12.2. Жалюзийная сепарация
Для увеличения эффективности процесса отделения влаги от пара (процесса сепарации) используют специальные сепарирующие устройства, которые устанавливают в паровом пространстве (в верхней части) барабанов-сепараторов. В этом случае в сепарирующие устройства входит пароводяной поток, частично подсушенный вследствие отделения влаги гравитационным способом в паровом пространстве. В ядерных энергетических установках (парогенераторах и барабанах реакторов) нашли широкое применение жалюзийные сепараторы.
В парогенераторах блоков с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 применяются жалюзи высотой соответственно 920 и 490 мм. В парогенераторах блоков ВВЭР-440 жалюзи установлены с малым углом к горизонту, а в парогенераторах ВВЭР-1000 — под углом 60° к горизонту.
Конструкционная форма жалюзийных пластин, нашед-ших наибольшее распространение в ядерной энергетике, представлена на рис. 12.3,а—в.
Пароводяной поток, проходящий по волнообразным ка-налам, многократно изменяет свое направление. При резком изменении направления потока (на поворотах) инерционные силы, действующие на капли жидкости, отбрасывают их на противоположные стенки пластин. Кроме того,
Рис. 12.3. Конструкционные формы и расположение пластин жалюзий-ного сепаратора
при резком изменении направления потока капли жидкости в силу инерционности стремятся пройти некоторое расстояние прямо, при этом встречают стенку пластины и прилипают к ней.
Совместное действие инерционных и центробежных сил на капли, Движущиеся в паровом потоке, при резком из-менении его направления создает условия для сепарации влаги из пара. Капли влаги, осевшие на стенках пластин, стекаю в виде жидкостной пленки вниз под действием силы тяжести. Если скорость пара, протекающего по волно-образным каналам сепаратора, меньше той, при которой со стен срывается жидкостная пленка, то на выходе из жалю-зийного сепаратора пар будет иметь влажность меньше начальной, с которой он вошел в сепаратор, т. е. в этом случае сепаратор работает эффективно.
Конструкционная форма, геометрические размеры пла-стин и их пространственное расположение сильно влияют нa режим сепарации. Немалое влияние на процесс отделения влаги в жалюзийных сепараторах оказывает дисперсность пароводяного потока и число капель жидкости в нем (входное влагосодержание). Предельно допустимая скорость пара в каналах, при которой начинается срыв жидкостной пленки и капель со стенки, носит название критической скорости. При проектировании жалюзийных сепараторов конструкционная форма выбирается такой, При которой действительная скорость пара в волнообразных каналах всегда меньше критической. Тогда осевшие на стенке капли жидкости не попадут обратно в паровой
поток, а будут удалены из пакета сепаратора через специ-альные водоотводящие трубы. В общем случае критическая скорость пара зависит от нескольких параметров: влажности пара и дисперсности влаги, высоты жалюзи Н и угла наклона жалюзийных платин β, шага между пластинами S, высоты волны h и числа волн, радиуса волны R и глубины пакета (a+b+l). На критическую скорость оказывают влияние также конструкционная форма устройства для отвода отсепарированной жидкости и пространственное расположение направления потока на входе в пакет и выходе из него. Сложность процесса сепарации пара и многообразие определяющих факторов не дают возможности в настоящее время составить правильные физические и математические модели, с помощью которых аналитическим путем определялась бы критическая скорость пара или влажность его на выходе из сепаратора. До настоящего времени достоверным остается только экспериментальный способ.
Экспериментальные исследования по определению кри-тической скорости в жалюзийных сепараторах с различными геометрическими характеристиками и с различными устройствами для отвода отсепарированной влаги были выполнены в работе [11]. В этих исследованиях были ис-пользованы жалюзийные пластины, состоящие из двух волн (рис. 12.3,а, б) и имеющие глубину пакета в согнутом состоянии 80 мм (a+b+l=80 мм), S=10 мм, R=7 мм. Опыты проводились на воздуховодяных смесях при изменении высоты пакета, угла наклона пластин и влажности.
Увеличение глубины пластин приводит к повышению значения критической скорости, поскольку уменьшается толщина стекающей пленки воды из-за распределения ее по большей поверхности. Увеличение же числа волн (более двух) не улучшает заметно процесс сепарации в пределах первой волны. Уменьшение шага между жалюзи приводит к увеличению их числа и к возрастанию активной поверхности сепаратора, вследствие чего возможно уменьшение толщины пленки отсепарированной жидкости и увеличение скорости пара в сепараторе вследствие загромождения площади проходного сечения. В связи с этим использование шага S<10 мм нецелесообразно из-за уменьшения ширины каналов и возможности перекрытия их отсепарированной жидкостью.
На основании выполненных экспериментальных иссле-дований в [11] рекомендуется в конструкциях использовать пластины типа изображенных на рис. 12.3,б со смещенным
выходным сечением канала относительно входного. Наи-более эффективная сепарация достигается при смещении выходного листа жалюзи по оси на 0,55 входной ширины канала. В этом случае обе выходные поверхности каждого листа собирают равнозначное количество влаги.
Для улучшения сепарации мелкодисперсной влаги в [11] предлагается использовать двухпакетные жалюзий-
Рис. 12.4. Схема сепара-тора с дренажом по на-клонному днищу
ные сепараторы (рис. 12,3,в). В первом по ходу смеси пакете сепарируется основное количество крупнодисперсной жидкости. Во втором пакете устанавливаются пластины с увеличенной высотой волны, в результате чего обеспечи-вается возрастание угла поворота потока в каналах и уменьшение ши-рины каналов в местах поворота. Возрастание скорости потока, вы-званное уменьшением ширины ка-нала, и увеличение поворота приводят к увеличению инерционных сил, действующих на капли и от-брасывающих их на поверхность жалюзийного листа.
Применение двухпакетного жа-
люзийного сепаратора возможно при отсутствии ограниче-ний в размерах. При конструировании жалюзийных сепа-раторов следует учитывать условия отвода отсепарированной влаги из пакета. При стекании водяной пленки вниз возможно ее утолщение и накопление жидкости в нижней части сепаратора. При неудовлетворительном отводе накопленной жидкости возможен ее срыв и вынос из сепаратора. Выполненные автором [11] исследования по выбору дренажного устройства для жалюзийного сепаратора сви-детельствуют о том, что наибольший эффект дает та кон-струкция, в которой жалюзи установлены на глухое днище, наклоненное в сторону движения осушаемой смеси (рис. 12.4). В эту же сторону дренируется стекающая с жалюзи отсепарированная жидкость. Проходное сечение пакета увеличивается в нижней части по направлению движения пара, поэтому наиболее нагруженные жидкостные нижние участки жалюзи и днище, по которому стекает жидкость, находятся в зоне пониженных скоростей. Вертикальное расположение жалюзийного сепаратора дает наибольший эффект отделения влаги из пара, и при этом возможна
наибольшая критическая скорость в сепараторе. Отклонение жалюзийных пластин от вертикального положения снижает эффективность сепарации и критическую скорость пара. Увеличение высоты пластин и входной влажности пара также снижает критическую скорость.
По результатам выполненных экспериментальных ис-следований на пакетах высотой 1000, 700 и 400 мм при углах наклона каждого из них к вертикали, равных соответственно 0; 22,5; 45 и 67,5°, и входной влажности от 1—3 до 45—55% в [11] была получена эмпирическая зависимость
(12.12)
Известно большое число эмпирических формул по оп-ределению критической скорости пара в жалюзийных се-параторах, имеющих ограниченное применение. Попытка получить обобщающую зависимость была сделана в [42]:
(12.13)
(12.14)
где A=0,95 при H=500 мм; A=0,85 при H=1000 мм при