RU2225569C2

RU2225569C2 - Steam generator

Info

Publication number: RU2225569C2
Application number: RU2001124150/06A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Половинкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сибэнергомаш"
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2004-03-10

Abstract

FIELD: energy production, possibly electrode devices for generating steam. SUBSTANCE: housing of steam generator is used as second electrode; said housing has in upper portion narrowed part with diameter less than that of upper edge of housing. Under narrowed part housing is enlarged in flow direction. Horizontal electrically conducting pins are provided in narrowed part of housing along its perimeter and on surface of central electrode. Said pins are directed mutually opposite in such a way that pins of housing are placed between pins of central electrode. On central electrode under horizontal pins there are also electrically conducting additional pins diverging fan-like along enlarged part of housing. Enlarged part of housing is in the form Laval's nozzle. EFFECT: improved design allowing to intensify steam generation process due to change of interelectrode space. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в электродных устройствах для генерирования пара.The invention relates to energy and can be used in electrode devices for generating steam.

Известен электродный парогенератор, содержащий корпус с патрубками впуска воды и выпуска пара и электроды. См. а.с. №1101614, МПК F 22 В 1/30, опубл. 07.07.84 г. Известный парогенератор сложен по конструкции и имеет недостаточную паропроизводительность. К тому же температура пара, генерируемого известным устройством, не превышает температуру кипения воды, т.к. парообразование идет только за счет нагрева последней.Known electrode steam generator containing a housing with nozzles for water inlet and steam and electrodes. See A.S. No. 1101614, IPC F 22 V 1/30, publ. 07/07/84, The well-known steam generator is complex in design and has insufficient steam capacity. In addition, the temperature of the steam generated by the known device does not exceed the boiling point of water, because vaporization occurs only by heating the latter.

Известен также парогенератор, наиболее близкий по конструкции к заявляемому (прототип). См. заявку №98107403/06, F 23 B 1/30, опубликованную 27.01.2000 г. Известный парогенератор включает цилиндрический корпус с патрубками для впуска воды и выпуска пара, размещенные в корпусе и подключенные к соответствующим полюсам источника тока, центральный электрод, выполненный в виде изолированного стержня, и второй электрод, имеющий замкнутый контур с отверстием для размещения центрального электрода. В известном парогенераторе вода подается в корпус, нагревается в рабочем пространстве между электродами, под действием электрической дуги и испаряется, вода при этом проходит через рабочее пространство сверху, сплошным потоком, находясь в равновесном состоянии, т.е. испарение идет только под действием высокой температуры дуги, поэтому температура пара бывает недостаточно высокой. К тому же, в известном парогенераторе конструкция горизонтального электрода такова, что рабочее пространство, в котором возникает разряд и идет парообразование, имеет небольшой размер (по высоте), что также не позволяет получить перегретый пар и достичь высокой паропроизводительности. Для перегрева пара требуется дополнительное устройство, что усложняет и удорожает конструкцию.Also known is a steam generator, the closest in design to the claimed (prototype). See application No. 98107403/06, F 23 B 1/30, published January 27, 2000. A well-known steam generator includes a cylindrical body with nozzles for water inlet and steam outlet, placed in the housing and connected to the corresponding poles of the current source, a central electrode made in the form of an insulated rod, and a second electrode having a closed loop with a hole for accommodating the central electrode. In the known steam generator, water is supplied to the housing, heated in the working space between the electrodes, under the influence of an electric arc and evaporates, while the water passes through the working space from above, in a continuous stream, being in equilibrium, i.e. evaporation occurs only under the action of a high arc temperature, so the temperature of the steam is not high enough. In addition, in the known steam generator, the horizontal electrode design is such that the working space in which the discharge occurs and vaporization takes place is small (in height), which also does not allow to obtain superheated steam and achieve high steam production. To overheat steam, an additional device is required, which complicates and increases the cost of construction.

Задачей изобретения является создание такого парогенератора, в котором за счет изменения внутреннего состояния воды и формы межэлектродного пространства, интенсифицировался бы процесс парообразования и осуществлялся бы перегрев пара.The objective of the invention is the creation of such a steam generator in which due to changes in the internal state of water and the shape of the interelectrode space, the process of vaporization would be intensified and steam overheating would be carried out.

Указанная задача решается тем, что, в известном парогенераторе, содержащем корпус с патрубками впуска воды и выпуска пара, размещенные в корпусе и подключенные к соответствующим полюсам источника тока, центральный электрод, выполненный в виде изолированного стержня, и второй электрод, имеющий замкнутый контур с отверстием для размещения центрального электрода, согласно изобретению, в качестве второго электрода использован корпус, который имеет в верхней части суженный участок с диаметром, меньшим диаметра верхней кромки корпуса, а ниже суженного участка корпус выполнен расширяющимся по ходу потока, при этом суженный участок корпуса и центральный электрод снабжены электропроводными горизонтальными штырями, направленными навстречу друг другу так, что штыри корпуса размещены между штырями центрального электрода, а на последнем под упомянутыми горизонтальными штырями расположены дополнительные электропроводные штыри, расходящиеся веерообразно вдоль расширяющейся части корпуса.This problem is solved by the fact that, in a known steam generator comprising a housing with water inlet and steam outlet nozzles, housed in the housing and connected to the corresponding poles of the current source, a central electrode made in the form of an insulated rod, and a second electrode having a closed loop with a hole to accommodate the central electrode according to the invention, a housing is used as the second electrode, which has in its upper part a narrowed portion with a diameter smaller than the diameter of the upper edge of the housing, and below the narrowed section of the housing is made expanding along the flow, while the narrowed section of the housing and the central electrode are provided with electrically conductive horizontal pins directed towards each other so that the housing pins are placed between the pins of the central electrode, and additional electrically conductive pins are located on the latter under the horizontal pins, diverging fan-shaped along the expanding part of the body.

При этом целесообразно, чтобы расширяющаяся часть корпуса была выполнена в форме сопла Лаваля.It is advisable that the expanding part of the body was made in the form of a Laval nozzle.

Также целесообразно, чтобы диаметр суженного участка корпуса составлял 0,1-0,5 диаметра его верхней кромки.It is also advisable that the diameter of the narrowed portion of the body is 0.1-0.5 of the diameter of its upper edge.

Желательно, чтобы длина дополнительных электропроводных штырей составляла 0,3-0,6 высоты расширяющейся части корпуса.It is desirable that the length of the additional conductive pins was 0.3-0.6 of the height of the expanding part of the housing.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера его конкретного выполнения и чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид заявляемого парогенератора (продольный разрез). На фиг.2 - то же (разрез по АА).The invention is further illustrated by the description of an example of its specific implementation and drawings, where Fig. 1 schematically shows a general view of the inventive steam generator (longitudinal section). Figure 2 is the same (section along AA).

Парогенератор содержит корпус 1, к верхней части которого подсоединен патрубок 2 для впуска воды. В верхней части корпуса 1 закреплен изолированно от корпуса 1 центральный электрод 3, выполненный в виде стержня и подключенный к положительному полюсу (+) источника тока. В верхней части корпуса 1 имеется суженный участок 4, диаметр d которого составляет 0,1 - 0,5 диаметра D верхней кромки корпуса 1. Ниже суженного участка 4 корпус имеет форму сопла Лаваля. При этом корпус 1 подключен к отрицательному полюсу (-) источника тока и выполняет функцию второго электрода.The steam generator comprises a housing 1, to the upper part of which a pipe 2 for water inlet is connected. In the upper part of the housing 1, a central electrode 3, made in the form of a rod and connected to the positive pole (+) of the current source, is secured in isolation from the housing 1. In the upper part of the housing 1 there is a narrowed section 4, the diameter d of which is 0.1 - 0.5 of the diameter D of the upper edge of the housing 1. Below the narrowed section 4, the housing has the shape of a Laval nozzle. In this case, the housing 1 is connected to the negative pole (-) of the current source and acts as a second electrode.

Корпус 1 может быть покрыт электроизоляцией, а может быть просто огражден. По внутреннему периметру суженного участка 4 корпуса 1 и на наружной поверхности центрального электрода 3 выполнены направленные навстречу друг другу электропроводные горизонтальные штыри 5, 6, соответственно, при этом штыри 5 размещены между штырями 6. Непосредственно под горизонтальными штырями 6 на центральном электроде 3 выполнены электропроводные дополнительные штыри 7, расходящиеся веерообразно вдоль расширяющейся части корпуса 1. Длина упомянутых дополнительных штырей 7 составляет 0,3-0,6 высоты расширяющейся части корпуса 1, угол в плане между смежными штырями α составляет 10-30°. Горизонтальных штырей 5, 6 может быть по 3-6. Упомянутые дополнительные штыри 7 имеют дугообразную форму, близкую к форме корпуса 1, и находятся от него на расстоянии, обеспечивающем возникновение между ними и корпусом 1 электрической дуги. К нижней (по ходу потока) части корпуса 1 подключен патрубок 8 для выпуска пара.The housing 1 may be coated with electrical insulation, or may simply be fenced. Electrically conductive horizontal pins 5, 6 directed towards each other are made along the inner perimeter of the narrowed section 4 of the housing 1 and on the outer surface of the central electrode 3, respectively, while the pins 5 are placed between the pins 6. Directly below the horizontal pins 6 on the central electrode 3 are additional electrically conductive pins 7 diverging fan-shaped along the expanding part of the housing 1. The length of said additional pins 7 is 0.3-0.6 of the height of the expanding part of the housing 1, the angle in between adjacent pins α is 10-30 °. Horizontal pins 5, 6 can be 3-6. Mentioned additional pins 7 have an arched shape close to the shape of the housing 1, and are located at a distance from it, ensuring the occurrence between them and the housing 1 of an electric arc. To the lower (upstream) part of the housing 1 is connected to the pipe 8 for the release of steam.

Парогенератор работает следующим образом: вода по впускному патрубку 2 подается в верхнюю часть корпуса 1 и стекает вниз. При прохождении через сужающуюся часть корпуса 1 между штырями 5, 6 корпуса 1 и центрального электрода 3 давление воды возрастает и она дополнительно подогревается электрической дугой. Далее, попадая в пространство между расширяющейся в форме сопла Лаваля частью корпуса 1, вода резко теряет давление, приходит в неравновесное состояние и испаряется, причем при разряде между поверхностью упомянутой расширяющейся части корпуса 1 и дополнительными штырями 7 центрального электрода 3 процесс испарения резко интенсифицируется и температура пара также возрастает. Так как длина дополнительных штырей 7 меньше длины расширяющейся части корпуса 1, то разряд между упомянутыми штырями и корпусом 1 происходит не только в горизонтальной плоскости, но и в промежутке между нижними частями электродов, т.е. вытянут в продольном направлении, в объеме, где уже практически нет воды, а только насыщенный пар, который перегревается и дополнительно осушается как за счет изменения давления, вследствие расширяющейся формы (сопло Лаваля) корпуса 1, так и за счет высокой температуры электрической дуги. При этом не требуется дополнительных устройств для перегрева и осушения пара, что упрощает конструкцию парогенератора. Перегретый и осушенный пар выводится к потребителю через патрубок 8.The steam generator works as follows: water through the inlet pipe 2 is supplied to the upper part of the housing 1 and flows down. When passing through the tapering part of the housing 1 between the pins 5, 6 of the housing 1 and the central electrode 3, the water pressure increases and it is additionally heated by an electric arc. Then, falling into the space between the part of the casing 1 expanding in the form of a Laval nozzle, the water suddenly loses pressure, becomes in a nonequilibrium state and evaporates, and during the discharge between the surface of the expanding part of the casing 1 and the additional pins 7 of the central electrode 3, the evaporation process sharply intensifies and the temperature the pair is also increasing. Since the length of the additional pins 7 is less than the length of the expanding part of the housing 1, the discharge between the said pins and the housing 1 occurs not only in the horizontal plane, but also in the gap between the lower parts of the electrodes, i.e. elongated in the longitudinal direction, in a volume where there is practically no water, but only saturated steam, which overheats and is additionally dried both due to pressure changes, due to the expanding shape (Laval nozzle) of the housing 1, and due to the high temperature of the electric arc. It does not require additional devices for overheating and drying the steam, which simplifies the design of the steam generator. Superheated and dried steam is discharged to the consumer through the pipe 8.

При длине дополнительных штырей 7 меньшей 0,3 длины расширяющейся части корпуса 1, процесс парообразования менее эффективен. Увеличение длины дополнительных штырей 7 более чем 0,6 длины расширяющейся части корпуса 1 нецелесообразно, т.к. заметного эффекта не дает, а материалоемкость увеличивается.When the length of the additional pins 7 is less than 0.3 of the length of the expanding part of the housing 1, the process of vaporization is less efficient. The increase in the length of the additional pins 7 more than 0.6 of the length of the expanding part of the housing 1 is impractical, because does not give a noticeable effect, but the material consumption increases.

Увеличение диаметра суженного участка корпуса 1 больше чем d>0,5D нецелесообразно, так как изменение давления воды незначительно. При d<0,1D увеличивается гидравлическое сопротивление потока воды, скорость его замедляется и парообразование идет менее интенсивно.The increase in the diameter of the narrowed section of the housing 1 more than d> 0.5D is impractical, since the change in water pressure is negligible. At d <0.1D, the hydraulic resistance of the water flow increases, its speed slows down and steam formation is less intense.

Из тех же условий выбрано число горизонтальных штырей, т.е. при их числе, большем шести, возрастает гидравлическое сопротивление, т.к. значительно уменьшается проходное сечение, а при их числе, меньшем трех, разряд между ними будет слабым, что приведет к снижению эффективности процесса парообразования.From the same conditions, the number of horizontal pins was selected, i.e. with their number greater than six, the hydraulic resistance increases, because the cross-section is significantly reduced, and with their number less than three, the discharge between them will be weak, which will lead to a decrease in the efficiency of the process of vaporization.

При угле α между дополнительными штырями, составляющем менее 10°, выход пара из пространства между штырями будет затруден, что может привести к перегреву дополнительных штырей, а следовательно, к их разрушению.When the angle α between the additional pins is less than 10 °, the steam exit from the space between the pins will be difficult, which can lead to overheating of the additional pins and, consequently, to their destruction.

При угле α большем, чем 30°, температура пара по всему его объему будет неравномерна и более нагретые слои будут препятствовать прохождению основного потока пара.When the angle α is greater than 30 °, the temperature of the steam throughout its volume will be uneven and more heated layers will prevent the passage of the main steam stream.

Таким образом, предлагаемый парогенератор прост по конструкции, не требует дополнительных устройств для перегрева и осушения пара. К тому же такое интенсивное парообразование, обеспечиваемое и нагревом и изменением состояния потока воды, позволяет прокачивать большие объемы воды в единицу времени, чем в известных парогенераторах.Thus, the proposed steam generator is simple in design, does not require additional devices for overheating and draining the steam. In addition, such intensive vaporization, provided by both heating and changing the state of the water flow, allows pumping large volumes of water per unit time than in known steam generators.

Claims

1. Парогенератор, содержащий корпус с патрубками для впуска воды и выпуска пара, размещенные в корпусе и подключенные к соответствующим полюсам источника тока центральный электрод, выполненный в виде изолированного стержня, и второй электрод, имеющий замкнутый контур с отверстием для размещения центрального электрода, отличающийся тем, что в качестве второго электрода использован корпус, который имеет в верхней части суженный участок с диаметром, меньшим диаметра верхней кромки корпуса, а ниже суженного участка корпус выполнен расширяющимся по ходу потока, при этом суженный участок корпуса, по его периметру, и поверхность центрального электрода снабжены горизонтальными электропроводными штырями, направленными навстречу друг другу так, что штыри корпуса размещены между штырями центрального электрода, а на последнем под упомянутыми горизонтальными штырями выполнены дополнительные электропроводные штыри, расходящиеся веерообразно вдоль расширяющейся части корпуса.1. A steam generator comprising a housing with nozzles for water inlet and steam, placed in the housing and connected to the corresponding poles of the current source, a central electrode made in the form of an insulated rod, and a second electrode having a closed circuit with an opening for accommodating the central electrode, characterized in that a housing is used as the second electrode, which has in its upper part a narrowed section with a diameter smaller than the diameter of the upper edge of the housing, and below the narrowed section, the housing is expanded along the flow, while the narrowed section of the housing, along its perimeter, and the surface of the central electrode are equipped with horizontal conductive pins directed towards each other so that the housing pins are placed between the central electrode pins, and additional conductive pins are made on the latter under the horizontal pins diverging fan-shaped along the expanding part of the body.

2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что расширяющаяся часть корпуса выполнена в виде сопла Лаваля.2. The steam generator according to claim 1, characterized in that the expanding part of the housing is made in the form of a Laval nozzle.

3. Парогенератор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметр суженного участка корпуса составляет 0,1-0,5 диаметра его верхней кромки.3. A steam generator according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the diameter of the narrowed portion of the housing is 0.1-0.5 of the diameter of its upper edge.

4. Парогенератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что длина дополнительных электропроводных штырей составляет 0,3-0,6 высоты расширяющейся части корпуса.4. The steam generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the length of the additional conductive pins is 0.3-0.6 of the height of the expanding part of the housing.

5. Парогенератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что горизонтальных штырей по периметру суженного участка корпуса и на центральном электроде размещено от трех до шести.5. The steam generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that from three to six horizontal pins along the perimeter of the narrowed portion of the housing and on the central electrode.

6. Парогенератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что угол в плане между смежными дополнительными штырями на центральном электроде составляет от 10 до 30°.6. A steam generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the angle in plan between adjacent additional pins on the central electrode is from 10 to 30 °.