Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verteiler für Wasser-Dampf-Mischungen in ZwangsdurchlaufkesseIn, mit einer Verteilertrommel, in die ein Zulaufrohr führt, und von der mehrere unter einem winkel zur Richtung des Zulaufrohres angeordnete Ablaufrohre ausgehen.

[0002] Ein solcher Verteiler ist aus der FR-A-1 419 832 bekannt.

[0003] Solche Verteiler sind zum Beispiel auch zwischen verschiedenen Kesselbereichen vorgesehen, wo nach einer ersten Aufheizung in verhältnismäßig großen Rohrquerschnitten eine Überleitung zu Überhitzerbereichen mit Rohren größerer Zahl aber kleinerer Querschnitte erfolgt. Die Aufteilung auf die Ablaufrohre soll dabei möglichst gleichmäßig sein, um negative Auswirkungen, zum Beispiel eine Überhitzung in schwach beaufschlagten Kesselbereichen zu vermeiden. Diese Aufgabe ist bisher nicht voll zufriedenstellend gelöst.

[0004] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verteilertrommel eine ebene Prallplatte aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres liegt und deren Rand symmetrisch zur Längsachse des Zulaufrohres und zu den Einmündungen der Ablaufrohre ist und unter einem Winkel von mehr als 135° zu den Ablaufrohren führt, so daß die Strömung ohne erneute Störung in die Ablaufrohre gelangt.

[0005] Mit einer solchen Prallplatte wird eine Vergleichmäßigung der Verteilung dadurch erreicht, daß die aus dem Zulaufrohr austretende flüssige Komponente unabhängig von ihrer Verteilung über den Rohrquerschnitt durch die Richtungsänderung auf der ebenen Prallplatte vom Staupunkt gleichmäßig nach allen Seiten verläuft. Auf dem bei der Erfindung symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren führenden Rand strömt die flüssige Komponente dann ohne Störung weiter, so daß die Vergleichmäßigung unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Strömung im Zulaufrohr erhalten bleibt und die Ablaufrohre in gleicher Weise, d. h. mit gleichen Anteilen von flüssigem und dampfförmigem Medium beaufschlagt werden.

[0006] Zur Verteilung der strömenden Gasflüssigkeitsmischung eines Kältemittels in Kühlanlagen ist es zwar aus der DE-A-2 232 074 bekannt, daß eine feste Platte am Zulaufrohr gegenüberstahend angeordnet wird. Die Ablaufrohre sind jedoch parallelachsig zu dem Zulaufrohr auf der Rückseite dieser Platte vorgesehen, und die Mischung muß zu den Ablaufrohren einen Spalt zwischen der Platte und dem diese umgebenden Außenrand der Verteilerkammer passieren. Die Homogenität des Strömungsgemisches soll also offenbar durch den engen Spalt zwischem dem Rand der Platte und der Außenwand sichergestellt sein.

[0007] Auch bei einer aus der FR-A-1 505 376 bekannten Verteilereinrichtung für hochviskose Kunststoffe, wie Nylon, fehlt die Ausnutzung des Staudruckes einer auf eine rechtwinklige Ebene auftreffenden Flüssigkeit. Dort ist vielmehr daran gedacht, den Verteiler mit dem Kunststoff vollständig gefüllt zu halten und durch eine Verengung der Ablaufquerschnitte Totzonen zu vermeiden, in denen der an sich homogene Kunststoff zum Stillstand kommen könnte, so daß sich seine Konsistenz mit der Zeit ändert.

[0008] Die symmetrische Anordnung des Randes in bezug auf die Ablaufrohre ergibt sich in optimaler Weise, wenn die Prallplatte eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr angeordnet ist. Es ist aber im Prinzip auch denkbar, bei verhältnismässig wenigen Ablaufrohren die Prallplatte als regelmässiges Polygon auszubilden, in dessen Ecken die Ablaufrohre liegen.

[0009] Der glatt zu den Ablaufrohren führende Rand soll vermeiden, dass die an der Prallplatte durch die Umlenkung gleichmässig verteilte flussige Komponente durch Störungen, zum Beispiel Ecken am Rand wieder ungleichmässig wird. Zu diesem Zweck kann der Rand schräg, insbesondere gekrümmt zu den Ablaufrohren führen. Jedenfalls sollen Ecken mit spitzwinklig zueinander verlaufenden Wänden vermieden werden, während Ecken mit stumpfen Winkeln von zum Beispiel mehr als 135° zulässig sind, weil sie praktisch nicht mehr stören.

[0010] Wie schon gesagt, ist eine rotationssymmetrische Anordnung des Verteilers besonders für grosse Rohdahlen mit acht oder mehr Rohren an einer Verteilertrommel günstig. Hierbei soll der Durchmesser der Kreisscheibe grösser als der Durchmesser des Zulaufrohres sein, zum Beispiel das 1,2 bis 2fache betragen. Für nichtrotationssymmetrische Anordnungen wählt man sinngemäss gleiche Abmessungen.

[0011] Der Abstand der Prallplatte von der Mündung des Zulaufrohres muss mindestens so gross sein, dass die Prallplatte keine Stauwirkung mit einem unerwünscht grossen Strömungswiderstand ausübt. Ein günstiger Wert ist es zum Beispiel, wenn der Abstand etwa so gross wie der Durchmesser des Zulaufrohres ist.

[0012] Für den Fall einer kugelförmigen Verteilertrommel, die im Hinblick auf Wärmebeanspruchungen besonders günstig ist, kann man die Erfindung so ausführen, dass die Prallplatte und die Ablaufrohre in der einen Hälfte und das Zulaufrohr in der anderen Hälfte der Kugel angeordnet sind und dass die beiden Hälften zusammengeflanscht oder verschweißt sind. Dabei kann die dem Zulaufrohr abgekehrte Seite der Prallplatte der Kugelform der Verteilertrommel angepasst sein, um eine gleichmässige Auflage zu erhalten. Es sind aber auch andere günstige Konstruktionen für die unter Umständen durch Schwingungen beanspruchte Platte und der Verteilertrommel denkbar, wie später noch näher erläutert wird.

[0013] Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Prallplatte von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel gebildet wird. Hier ist also die Prallplatte kein zusätzliches Bauteil sondern ein besonders geformter Bereich der Verteilertrommel selbst. Dieser Bereich kann integraler Bestandteil der Wandung der zum Beispiel als Schmiedestück hergestellten Verteilertrommel sein. Er kann aber auch durch einen eingeschweissten Boden mit einem bei Bedarf besonderen Werkstoff gebildet werden.

[0014] Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 in einem Vertikal- und in Fig. 2 in einem Horizontalschnitt dargestellt ist.

[0015] Der Verteiler 1 gehört zu einem Zwangsdurchlaufkessel mit fossiler Befeuerung. Er sitzt zwischen einer mit Speisewasser beaufschlagten ersten Heizzone und einer zweiten Heizzone, in der eine weitere Verdampfung und/oder Überhitzung stattfindet. Deshalb kommt aus der ersten Heizzone ein Wasser-Dampf-Gemisch bei einem Druck von zum Beispiel 90 bis 160 bar in einem Zulaufrohr 2 in Richtung des Pfeiles 3. Dabei strömt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel 2 bis 6 m/s vor allem an der Wand des Rohres 2 entlang, während der Dampf mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 m/s in erster Linie in der Mitte des kreisformgien Rohrquerschnitts verläurt.

[0016] Das Rohr 2 hat einen Durchmesser d von zum Beispiel 360 mm. Es ragt um etwa diesen Durchmesser in eine kugelförmige Verteilertrommel 4, die aus zwei Halbkugeln 5 und 6 bei 7 zusammengeschweißt ist. Der Kugeldurchmesser beträgt 700 mm.

[0017] In der Verteilertrommel 4 ist rotationssymmetrisch zu der strichpunktiert dargestellten Achse 8 des Zulaufrohres 2, die auch durch den Mittelpunkt der Kugel 4 geht, eine ebene Kreisscheibe als Prallplatte 10 angeordnet. Die Prallplatte 10 liegt der Zulaufleitung 2 genau gegenüber. Ihre Ebene bildet mit der vertikalen Achse 3 des Zulaufrohres 2 einen rechten Winkel, wobei die Achse 8 durch den Mittelpunkt des Kreises der Prallplatte 10 geht.

[0018] Der Rand 12 der Prallplatte ist mit der Wand der Unterseite 6 der Trommel 4 verschweisst, wobei ein glatter Übergang geschaffen ist. Jedenfalls ist der an der Schweissnaht 13 entstehende Winkel 14 mit 150° weit grösser als ein spitzer Winkel. Dadurch ergibt sich ein glatter Übergang von der Prallplatte 10 zu Ablaufrohren 15, die am Unterteil 6 der Trommel symmetrisch um den Umfang verteilt angeordnet sind, wie die Fig. 2 zeigt.

[0019] Der Durchmesser D der Prallplatte 10 ist mit 460 mm um mehr als 1/4 grösser als der Durchmesser d des Zulaufrohres 2. Damit wird erreicht, dass auch ein sich aufweitender Strahl, der durch die Pfeile 16 angedeutet ist, noch mit einem für die gleichmässige Ausbreitung ausreichenden Abstand vom Rand 12 auf die Prallplatte 10 trifft. Zu diesem Zweck kann der Durchmesser D auch grösser, zum Beispiel 2d, gewählt werden.

[0020] Der Abstand A der Prallplatte 10 von der Mündung 18 des Zulaufrohres 2 beträgt zweckmässig das 1 bis 4fache des Durchmessers d. Der Wert ist jedoch nicht kritisch und kann besonders bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten auch kleiner gewählt werden, zum Beispiel 0,8d, wenn damit keine unerwünschte Drosselung der Strömung verursacht wird.

[0021] Mit der erfindungsgemässen Prallplatte 10 wird das aufgrund von Rohrkrümmern oder aus anderen Gründen unsymmetrisch im Zulaufrohr 2 zugeführte Wasser des Zweiphasengemisches gleichmässig über die ebene Fläche der Prallplatte 10 verteilt. Damit ergibt sich auch eine gleichmässige Aufteilung auf die acht um den Rand des Unterteils 6 verteilten Ablaufrohre 15. Dies bedeutet, dass die mit den Ablaufrohren 15 angeschlossenen weiteren Bereiche einer nicht dargestellten Überhitzerzone im Kessel in gewünschter Weise gleichmässig mit Flüssigkeit und Dampf beaufschlagt werden, wie durch die Pfeile 19 dargestellt ist. Damit werden dort örtliche Überhitzungen vermieden.

[0022] Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die dem Zulaufrohr 2 rechtwinklig und symmetrisch gegenüberliegende Platte von der Wand der Verteilertrommel 4 selbst gebildet ist, kann man sich so vorstellen, dass der Kugelbereich 20 unterhalb der Prallplatte 10 entfällt. Andererseits kann die dem Rohr 2 abgewandte Seite der Prallplatte 10 mit dem gestrichelt schraffierten Bereich 21 auch der Kugelform der Hälfte 6 angepasst werden.

[0023] Bei den Ausführungsbeispielen liegt zwischen dem Rand 12 und den Ablaufrohren 15 ein kurzes Stück der unteren Kugelhälfte 6. Die Prallpratte 10 kann aber auch so ausgebildet und angeordnet sein, dass ihr gegebenfalls aufgewölbter Rand bis unmittelbar zu den Ablaufrohren 15 reicht.

Ansprüche

1. Verteiler (1) für Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln, mit einer Verteilertrommel (4), in die ein Zulaufrohr (2) führt und von der mehrere, unter einem Winkel zur Richtung des Zulaufrohres (2) angeordnete Ablaufrohre (15) ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilertrommel (4) eine ebene Prallplatte (10) aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres (2) liegt und deren Rand (12) symmetrisch zur Längsachse (8) des Zulaufrohres (2) und zu den Einmündungen der Ablaufrohre (15) ist und unter einem Winkel von mehr als 135° zu den Ablaufrohren (15) führt, so daß die Strömung ohne erneute Störung in die Ablaufrohre (15), gelangt.

2. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (10) eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel (4) gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr (2) angeordnet ist.

3. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) der Kreisscheibe (10) grösser als der Durchmesser (d) des Zulaufrohres (2) ist.

4. Verteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) der Prallplatte (10) von der Mündung (13) des Zulaufrohres (2) etwa so gross wie dessen Durchmeser (d) ist.

5. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer kugelförmigen Verteilertrommel, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (10) und die Ablaufrohre (15) in der einen Hälfte (6) und das Zulaufrohr (2) in der anderen Hälfte (5) der Kugel (4) angeordnet sind und dass die beiden Hälften (5, 6) zusammengeflanscht oder verschweißt sind.

6. Verteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zulaufrohr (2) abgekehrte Seite der Prallplatte (10) der Kugelform der Verteilertrommel (4) angepasst ist.

7. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (10) von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel (4) gebildet wird.

Revendications

1. Répartiteur (1) pour des mélanges eau- vapeur dans des chaudières à circulation forcée unique, comportant un tambour de répartition (4), dans lequel pénètre un tube d'arrivée (2) et d'où partent plusieurs tubes d'évacuation (15) disposés en faisant un angle par rapport à la direction du tube d'arrivée (2), caractérisé par le fait que le tambour de répartition (4) comporte une plaque d'impact (10), qui est perpendiculaire à la direction du tube d'arrivée (2) et dont le bord (12) est symétrique par rapport à l'axe longitudinal (8) du tube d'arrivée (2) et aux embouchures des tubes d'évacuation (15) et réalise un guidage sur un angle de plus de 135° en direction des tubes d'évacuation (15) de sorte que l'écoulement parvient dans ces tubes d'évacuation (15) sans aucune nouvelle perturbation.

2. Répartiteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque d'impact (10) est un disque circulaire qui est disposé dans un tambour de répartition (4) à symétrie de révolution en vis-à-vis du tube cylindrique d'arrivée (2).

3. Répartiteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le diamètre (D) du disque circulaire (10) est supérieur au diamètre (d) du tube d'arrivée (2).

4. Répartiteur suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la distance (A) entre la plaque d'impact (10) et l'embouchure (18) du tube d'arrivée (2) est approximativement égale au diamètre (d) de ce tube.

5. Répartiteur suivant l'une des revendications 1 à 4, comportant un tambour sphérique de répartition, caractérisé par le fait que la plaque d'impact (10) et les tubes d'évacuation (15) sont disposés dans une moitié (6) et le tube d'arrivée (2) est disposé dans l'autre moitié (5) de la sphère (4) et que les deux moitiés (5, 6) sont réunies par des brides ou par soudage.

6. Répartiteur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la face de la plaque d'impact (10), tournée à l'opposé du tube d'arrivée (2), est adaptée à la forme sphérique du tambour de répartition (4).

7. Répartiteur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la plaque d'impact (10) est formée par un élément de paroi plan du tambour de répartition (4).

Claims

1. A distributor (1) for water-steam mixtures in forced-flow boilers, comprising a distributor drum (4) into which an inlet pipe (2) leads and from which emerge a plurality of outlet pipes (15) arranged at an angle to the direction of the inlet pipe (2), characterised in that the distributor drum (4) is provided with a planar baffle plate (10) which is arranged at right angles to the direction of the inlet pipe (2) and the edge (12) of which is symmetrical to the longitudinal axis (8) of the inlet pipe (2) and to the mouths of the outlet pipes (15) and leads to the outlet pipes (15) at an angle of more than 135° so that the flow reaches the outlet pipes (15) without renewed disturbance.

2. A distributor as claimed in Claim 1, characterised in that the baffle plate (10) is a circular disc which is arranged in an axially symmetrical distributor drum (4) opposite to the cylindrical inlet pipe (2).

3. A distributor as claimed in Claim 2, characterised in that the diameter (D) of the circular disc (10) is greater than the diameter (d) of the inlet pipe (2).

4. A distributor as claimed in Claim 2 or Claim 3, characterised in that the distance (d) of the baffle plate (10) from the mouth (18) of the inlet pipe (2) is approximately equal to the diameter (d) of the latter.

5. A distributor as claimed in one of Claims 1 to 4, having a spherical distributor drum, characterised in that the baffle plate (10) and the outlet pipes (15) are arranged in one half (6) of the sphere (4), and the inlet pipe (2) is arranged in the other half (5) of the sphere (4), and that the two halves (5, 6) are connected together by flanges, or welded together.

6. A distributor as claimed in Claim 5, characterised in that the side of the baffle plate (10) which faces away from the inlet pipe (2) is adapted to the spherical shape of the distributor drum (4).

7. A distributor as claimed in one of the Claims 1 to 6, characterised in that the baffle plate (10) is formed by a planar wall region of the distributor drum (4).

Zeichnung