Verteiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ver teiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische, vorzugsweise zur Verteilung des Dampf-Wasser-Gemisches auf die Rohre eines Zwangsdurchlaufdampferzeugers, dessen Sammler über Zuleitrohre mit einer vorgeschalteten dampferzeu genden Heizfläche und über Ableitrohre mit einer nach geschalteten dampferzeugenden Heizfläche verbunden ist.
Es ist bekannt, zur gleichmässigen Verteilung des Durchflusses eines Dampf-Wasser-Gemisches auf die Rohre eines Zwangsdurchlaufkessels Sammler mit Ab- leitrohren einzusetzen. Die Geschwindigkeit des Dampf- Wasser-Gemisches am Eintritt in den Sammler wird da bei verhältnismässig hoch gehalten, damit in der Samm lerkammer ein möglichst homogenes Gemisch entsteht, das sich leichter über die Ableitrohre gleichmässig ver teilen lässt.
Die beschriebenen Verteiler arbeiten einwandfrei nur für einen engen Bereich des Dampfgehaltes am Verteiler eintritt, da bei starken Schwankungen des Dampfgehalts keine ausreichende Homogenität des Dampf-Wasser-Ge- misches zu erreichen ist, was wiederum eine gleichmäs- sige Verteilung des Gemisches über die Ableitrohre erschwert.
Die Erfindung ist aus der Aufgabe hervorgegangen, einen Verteiler für Gas-Flüssigkeits-Gemische, vorzugs weise für Dampf-Wasser-Gemische zu schaffen, der eine deichmässige Verteilung des durchlaufenden Wasser- Dampf-Gemisches auf die Ableitrohre auch bei grossen Schwankungen des Dampfgehaltes ermöglicht.
Der erfindungsgemässe Verteiler ist dadurch gekenn zeichnet, dass im Sammler Einlaufrohre mit über ihre Ganze Länge verteilten Löchern derart angeordnet sind, dass sie mit ihrem einen Ende in das Ableitrohr münden, wogegen ihr anderes Ende offen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des Verteilers wei sen die Einlaufrohre an ihren offenen Enden Zähne auf, deren Spitzen sich auf die Wandung des Sammlers ab stützen. Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigt: Fig. 1 den erfindungsgemässen Verteiler für Dampf- Wasser-Gemische im Aufriss, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, und Fig.4 die Abwicklung eines gelochten Einlaufrohres des erfindungsgemässen Verteilers.
Der Sammler 1 (Fig. 1) weist Zuleitrohre 2 und Ab- leitrohre 3 auf.
Das in den Sammler strömende Dampf-Wasser-Ge- misch wird im Sammler in Dampf und Wasser getrennt. Der Dampf steigt nach oben und sammelt sich im obe ren Teil des Sammlers 1, das Wasser bleibt unten. Die Verteilungsverhältnisse werden dadurch begünstigt, dass das in den Sammler 1 hineinragende Zuleitrohr 2 an der Stirnseite mit einem kegeligen Boden 4 (Fig. 2) ver schlossen ist und unten in der Wandung Austrittslöcher 5 für das zuströmende Dampf-Wasser-Gemisch aufweist.
Jedes Ableitrohr 3 ist im Innern des Sammlers 1 mit einem Einlaufrohr 6 versehen, das über seine ganze Länge verteilt Löcher 7 aufweist. Mit seinem einen Ende mün det das Einlaufrohr 6 in das Ableitrohr 3, während sein anderes Ende offen ist. Am offenen Ende des Einlauf rohrs 6 sind Zähne 8 vorgesehen, deren Spitzen auf der Wandung des Sammlers aufliegen. Das Wasser strömt zwischen den Zähnen 8 in das Einlaufrohr 6 ein.
Die Löcher 7 sind am Umfang über die ganze Länge des Einlaufrohres entlang einer Schraubenlinie angeord net. Die Abwicklung der Mantelfläche des Einlaufrohrs 6 ist in Fig. 4 gezeigt. Um rasche Änderungen des Wasser standes im Sammler bei geringeren Dampfgehalten zu vermeiden, ist der Durchmesser der Löcher 7 im unte ren Teil des Einlaufrohrs 6 grösser gewählt als im obe ren.
Der Gesamtdurchgangsquerschnitt der Löcher 7 ist für den höchstmöglichen Durchsatz des Dampf-Wasser- Gemisches ausgelegt. Der Rechnung wird der niedrigste Wasserstand zugrunde gelegt, bei dem der Wasserspie Qei etwas über den Zähnen 8 liegt.
Der beschriebene Verteiler hat folgende Wirkungs weise: Das zu verteilende Dampf-Wasser-Gemisch strömt durch die Zuleitrohre 2 zu und tritt in den Sammler 1 durch die Löcher 5 ein, die sich unten am Rohrende be finden. Das aus jedem Zuleitrohr 2 austretende Gemisch strömt in je zwei Richtungen entlang der Sammlerachse mit einer Geschwindigkeit, bei der der Dampf aus dem Gemisch ausgeschieden wird. Der Dampf steigt nach oben, während die Flüssigkeit sich im unteren Teil des Samm lers 1 sammelt. Im Sammler 1 bildet sich somit oben ein Dampfraum und unten ein Wasserraum.
Der Dampf tritt aus dem oberen Raum in das Einlaufrohr 6 durch die obren. nicht überfluteten Löcher 7 ein.
Die Zahl der jeweils über dem Wasserspiegel liegen den Löcher 7, über welche der Dampf in die Einlauf- rohre 6 gelangt, hängt vom Wasserstand im Sammler 1 ab. Der durch die Löcher 7 aus dem oberen Sammler raum in die Einlaufrohre strömende Dampf wird ge drosselt. so dass der Druck oben im Einlaufrohr 6 stets kleiner ist als der Druck im Dampfraum des Sammlers 1. Dementsprechend ist der Wasserstand im Einlaufrohr 6 stets höher als im oberen Sammlerraum.
Reicht diese Druckdifferenz nicht aus, um das Wasser bis zum näch sten nicht überfluteten Loch hochzudrücken, so dass es vom strömenden Dampf mitgerissen wird, so nimmt der Wasserinhalt des Sammlers zu. Der Wasserstand steigt so lange. bis der Wasserspiegel im Einlaufrohr 6 das nächste vom Dampf durchströmte Loch 7 erreicht. Das Wasser strömt in das Einlaufrohr 6 hauptsächlich zwischen den Zähnen 8 ein. Ein kleinerer Teil tritt durch die überflute ten Löcher 7 ein.
Im Sammler 1 stellt sich also stets ein Wasserstand ein. bei dem der Wasserspiegel im Einlaufrohr 6 gerade Ain nicht überflutetes Loch 7 erreicht, wo das über schüssige Wasser vom durchströmenden Dampf mitge rissen wird.
Die Selbstregelung des Wasserstandes im Verteiler wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert. Es sei angenommen, der Massendurchfluss des Dampf-Wasser-Gemisches am Verteilereintritt bleibe konstant und a) der Dampfgehalt (x) des Gemisches werde plötz lich hoher: Die Zunahme des Dampfgehaltes bei gleichbleiben dem Massendurchfluss bedeutet Vergrösserung des Dampfdurchsatzes und Verkleinerung des Wasserdurch- flusses.
Die Zunahme der durch die nicht überfluteten Löcher 7 strömenden Dampfmenge ruft sofort eine Vergrösse- rung des Druckgefälles an diesen Öffnungen und somit eine Vergrösserung der aus dem Sammler 1 in das Ein laufrohr 6 angesaugten Wassermenge hervor. Dadurch sinkt der Wasserstand im Sammler ab. Eine Wasserstand absenkung tritt auch wegen des kleiner werdenden Was. sergehaltes des durch die Zuleitrohre 2 eintretenden Ge misches ein.
Bei niedrigerem Wasserstand im Sammler 1 ist aber die zum Ansaugen des Wassers erforderliche Druckdifferenz grösser, da die Differenz zwischen den Wasserstandshöhen im Sammler 1 und in den Einlauf- rohren 6 jetzt grösser ist. Es stellt sich nun ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Wasserstand dem neuen, höheren Dampfgehalt des zuströmenden Ge misches entspricht.
b) der Dampfgehalt (x) des zuströmenden Gemisches werde plötzlich niedriger: Die Abnahme des Dampfgehaltes bei gleichbleiben dem Massendurchfluss bedeutet Verkleinerung des Dampfdurchsatzes und eine entsprechende Vergrösserung des Flüssigkeitsdurchflusses. Bei kleinerem Dampfdurch satz durch die über dem Wasserspiegel liegenden Löcher 7 wird das Druckgefälle an ihnen kleiner. Dadurch ver mindert sich die Flüssigkeitsmenge, die aus dem Samm ler 1 in die Einlaufrohre 6 überströmt. Der Wasserstand im Sammler wird also höher.
Der Wasserstandsanstieg erfolgt auch wegen des höheren Wassergehaltes des durch die Zuleitrohre 2 zuströmenden Dampfes.
Bei höherem Wasserstand im Sammler 1 wird der zum Ansaugen der Flüssigkeit erforderliche Unterdruck kleiner, da der erforderliche Unterschied zwischen den Wasserständen im Sammlerraum und in den Einlauf- rohren 6 jetzt geringer ist. Es stellt sich also ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Wasserstand im Sammler 1 dein neuen, niedrigeren Dampfgehalt des zu strömenden Gemisches entspricht.
Nachstehend sind noch Versuchsergebnisse angege ben, die an einem erfindungsgemässen Verteiler für Dampf-Wasser-Gemisch bei verschiedenen Drücken und bei einer Änderung des Dampfgehaltes in einem weiten Bereich gewonnen wurden.
Bei einem Druck von p = 180 at und bei einer Än derung des Dampfgehaltes von x = 0,15 auf x = 0,85 betrug die Abweichung des Dampfgehaltes in den ein zelnen Rohren vom Mittelwert Ax = x"" - x = 0,02 0,1. Kleinere Abweichungen wurden bei Dampfgehalten von x = 0,1 bis 0,3 und x = 0,7 bis 0,9 gemessen. Grös- sere Abweichungen traten bei Dampfgehalten von x = 0,4 bis 0,6 auf.
Der vorgeschlagene Verteiler kann auch zur Vertei lung anderer Gas-Flüssiakeits-Gemische mit Erfolg ein gesetzt werden.