislaufes zurückgeführt werden.
Nach Fig. 3 sind in den Sammler-l-Trennwände-9-eingeschweisst, so dass der Sammler in dampfführende Kammern --10-- und wasserführende Kammern--11--unterteilt ist.
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--9-- diedurchbrochen.
Wenn nun das Dampf-Wasser-Gemisch durch die Zuführungsleitung --5-- tangential in die Trennkammer --4-- einmündet, so wird auch hier dieses Gemisch zunächst an der Wandung der Trennkammer in mehreren Umläufen entlang geschleudert und strömt nach aussen in Richtung auf die beiden Trennwände-9-zu. Während dieses Umlaufes des Gemisches trennt sich der Dampf von dem Wasser, so dass der Dampf durch die Tauchrohre --7-- abströmt, während das Wasser über den Ringspalt --14-- in die wasserführende Kammer --11-- ausgeschleudert wird.
Das abgeschiedene Wasser strömt dann aus der wasserführenden Kammer --11-- über die Wasserabführungsrohre - 2-- zurück in den Kreislauf, während der über die Tauchrohre --7-- abströmende Dampf von den dampfführenden Kammern --10-- über Dampfabführungsrohre --3-- abgeleitet wird.
Da es bei geringen oder sehr hohen Durchsatzmengen möglich ist, dass aus der Trennkammer mit dem Wasser gleichzeitig auch Dampf durch den Ringspalt --14-- ausgeschleudert wird, ist es vorteilhaft, wenn die Wasserabführungsleitung--2--zunächst in ein Wasser-Dampf-Trenngefäss mit konstantem Wasserspiegel eingeleitet wird. Der Dampf über diesem Wasserspiegel kann dann über die Leitung --16-- in die dampfführende Kammer --10-- zurückgeleitet werden, so dass damit auch ein Druckausgleich mit der wasserführenden Kammer--11--hergestellt wird. Darüber hinaus kann durch diese Leitung --16-- auch Spritzwasser, das durch die Tauchrohre--7--in die dampfführende Kammer--10--gelangt, abfliessen.
Im allgemeinen bildet sich in der Trennkammer entlang der Innenwandung eine ungleichmässige
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Zum Ausgleich dieser ungleichen Verteilung kann es vorteilhaft sein, die Trennkammer rotationssymmetrisch derart auszubilden, dass deren Durchmesser in der Mitte im Bereich der Gemischzuführungen am grössten ist und nach aussen abnimmt. Darüber hinaus kann die Trennkammer im Bereich der tangentialen Gemischzuführung zusätzlich noch nach aussen aufgeweitet sein.
Bei Anordnung mehrerer Gemischzuführungen ist es zweckmässig, wenn diese zur Erhöhung des Dralles auf ein und derselben Kreislinie am Umfang in die Trennkammer einmündet.
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eingebaut werden.
Da sich bei ungeteilten und längeren Sammlerrohren der Einbau von einzelnen Trennwänden sowie der entsprechenden Trennkammern als schwierig erweisen kann, ist es auch möglich, die wasserführende Kammer mit den Trennwänden und den Trennkammern als bauliche Einheit zusammenzufassen und in den Sammler bis an die entsprechende Zuführungsstelle einzuschieben. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Dort sind die Trennwände --9--
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--15-- fest--l-- eingeschoben werden.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen lediglich eine Möglichkeit des Einbaus derartiger Trenner. Es ist jedoch möglich, die Zuführung des Dampf-Wasser-Gemisches von jeder beliebigen Seite her in den Sammler vorzunehmen. Darüber hinaus ist auch die Anzahl der angeschlossenen Abführungsrohre für das anfallende Wasser und den Dampf nicht auf die beschriebene Anzahl beschränkt.
Nach Fig. 6 und 7 sind koaxial zur Achse des Sammlers-l-ebenfalls rotationssymmetrische Trennkammern --4-- mit einer tangentialen Zuführung --17-- für das Dampf-Wasser-Gemisch, mit Stirnwänden-7-und mit in die Trennkammer --2-- hineinragenden Tauchrohren --5--
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versehen. In der Nähe der Stirnwände --7-- im Mantel der Trennkammer --4-- sind, wie insbesondere aus dem Längsschnitt VIB und der Schnittzeichnung nach Fig. 8 ersichtlich ist,
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seitliche Kammer--24--zur Zuführung des Dampf-Wasser-Gemisches vorgesehen sind. Die einzelnen Kammern erstrecken sich über die gesamte Länge des Sammlern so dass z.
B. von der wasserführenden Kammer--22--nur eine geringe Anzahl von Wasserabführungsleitungen --28-- auszugehen braucht.
Der Trennvorgang des eingeleiteten Gemisches verläuft wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen nach Fig. l bis 5.
Nach der Schnittzeichnung in Fig. 9 sind zur sicheren Abführung des aus den Tauchrohren - -7-- ausströmenden Dampfes in die dampfführende Kammer--23--zwischen den einzelnen Trennkammem--4--Rohrstücke--25--mit einem oberen Längsspalt --26-- angeordnet. Der sich in der Kammer--23--sammelnde Dampf strömt dann über die Rohrleitungen--29--in die nachgeschalteten Kesselheizflächen.
Da geringe Durchsatzmengen und geringe Strömungsgeschwindigkeiten in der Trennkammer nur einen geringen Drall ausüben, so dass die Fliehkraftwirkung nur sehr gering ist, wirken die beschriebenen Trennkammern gleichzeitig als Schwerkraftabscheider, da dann das Wasser lediglich aus dem unteren Bereich der Trennkammer durch die Wasserabführöffnungen abläuft.
Der wesentliche Vorteil einer derartigen Trennung von Dampf-Wasser-Gemischen liegt darin, dass die axiale Strömungskomponente des spezifisch leichteren Mediums zu den des schwereren Mediums gleichgerichtet ist. Dadurch werden Verwirbelungen wie in herkömmlichen Zyklonen und ein Mitreissen des schwereren Mediums durch das leichtere sicher vermieden. Darüber hinaus verhindern die Wasserabführöffnungen, die die Tauchrohre teilweise oder ganz umgeben, Staubildungen des abgetrennten Wassers und gewährleisten somit einen besseren Abscheidegrad.
Mit dem Einbau der beschriebenen Abscheider in die herkömmlichen Sammler können somit die bisher üblichen Wasser-Dampf-Trenngefässe hinter dem Verdampfer eingespart werden. Dabei ist es nicht einmal erforderlich, die Sammler im Volumen zu vergrössern, sondern es ist völlig ausreichend, wenn die bisher üblichen Sammler mit der beschriebenen Trenneinrichtung versehen werden.
Selbstverständlich dienen derartige Trennsammler nicht nur zur Trennung von Dampf-WasserGemischen hinter dem Verdampfer, sondern sie können auch an jeder beliebigen andern Stelle, an der eine Trennung von Dampf und Wasser erforderlich ist, eingebaut werden. Das gilt insbesondere für Dampferzeuger von Kernkraftwerken, bei denen der Dampf im allgemeinen eine hohe Nässe aufweist.
Ausserdem können derartige Abscheider auch generell zur Trennung von Zweistoffgemischen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Schwerkraft-und Fliehkrafttrennung von Zweistoffgemischen, insbesondere von Dampf-Wasser-Gemischen in Sammlern von Durchlaufdampferzeugern mit in die Sammler eingebauten rotationssymmetrischen und horizontal angeordneten, Trennkammern, die mindestens eine tangentiale Zuführung für das Dampf-Wasser-Gemisch und die Stirnwände durchbrechende koaxiale
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Zuführung (5 ; 17) für das Dampf-Wasser-Gemisch im mittleren Bereich des Trennkammermantels (4) einmündet und dass die Trennkammern (4) in den an beide Stirnwände (6 ; 9) angrenzenden Bereichen Öffnungen (8 ; 14 ; 18) zur Wasserabführung aufweisen.
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Device for gravity and centrifugal force separation of two-substance mixtures
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can then be returned to any point in the circuit, as with the water-steam separation vessels that were customary up to now.
According to Fig. 3, 1-partition walls -9-are welded into the collector, so that the collector is divided into steam-carrying chambers --10 - and water-carrying chambers - 11 -.
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--9-- which pierced.
If the steam-water mixture flows through the supply line --5-- tangentially into the separating chamber --4--, then this mixture is first thrown along the wall of the separating chamber in several cycles and flows outwards in the direction towards the two partitions-9-zu. During this circulation of the mixture, the steam separates from the water, so that the steam flows out through the immersion pipes --7--, while the water is ejected through the annular gap --14-- into the water-bearing chamber --11--.
The separated water then flows out of the water-carrying chamber --11-- via the water discharge pipes - 2-- back into the circuit, while the steam flowing out via the immersion pipes --7-- flows from the steam-carrying chambers --10-- via steam discharge pipes - -3-- is derived.
Since it is possible with low or very high throughput quantities that steam is also ejected through the annular gap --14-- from the separating chamber with the water, it is advantageous if the water drainage line - 2 - first turns into a water-steam -Separation vessel with constant water level is introduced. The steam above this water level can then be fed back via line --16-- into the steam-carrying chamber --10-- so that pressure equalization with the water-carrying chamber - 11 - is also established. In addition, splash water that passes through the immersion tubes - 7 - into the steam-carrying chamber - 10 - can also flow off through this line --16 -.
In general, an uneven wall is formed in the separation chamber along the inner wall
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To compensate for this uneven distribution, it can be advantageous to design the separation chamber to be rotationally symmetrical in such a way that its diameter is greatest in the center in the area of the mixture feeds and decreases towards the outside. In addition, the separation chamber can also be widened outward in the area of the tangential mixture feed.
If several mixture feeds are arranged, it is useful if they open into the separating chamber on the circumference to increase the twist on one and the same circular line.
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to be built in.
Since the installation of individual dividing walls and the corresponding dividing chambers can prove to be difficult with undivided and longer collector pipes, it is also possible to combine the water-bearing chamber with the dividing walls and the separating chambers as a structural unit and to push them into the collector up to the corresponding feed point. Such an embodiment is shown in FIGS. There are the partitions --9--
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--15-- firmly - l-- can be inserted.
The exemplary embodiments shown only show one possibility of installing such separators. However, it is possible to supply the steam-water mixture from any side into the collector. In addition, the number of connected discharge pipes for the resulting water and steam is not limited to the number described.
According to FIGS. 6 and 7, there are also rotationally symmetrical separating chambers --4-- with a tangential feed --17-- for the steam-water mixture, with end walls -7- and into the separating chamber, coaxial with the axis of the collector-1 --2-- protruding immersion tubes --5--
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Mistake. In the vicinity of the end walls --7-- in the jacket of the separation chamber --4--, as can be seen in particular from the longitudinal section VIB and the sectional drawing according to FIG. 8,
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lateral chamber - 24 - are provided for supplying the steam-water mixture. The individual chambers extend over the entire length of the collector so that, for.
B. from the water-carrying chamber - 22 - only a small number of water drainage lines --28-- needs to be assumed.
The separation process of the introduced mixture proceeds as in the previously described exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 5.
According to the sectional drawing in Fig. 9, for safe discharge of the steam flowing out of the dip tubes - -7-- into the steam-carrying chamber - 23 - between the individual separating chambers - 4 - pipe pieces - 25 - with an upper longitudinal gap --26-- arranged. The steam that collects in the chamber - 23 - then flows through the pipes - 29 - into the downstream boiler heating surfaces.
Since low throughput quantities and low flow velocities only exert a slight twist in the separation chamber, so that the centrifugal force effect is only very slight, the separation chambers described also act as gravity separators, since the water then only runs off from the lower area of the separation chamber through the water discharge openings.
The main advantage of such a separation of steam-water mixtures is that the axial flow component of the specifically lighter medium is aligned with that of the heavier medium. This reliably prevents turbulence as in conventional cyclones and the heavier medium being carried away by the lighter one. In addition, the water drainage openings that partially or completely surround the immersion tubes prevent the separated water from building up and thus ensure a better degree of separation.
With the installation of the separators described in the conventional collectors, the water-steam separation vessels that were previously used behind the evaporator can be saved. It is not even necessary to increase the volume of the collectors, but it is completely sufficient if the collectors that have been customary up to now are provided with the separating device described.
It goes without saying that such separating collectors are not only used to separate steam-water mixtures downstream of the evaporator, but they can also be installed at any other point where steam and water need to be separated. This applies in particular to steam generators in nuclear power plants, where the steam is generally very wet.
In addition, such separators can also generally be used to separate two-component mixtures.
PATENT CLAIMS:
1. Device for the gravity and centrifugal force separation of two-substance mixtures, in particular of steam-water mixtures in collectors of continuous steam generators with rotationally symmetrical and horizontally arranged separating chambers built into the collectors, the at least one tangential feed for the steam-water mixture and the end walls breaking through coaxial
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Feed (5; 17) for the steam-water mixture in the middle area of the separation chamber jacket (4) opens and that the separation chambers (4) in the areas adjoining both end walls (6; 9) openings (8; 14; 18) for Have water drainage.
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