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Dampfentwässerer Die Erfindung betrifft einen Dampfentwässerer mit
einem senkrechten Wirbelrohr mit einer axialen Einlaßöffnung für das Dampf-Wasser-Gemisch
an seinem unteren Ende und einer axialen Auslaßöffnung an seinem oberen Ende, mit
einer zwischen Einlaßöffnung und Wirbelrohr angeordneten Drallerzeugungseinrichtung,
mit einem ersten ringförmigen Wasserauslaß, der aus einem ein kurzes Stück in die
Auslaßöffnung des Wirbelrohres hineinragenden konzentrischen Innenrohr, einer mit
ihrer Innenkante an dem Innenrohr in Abstand von der oberen Kante des Wirbelrohres
befestigten Deckplatte und einem an der Außenkante der Deckplatte befestigten, das
Wirbelrohr in Abstand umgebenden Mantel gebildet ist, und mit einem zweiten ringförmigen
Wasserauslaß, der aus einem koaxial in dem Innenrohr des ersten Wasserauslasses
mit Abstand angeordneten Auslaßrohr und einer von der Deckplatte des Innenrohres
in Abstand angebrachten und mit ihrem Innenrand an der Oberkante des Auslaßrohres
befestigten ringförmigen Deckplatte gebildet ist.
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Bei einem bekannten Dampfentwässerer dieser Art ist ein erstes Wirbelrohr,
welches den genannten ersten Wasserauslaß hat, axial an ein zweites Wirbelrohr mit
dem genannten zweiten Wasserauslaß angeschlossen, so daß der Dampf von dem ersten
Wirbelrohr zu dem zweiten Wirbelrohr strömt. Das zu dem zweiten ringförmigen Wasserauslaß
gehörende Auslaßrohr befindet sich dabei weit oberhalb in dem Innenrohr des ersten
Wasserauslasses.
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Bei großen Durchflußleistungen treten nun in derartigen Dampfentwässerern
in der Grenzschicht der durch die Drallerzeugungseinrichtung erzeugten Wirbel Wasserspritzer
auf, die leicht durch den Dampfstrom wieder mitgerissen werden können und damit
den Entwässerungsgrad verschlechtern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Dampfentwässerer der in Rede stehenden Art Vorkehrungen zu treffen, damit auch solche
Wasserspritzer aufgefangen werden und damit auch bei hoher Durchflußgeschwindigkeit
eine gute Entwässerung des Dampfes gewährleistet wird.
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Ausgehend von einem Dampfentwässerer der eingangs als bekannt vorausgesetzten
Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einlaßkante des
Auslaßrohres tiefer in das Wirbelrohr hineinragt als die Einlaßkante des Innenrohres
und an der Außenkante der Deckplatte des Auslaßrohres ein den Mantel des ersten
Wasserauslasses koaxial mit Abstand umgebendes Auslaßrohr be festigt ist.
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Zum Stand der Technik sei noch darauf hin-
gewiesen, daß Dampfentwässerer,
bei denen das abgeschiedene Wasser um 1800 umgelenkt wird, an sich bereits bekannt
sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anordnung
so getroffen, daß an der ringförmigen Auslaßöffnung zwischen dem Außenrohr und dem
Mantel ein durchlässiges Kontaktmaterial angeordnet ist.
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Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß das Innenrohr des
ersten Wasserauslasses etwa 2 bis 200/0, vorzugsweise 5 bis i.OO/o, der Länge des
Wirbelrohres hat und der erste Wasserauslaß in bezug auf die Auslaßkante des Wirbelrohres
so ausgebildet ist, daß das Innenrohr um etwa 15 bis 90 °/o, vorzugsweise 35 bis
65 0/o, des axialen Spaltes zwischen der Kante des Wirbelrohres und der Deckplatte
des ersten Wasserauslasses die Kante des Wirbelrohres überlappt.
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Der erfindungsgemäße Dampfentwässerer zeichnet sich auch bei hohen
Durchflußleistungen durch eine
sehr gute Entwässerung aus. Er kann
also auch bei kleinen Abmessungen eine gute Wirkung erzielen und eignet sich daher
insbesondere auch zur Anordnung innerhalb des Reaktordruckkessels von Siedewasserreaktoren,
bei denen eine besonders gute Entwässerung gefordert wird, um die radioaktive Anreicherung
in der Turbine zu begrenzen. Trotz wesentlich gesteigerter Kapazität arbeitet der
erfindungsgemäße Dampfentwässerer - mit verhältnismäßig geringen Druckhöhenverlusten.
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Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
an Hand der Zeichnung.
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F i g. 1 zeigt einen Dampfentwässerer im Längsschnitt; F i g. 2 zeigt
einen längs der Linie 2-2 der F i g. 1 gelegten Schnitt; F i g. 3 zeigt eine schaubildliche
Teildarstellung eines Dampfentwässerers.
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In Fig. 1 ist eine zum Teil geschnittene Längsansicht eines Dampfentwässerers
mit dem Vortrockner dargestellt. Dieses Gerät besteht aus einem Abscheiderteil 70
und einem Vortrocknerteil 72. Der Abscheiderteil enthält ein senkrechtes Wirbelrohr
74 mit einem Eintrittsrohr 76, das das Wirbelrohr mit der Einlaßöffnung 78 verbindet.
In der Nähe des Eintritt zum Wirbelrohr 74 sind als Drallerzeugungseinrichtung mehrere
flügel 80 angeordnet, die in ihrer Mitte durch eine Nabe 82 und an der benachbarten
Innenwand des Eintrittsrohres 76 getragen werden. Sie erzeugen. vorzugsweise eine
Geschwindigkeitssteigerung auf etwa 30 m je Sekunde, und gleichzeitig wird der beschleunigten
Dampfwassermischung eine Drehbewegung mit Hilfe der Flügel 80 erteilt.
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Die ungefähre Grenze zwischen diesen Wirbeln ist durch die gebrochene
Linie 84 angedeutet.
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Ein erster ringförmiger Wasserauslaß 88 enthält ein Innenrohr 86,
das von dem Auslaßende des Wirbelrohres 74 getrennt ist und um eine kurze Strecke
in dieses hineinragt, eine erste ringförmige Deckplatte 90, deren Innenkante an
der oberen Kante des Innenrohrs 86 befestigt ist und die quer zur Gerätelängsachse
verläuft, und einen zylindrischen Mantel 92, der konzentrisch von der äußeren Oberfläche
des Wirbelrohrs 74 absteht; der Mantel ist mit seiner oberen Kante an der Außenkante
der ersten Deckplatte 90 befestigt, um dazwischen einen Wasserwirbelauslaßweg 94
mit einer ringförmigen Auslaßöffnung 96 zu bilden. In dem Wasserwirbelauslaßweg
94 sind streckende Flügel 95 eingeschaltet, um die Drehbewegung des Wasserwirbels
anzuhalten.
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Ein zweiter ringförmiger Wasserauslaß 100 ist begrenzt durch ein
Dampfwirbelauslaßrohr 98, das sich gleichachsig durch das Innenrohr 86 erstreckt
und mit seiner Innenkante tiefer in das Wirbelrohr 74 hineinragt als die Einlaßkante
des Innenrohres 86, eine zweite ringförmige Deckplatte B02, deren Innenkante an
der Oberkante des Dampfwirbelauslaßrohrs 98 befestigt ist und die parallel zur ersten
Deckplatte 90 verläuft, und ein Außenrohr 104, das an der Außenkante der zweiten
Deckplatte 102 in solcher Lage befestigt ist, daß es den Mantel 92 gleichachsig
umgibt und dazwischen einen Grenzschichtentladeweg 106 mit einer ringförmigen Auslaßöffnung
108 bildet. Eine Masse aus flüssigkeitsdurchlässigem Kontaktmaterial 110 ist an
der ringförmigen Auslaßöffnung 108 angebracht, um den Strom der Enladeflüssigkeit
zu verteilen und daran zu hindern, daß er den umgebenden Flüssigkeitspegel 112 stört.
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Beim Betrieb fließt der Dampfwirbel durch das Innenrohr 98 in den
Vortrockner 72, der weiter unten im einzelnen erläutert wird. Der Wasserwirbel geht
durch die ringförmige Auslaßöffnung 88, und seine axiale Flußrichtung wird um 1800
umgekehrt, wenn er unter der ersten Deckplatte 90 und zurück durch den Wasserwirbelauslaßweg
94 zur ringförmigen Auslaßöffnung 96 in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung
fließt. Im Auslaßweg 94 sind die streckenden Flügel 95 vorgesehen, mit deren Hilfe
die Schraubenbewegung des aus dem Wasserwirbel entfernten Wassers angehalten wird.
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Bei dem vorliegenden Dampfentwässerer sammelt und entfernt der zweite
Wasserauslaß 100 bei hohen Durchflußleistungen in der Wirbelgrenzschicht auftretende
Wasserspritzer und verhindert damit die Verunreinigung des ausströmenden Dampfes
auch noch bei sehr hohen Flußgeschwindigkeiten. Der Grenzschichtfluß wird also gesammelt,
1800 axial rund um den ersten Wasserauslaß herumgeleitet und am Eintritt in den
ausströmenden Dampf gehindert. Das Grenzschichtwasser entlädt sich nach unten an
der Außenseite des Mantels 92 durch die Auslaßöffnung 108 und das ein Verteilsieb
bildende durchlässige Kontaktmaterial 110. Diese Anordnung verhindert die Störung
der Oberfläche 112 der Flüssigkeitsmasse 114, die den Dampfentwässerer umgibt.
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Auf Grund der beiden Wasserauslässe hat der durch das Auslaßrohr
98 in den Vortrockner 72 entladene Dampfwirbel auch bei hohen Flußgeschwindigkeiten
sehr geringen Feuchtigkeitsgehalt und erlaubt somit eine wesentlich höhere zulässige
Eingangsgeschwindigkeit oder Kapazität für eine gegebene, höchstzulässige Feuchtigkeitsverunreinigung
des ausströmenden Dampfes.
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Der Vortrockner 72 enthält ein Trocknergehäuse 120, das nach Belieben
eine Fortsetzung des Außenrohrs 104 sein kann, eine ringförmige Trocknerdeckplatte
122, einen gelochten Innenkonus 124 mit Löchern 126 und einen ungelochten Boden
128 von Kegelstumpfgestalt, der in der Mitte eine Auslaßöffnung 130 hat. Die. untere
Kante des Trocknergehäuses 120 ist mit mehreren Öffnungen 132 an Punkten dicht über
der zweiten Deckplatte 102 versehen. Ein Ring 136 mit dreieckigem Querschnitt ist
innerhalb des Vortrockners 72 in der Mitte rund um das Auslaßende des Dampfwirbelauslaßrohres
98 angeordnet. Dieser Ring bildet an seiner inneren Oberfläche 138 die eine Seite
eines ringförmigen Eintritts zum Trockner 72 für den Dampfwirbel, während die andere
Seite des Eintritts die Unterfläche des Bodens 128 ist. Diese Oberflächen sind im
wesentlichen parallel und bilden einen Durchgang, dessen kleinste Querschnittsfläche,
die für den Fluß offensteht, mindestens gleich der Querschnittsfläche des Dampf
wirbelauslaßrohres 98 ist und mit der durch den Ringdurchgang zurückgelegten Strecke
anwächst. Die äußere oder Umfangsoberfläche 140 des Rings 136 wirkt als ein Damm,
der verhindert, daß die aus dem äußeren oder ersten Trockennetzwerk 144 angesammelte
Flüssigkeit 142 in den Dampf am Trocknereintritt zurückkehrt. Dieses Netzwerk hat
zylindrische Form und ist an der inneren Oberfläche des Trocknergehäuses 120 angeordnet.
Ein zweites - oder inneres Trockennetzwerk 146 von Kegelstumpfgestalt ;(Spitze unten)
hat seinen Platz auf der inneren Oberfläche des gelochten Innenkonus 124.
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Der vom Abscheider 70 durch den Dampfwirbelauslaß 98 in den Trockner
72 eintretende Dampfwirbel fließt zwischen dem Boden 128 und dem Ring 136 in den
Bereich zwischen dem gelochten Konus 124 und dem Trockennetzwerk 144. Die im Wirbel
erzeugten Fliehkräfte bewirken, daß die mitgezogenen Flüssigkeitströpfchen in das
Trockennetzwerk geführt werden. Die ausgedehnte Oberfläche dieses Netzwerks sorgt
für hohe Reibungsschleppkräfte auf die äußeren Bereiche des Dampfwirbels. Das Netzwerk
absorbiert einen Teil der kinetischen Energie des Dampfwirbels vermindert dessen
Drehgeschwindigkeit und veranlaßt den Niederschlag eines erheblichen Teils der mitgezogenen
Flüssigkeitströpfchen. Diese sammeln sich an den Netzwerkoberflächen, wo das Fehlen
einer hohen Dampfwirbelgeschwindigkeit und das Vorhandensein von Schwerkraft der
niedergeschlagenen Feuchtigkeit gestattet, nach unten abzufließen und sich zur Flüssigkeit
142 zu vereinigen. Die Flüssigkeit fließt durch die an der Unterkante des Trocknergehäuses
120 vorgesehenen Öffnungen 132 über und in die Flüssigkeitsmasse 114 hinein.
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Der Dampfwirbel, nunmehr mit herabgesetzter Drehgeschwindigkeit und
vermindertem Feuchtigkeitsgehalt, fließt nach oben und innen durch die Löcher 126
im Innenkonus 124 und durch das innere Trockennetzwerk 146. Da der Dampfwirbel gezwungen
wird, vollständig durch das Netzwerk zu fließen, wird seine Drehgeschwindigkeit
im wesentlichen vernichtet, und eine weitere Herabsetzung des mitgezogenen Feuchtigkeitsgehalts
wird durch dieselbe Mechanik wie im äußeren Netzwerk 144 bewirkt. Die gesamte Fläche
der Löcher 126 im Innenkonus 124 ist mindestens ebenso groß wie und vorzugsweise
größer als die Mindestfiäche, die dem Fluß im divergierenden Ringdurchgang zwischen
dem Ring 136 und dem Boden 128 zur Verfügung steht. Die im inneren Netzwerk 146
angesammelte Flüssigkeit fließt mit Hilfe von Schwerkraft ab und sammelt sich im
Boden 128, von dem sie durch die Mittelöffnung 130 in den inneren Druckkern längs
der Achse des Dampfwirbels im Wirbelrohr 74 gelangen kann. Hier erhält sie eine
Drehgeschwindigkeit, wenn sie von der Längsachse der Vorrichtung abweicht, wird
aus dem Dampf durch Fliehkraft wieder abgeschieden und kehrt zum Wasserwirbel zurück.
Der aus dem Vortrockner 72 ausströmende Dampf wird durch die Auslaßöffnung 148 entladen,
deren Fläche mindestens gleich der Gesamtfläche der Löcher 126 im Konus 124 ist.
Der Feuchtigkeitsgehalt liegt bei 6 Gewichtsprozent oder weniger während der höchsten
Flußgeschwindigkeit.
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Die Länge des Innenrohres 86 des ersten ringförmigen Wasserauslasses
liegt zwischen etwa 2 und etwa 20 ovo der Länge des Wirbelrohres 74, vorzugsweise
zwischen etwa 5 und etwa 10 0/o dieser Länge.
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Es liegt auch zwischen etwa 20 und etwa 50°/o vom Wirbelrohrradius.
Das Ausmaß, zu welchem das Innenrohr 86 sich überlappend in die Kante des Wirbelrohres
erstreckt, und auch die Größe des Axialspalts zwischen der Deckplatte 90 und der
Oberkante des Wirbelrohres 74 haben sich als kritisch im Einfluß auf die Abscheidewirksamkeit,
speziell bei Höchstflußgeschwindigkeiten erwiesen. Diese Abmessungen gestatten einen
wesentlichen Spielraum bei geringerer Kapazität als dem Höchstwert, d. h. bei geringerem
Ausströmgehalt an mitgezogener Flüssigkeit als dem annehmbaren. Beispielsweise kann
bei etwa 80l°/o der Höchstkapazität die mitgezogene
Feuchtigkeit unterhalb von etwa
6 O/o gehalten werden, wenn man beim Dampfbetrieb mit 70 at einen Spielraum des
Axialspalts von etwa 204°/o unter bis etwa 350/0 über dem Spalt einhält, der die
geringste Mitführung ergibt. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist der Spielraum
größer. Bei Höchstkapazität jedoch ist der zulässige Spielraum etwa plus oder minus
1.0°lo von dem Axialspalt, der die geringste Mitführung ergibt. Das Überlappen des
Innenrohrs, ausgedrückt in Prozenten des Axialspalts, ist ebenfalls bei geringerer
Kapazität weniger kritisch als bei Höchstkapazität.
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Dieser Prozentsatz liegt zwischen etwa 15 und etwa 900/0 bei 80|°/o
der Höchstkapazität, vermindert sich jedoch auf etwa 35 bis 65 °/o bei Höchstkapazität.