once through boiler recirculation pump

8/12/2019 once through boiler recirculation pump

1/6

Sept 1 7 , 1 9 6 8 D . PALCHIK 3 , 4 0 1 , 6 7 4STEAM GENERATOR RECIRCULATING PUMP OPERATION

Filed Sept. 2 0 , 1966 3 She e ts-She e t l

F I G 1/ 2 0

. INVENTORDAV/D PALCH/K

AGENT


2/6


3/6


4/6

U n i t e d S t a t e s P a t e n t 01

3 , 4 0 1 , 6 7 4STEAM GENERATOR RECIRCULATINGPUMP QPERATIOND a v i d P a l c l i i k , B l o o m ? e l d , C o n n . , a s s i g n o r t o Combust i o n E n g i n e e r i n g , I n c . , W i n d s o r , C o n n . , a c o r p o r a t i o no f DelawareF i l e d S e p t . 2 0 , 1 9 6 6 , S e r . N o . 5 8 0 , 7 6 51 0 C l a i m s . ( C l . 122-406ABSTRACT OF THE DISCLOSURE

A n c e - t h r o u g h s u p e r c r i t i c a l p r e s s u r e s t e a m g e n e r a t o ro f t h e r e c i r c u l a t i n g t y p e , e m p l o y i n g a c e n t r i f u g a l p u m pt o e f f e c t r e c i r c u l a t i o n . A easure o f t h e d e n s i t y o f t h e? u i d p a s s i n g t h r o u g h t h e p u m p i s d e t e r m i n e d a n d t h epump s p e e d i s r e g u l a t e d i n r e s p o n s e t o t h i s measurem e n t . The measure o f d e n s i t y may b e t h e d e n s i t y i t s e l f ,t e m p e r a t u r e , power c o n s u m p t i o n o f t h e p u m p d r i v e m o t o r ,o r any o t h e r r e l i a b l e parameter under t h e p a r t i c u l a ro p e r a t i n g c o n d i t i o n s .

T h i s i n v e n t i o n r e l a t e s t o r e c i r c u l a t i n g t y p e s u p e rc r i t i c a l p r e s s u r e steam g e n e r a t o r s and i n p a r t i c u l a r t o amethod a n d a p p a r a t u s f o r o p e r a t i n g a r e c i r c u l a t i n g p u m ps o a s t o o b t a i n t h e maximum e c i r c u l a t i o n c o n s i s t e n t withp u m p d r i v e power c o n s u m p t i o n l i m i t a t i o n s .U S . P a t e n t 3 , 0 3 8 , 4 5 3 t o W. H. Armacost i l l u s t r a t e sa once-through steam g e n e r a t o r with a r e c i r c u l a t i o n s y st e m superimposed on t h e through-?ow c i r c u i t . The r ec i r c u l a t i n g p u m p i s l o c a t e d i n t h e r e c i r c u l a t i n g l i n e s ot h a t i t withdraws ? u i d from a l o c a t i o n downs tream o f t h eh e a t i n g s u r f a c e a n d r e i n t r o d u c e s i t u p s t r e a m o f t h e h e a ti n g s u r f a c e . T h i s p u m p i s c o n t r o l l e d t o o b t a i n a c o n s t a n tp r e s s u r e d r o p a c r o s s t h e h e a t i n g s u r f a c e .U S . P a t e n t 3 , 1 3 5 , 2 5 2 t o W. W. S c h r o e d t e r a l s o d es c r i b e s a once-through b o i l e r w i t h a r e c i r c u l a t i o n systems u p e r i m p o s e d on t h e t h r o u g h - ? o w c i r c u i t . The r e c i r c u l a ti n g p u m p used t o produce o r i n d u c e r e c i r c u l a t i o n i s af r e e - ? o a t i n g c e n t r i f u g a l p u m p . The f r e e - ? o a t i n g pu m pon t h e s y s t e m p r o d u c e s a g e n e r a l l y uniform v e l o c i t y o ft h e ? u i d e n t e r i n g t h e w a t e r w a l l s y s t e m o v e r t h e o p e r a t i n grange o f t h e p u m p . T h i s p a t e n t i l l u s t r a t e s t h e pump a sl o c a t e d n o t o n l y i n t h e r e c i r c u l a t i n g l i n e b u t a l t e r n a t e l y i nt h e through-?ow l i n e i n s u c h a l o c a t i o n t h a t ? o w s i n d u c e dfrom a l o c a t i o n downstream o f t h e h e a t a b s o r b i n g l o c at i o n t o a l o c a t i o n upstream o f t h e r e c i r c u l a t i n g pum p . I ns u c h a l o c a t i o n t h e h o t r e c i r c u l a t e d ? u i d i s mixed witht h e incoming f e e d w a t e r s o t h a t t h e t e m p e r a t u r e a t t h e r ec i r c u l a t i n g p u m p i s l o w e r t h a n t h e t e m p e r a t u r e o f t h e? u i d n a t u r a l l y b e i n g r e c i r c u l a t e d .The t e m p e r a t u r e o f t h e ? u i d e n t e r i n g t h e W a t e r w a l l c i rc u i t s v a r i e s s u bs t a n t i a l l y o v e r t h e l o a d r a n g e even thought h e v e l o c i t y o f t h e ? u i d i s a p p r o x i m a t e l y c o n s t a n t . T h i sd i f f e r e n c e i n t e m p e r a t u r e r e s u l t s i n a c o n s i d e r a b l e c h a n g ei n d e n s i t y s o t h a t t h e mass ? o w o f t h e water e n t e r i n g t h ew a t e r w a l l c i r c u i t s i s c o n s i d e r a b l y r e d u c e d a t low l o a d swhere h i g h t e m p e r a t u r e s e x i s t a t t h e pump. S i n c e t h er e s i s t a n c e o f t h e i n t e r n a l ?lm i n s i d e t h e b o i l e r t u b e s t ot r a n s f e r h e a t i s a f u n c t i o n b a s i c a l l y o f t h e m ass ?ow a t er a t h e r t h a n v e l o c i t y , a r e l a t i v e l y poor conductance r es u l t s w h e n h i g h t e m p e r a t u r e s e x i s t a t t h e w a t e r w a l l i n l e t .Even t h o u g h r e l a t i v e l y low a v e r a g e a b s o r p t i o n r a t e s e x i s ta t t h i s t i m e , l o c a l r a t e s may b e r e l a t i v e l y h i g h w i t h r es u l t a n t h i g h m e t a l t e m p e r a t u r e s . I t i s d e s i r a b l e t o i n c r e a s et h e mass ?ow a t e a t t h i s time t o i n c r e a s e t h e f a c t o r o fs a f e t y i n t h e d e s i g n o f t h e b o il e r t u b i n g .

I t i s an o b j e c t o f my n v e n t i o n t o p r o v i d e a m e t h o d anda p p a r a t u s f o r o p e r a t i n g a r e c i r c u l a t i n g p u m p which i sl o c a t e d i n t e r m e d i a t e t h e m i x i n g v e s s e l and t h e w a t e r w a l lh e a t i n g s u r f a c e i n such a m a n n e r a s t o o b t a i n t h e m a x i

O

10

2 0

25

30

40

50

65

3 , 4 0 1 , 6 7 4P a t e n t e d S e p t . 1 7 , 1 9 6 82

rnum r e c i r c u l a t i o n c o n s i s t e n t w i t h t h e c i r c u l a t i n g p u m pd r i v e p o w e r c o n s u m p t i o n l i m i t a t i o n s .O t h e r o b j e c t s a n d a d v a n t a g e s o f t h e i n v e n t i o n w i l l b ec o m e a p p a r e n t t o t h o s e s k i l l e d i n t h e a r t a s t h e d e s c r i p t i o nproceeds.

W i t h t h e a f o r e m e n t i o n e d o b j e c t s i n v i e w , t h e i n v e n t i o nc o m p r i s e s a n a r r a n g e m e n t , c o n s t r u c t i o n and c o m b i n a t i o no f t h e e l e m e n t s o f t h e i n v e n t i v e o r g a n i z a t i o n i n s u c h am a n n e r a s t o a t t a i n t h e r e s u l t s d e s i r e d , a s hereinafter m o r ep a r t i c u l a r l y s e t f o r t h i n t h e f o l l o w i n g d e t a i l e d d e s c r i pt i o n o f a n i l l u s t r a t i v e embodiment, s a i d embodimentb e i n g s h o w n b y t h e a c c o m p a n y i n g d r a w i n g s w h e r e i n :FIG. 1 i l l u s t r a t e s a o n c e - t h r o u g h r e c i r c u l a t i n g t y p esteam g e n e r a t o r h a v i n g a mixed ? o w p u m p w i t h t h e p u m ps p e e d b ei n g c o n t r o l l e d by u s e o f a motor g e n e r a t o r s e ti n a ? u i d c o u p l i n g , a n d t h e c o n t r o l b e i n g r e s p o n s i v e t ot h e power c o n s u m p t i o n o f t h e motor d r i v i ng t h e r e c i r c u l a ti n g pump;

FIG. 2 i s a c u r v e i l l u s t r a t i n g v e l o c i t y c o n d i t i o n s e n t e ri n g t h e w a t e r w a l l w i t h c o n s t a n t p u m p s p e e d ;

F I G . 3 i s a curve i l l u s t r a t i n g t h e mass ?ow r a t e s a tt h e w a t e r w a l l i n l e t f o r d i f f e r e n t p u m p s p e e d s ;

FI G. 4 i l l u s t r a t e s t h e k i l o w a t t i n p u t t o t h e motor f o rv a r i o u s p u m p s p e e d s ;

FI G. 5 i l l u s t r a t e s t h e motor r e v o l u t i o n s p e r v m i n u t ef o r a c o n s t a n t k i l o w a t t i n p u t ; and

FI G. 6 i l l u s t r a t e s a steam g e n e r a t o r wherein t h e v a r ia b l e s p e e d motor d r i v i n g t h e c i r c u l a t i n g p u m p i s c o nt r o l l e d i n r e s p o n s e t o t h e t e m p e r a t u r e o f t h e ? u i d p a s s i n gt h r o u g h t h e c i r c u l a t i n g pump.Water from t h e h o t w e l l 2 p a s s e s t h r o u g h f e e d w a t e rl i n e 4 which i n c l u d e s t h e c o n d e n s a t e p u m p and low p r e ss u r e f e e d w a t e r h e a t e r s ( n o t s h o w n ) . Feedwater p u m p 6r a i s e s t h e p r e s s u r e o f t h e w a t e r t o a b o u t 4 0 0 0 p . s . i . w i t ht h e w a t e r t h e n ?owing t o t h e s t e a m g e n e r a t o r t h r o u g hf e e d w a t e r v a l v e 8 .

T h i s h i g h p r e s s u r e w a t e r i s p a s s e d t h r o u g h t h e e c o n om i z e r 1 0 t o t h e m i x i n g v e s s e l 1 2 and c o n t i n u e s t h r o u g ht h e c i r c u l a t i n g p u m p 14 and t h e f u r n a c e w a l l c i r c u i t s 1 6 .These f u r n a c e w a l l c i r c u i t s a r e i n t h e form o f a p l u r a l i t yo f p a r a l l e l t u b e s which l i n e t h e w a l l s o f a r a d i a n t f u r n a c e .Fuel burner 18 ? r e s c o a l o r o i l i n t o t h e f u r n a c e f o r c o mb u s t i o n w i t h t h e h e a t b e i n g r a d i a n t l y t r a n s m i t t e d t o t h ef u r n a c e w a l l c i r c u i t s 1 6 .The t h r o u g h - ? o w o f w a t e r c o n t i n u e s t h r o u g h t h ef u r n a c e w a l l o u t l e t l i n e 20 and t h e s u p e r h e a t e r 22 t o t h emain s t e a m l i n e 2 4 . Combustion g a s e s formed by t h ecombustion form burner 18 p a s s over t h e s u r f a c e o f s u p e rh e a t e r 2 2 h e a t i n g t h e s t e a m p a s s i n g t h r o u g h t h a t s u r f a c ea s w e l l a s over t h e s u r f a c e o f economizer 10 therebyh e a t i n g t h e w a t e r p a s s i n g t h r o u g h t h a t s u r f a c e .

T u r b i n e c o n t r o l v a l v e 26 c o n t r o l s t h e s t e a m ? o w t h r o u g hsteam l i n e 24 t o t u r b i n e 2 8 . T h i s t u r b i n e i s d i r e c t l y c o n ~n e c t e d t o e l e c t r i c g e n e r a t o r 30 f o r t h e g e n e r a t i o n o f p o w e r .S t e a m i s e x h a u s t e d from t h e t u r b i n e 28 and condensed i nt h e condenser 32 s o t h a t i t r e t u r n s t o t h e hot w e l l 2 .Th e w a t e r i s t h e n a g a i n r e c y c l e d a s i n t h e c o n v e n t i o n a lp o w e r p l a n t c y c l e .

R e c i r c u l a t i n g l i n e 34 i s c o n n e c t e d t o withdraw a p o rt i o n o f t h e t h r o u g h - ? o w from t h e f u r n a c e w a l l o u t l e t l i n e20 and r e t u r n t h i s p o r t i o n t o t h e m i x i n g v e s s e l 1 2 whichi s l o c a t e d u p s t r e a m o f t h e f u r n a c e w a l l c i r c u i t 1 6 . Thec i r c u l a t i n g p u m p 14 a d d s p r e s s u r e e n e r g y t o t h e Waterp a s s i n g t h e r e th r o u g h , a n d i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e r ec i r c u l a t i n g l i n e 34 o p e r a t e s t o m a i n t a i n a f l o w i n t h ef u r n a c e w a l l c i r c u i t s h i g h e r t h a n t h e n o r m a l t h r o u g h? o v v a s e x p l a i n e d i n U S . P a t e n t 3 , 1 3 5 , 2 5 2 t o W. W.S c h r o e d t e r . T h i s r e c i r c u l a t i n g l i n e i n c l u d e s t h e s t o p c h e c kv a l v e 36 which o p e r a t e s t o p r e v e n t r e v e r s e ? o w i n t h er e c i r c u l a t i n g l i n e .

The c i r c u l a t i n g p u m p 1 4 i s o f t h e c o n v e n t i o n a l c e n t r if u g a l t y p e h a v i n g a n i m p e l l e r w h i c h i s r o t a t e d a t 1 8 0 0


5/6

3 , 4 0 1 , 6 7 43r . p . m . S i n c e t h e p r e s s u r e o f t h e w a t e r a t t h i s ' l o c a t i o n i sa b o u t 3900 p . s . i . , i t i s d i f f i c u l t t o p r o p e r l y s e a l a s h a f tp a s s i n g t o t h e p u m p from an e x t e r n a l m o t o r . A c c o r d i n g l y ,a mo tor o f t h e canned t y p e i s used t o d r i v e t h i s pumpw i t h t h e r o t o r o f t h e motor b e i n g c o n t a i n e d w i t h i n a t h i nm e t a l l i c s t r u c t u r e . T h i s r o t o r i s o f t h e s q u i r r e l c a g e d es i g n W i t h n o e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n s t o t h e r o t o r .With t h i s motor d r i v i n g t h e p u m p a t c o n s t a n t s p e e d ,t h e v e l o c i t y c h a r a c t e r i s t i c i s a s i n d i c a t e d by c u r v e 3 8 i nFIG. 2 and m o r e f u l l y d e s c r i b e d i n U S . P a t e n t 3 , 1 3 5 , 2 5 2t o W. W. S c h r o e d t e r . In t h i s curve t h e o r d i n a t e i n d i c a t e sv e l o c i t y i n f e e t p e r s e c o n d o f t h e ? u i d e n t e r i n g t h e t u b e so f t h e f u r n a c e w a l l s e c t i o n 1 6 . The a b s c i s s a g e n e r a l l yi n d i c a t e s t h e q u a n t i t y o f t h r o u g h - ? o w t h r o u g h t h e s t e a mg e n e r a t o r a s a p e r c e n t a g e o f d e s i g n f u l l l o a d ?ow. S i n c et h e s e u n i t s a r e g e n er a l l y s t a r t e d up by i n i t i a t i n g ? o w a t1 0 p e r c e n t W h i l e t h e s t e a m g e n e r a t o r i s c o l d and t h e n? r i n g t o w a r m up t h e u n i t b e f o r e i n c r e a s i n g f l o w , t h e 1 0p e r c e n t c o n d i t i o n i s shown a t two l o c a t i o n s a l o n g t h ea b s c i s s a . The ? r s t c o n d i t i o n i n d i c a t e s 1 0 p e r c e n t ? o ww i t h c o l d w a t e r i n t h e steam g e n e r a t o r w h i l e t h e s e c o n d1 0 p e r c e n t p o i n t i n d i c a t e s t h e c o n d i t i o n s w i t h t h e f u r n a c ew a l l c i r c u i t up t o f u l l t e m p e r a t u r e ( i n t h e o r d e r o f 800 F .a t t h e o u t l e t ) . I t can be s e e n t h a t t h e v e l o c i t y e n t e r i n gt h e w a t e r w a l l s i s e s s e n t i a l l y c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h er a n g e i n which t h e p u m p o p e r a t e s . Curve 4 0 i n d i c a t e s t h ev e l o c i t y w i t h o u t r e c i r c u l a t i o n . A t 7 8 p e r c e n t l o a d t h eo u t p u t o f t h e p u m p i s i n s u f ? c i e n t t o i n d u c e r e c i r c u l a t i o nand from t h i s p o i n t on t h e through-?ow a l o n e c a u s e s t h e' v e l o c i t y t o i n c r e a s e .The s o l i d l i n e 44 i n FI G. 3 i n d i c a t e s t h e mass ? o wc h a r a c t e r i s t i c s a t c o n s t a n t p u m p s p e e d o f 1800 r . p . m .t h r o u g h o u t t h e same o p e r a t i n g r a n g e . The o r d i n a t e i nt h i s c a s e i s t h e mass ?ow f t h e ?uid e n t e r i n g t h e f u r n a c ew a l l t u b e s e x p r e s s e d i n pounds p e r hour p e r s q u a r e f e e t .I t can b e s e e n t h a t a t t h e 1 0 p e r c e n t through-?ow c o n d it i o n a s t h e W a t e r i s h e a t e d u p , w h i l e t h e v e l o c it y i n c r e a s e ss l i g h t l y , t h e mass ? o w r a t e d e c r e a s e s s u b s t a n t i a l l y . A ti n c r e a s i n g t h r o u g h - ? o w s a mass ? o w r a t e g e ne r a l l y i nc r e a s e s a g a i n .FI G. 4 u s i n g t h e same a b s c i s s a i n d i c a t e s t h e k i l o w a t ti n p u t t o t h e ca nne d m o t o r i n curve 4 6 f o r t h e s a m e1 8 0 0 r . p . m . i m p e l l e r s p e e d . Due t o t h e n a t u r a l c h a r a c t e r i st i c o f c e n t r i f u g a l p u m p s , t h e k i l o w a t t i n p u t d ec r e a s e sa s t h e w a t e r d e n s i t y d e c r e a s e s and s u b s e q u e n t l y i n c r e a s e si n a m a n n e r s i m i l a r t o the m a s s ? o w .Curves 48 and 50 i n FI G. 3 show t h e mass ? o w e n t e ri n g t h e f u r n a c e w a l l c i r c u i t s f o r i m p e l l e r s p e e d s o f 2 2 5 0an d 2700 r . p . m . r e s p e c t i v e l y . S i m i l a r c u r v e s a r e i l l u s t r a t e di n FI G. 4 where c u r v e 52 shows t h e k i l o w a t t i n p u t f o r2 2 5 0 r . p . m . and c u r v e 54 t h e k i l o w a t t i n p u t a t 2700 r . p . m .While t h e c u r v e s a r e shown f o r o n l y a few o f t h e i m p e l l e rs p e e d s , o b v i o u s l y t h e r e a r e a n i n ? n i t e numb er o f s p e e d swhich c o u l d be u s e d and a c o r r e s p o n d i n g i n ? n i t e numb ero f c u r v e s . An n s p e c t i o n o f FI GS . 3 and 4 w i l l show t h a tw h e n t h e mass ? o w i s l o w , t h e k i l o w a t t i np u t f o r a g i v e ni m p e l l e r s p e e d i s a l s o l o w . T h e r e f o r e i n o r d e r t o i m p r o v et h e mass ? o w c o n d i t i o n s , t h e i m p e l l e r s p e e d i s i n c r e a s e dwhere t h e mass ? o w i n c r e a s e s . I t , h o w e v e r , i s d e s i r a b l et o l i m i t t h e k i l o w a t t i n p u t t o t h e m o t o r . T h i s k i l o w a t ti n p u t a f f e c t s n o t o n l y t h e c o o l i n g r e q u i r e m e n t s o f t h emotor b u t a l s o t h e power p l a n t s w i t c h g e a r and t r a n sf o r m e r c a p a c i t y which must b e i n s t a l l e d t o s u p p l y t h ee n e r g y r e q u i r e m e n t s f o r t h e p u m p . I n FI G. 4 l i n e 56r e p r e s e n t s a c o n s t a n t k i l o w a t t i n p u t t o t h e motor d r i v i n gt h e c i r c u l a t i n g pump. By i n t e r p o l a t i n g b e t w e e n c u r v e s4 4 , 48 and 5 0 t h e a p p r o p r i a t e r . p . m . can b e o b t a i n e d t om a i n t a i n t h i s c o n s t a n t k i l o w a t t i n p u t . T h i s motor s p e e di s sh o w n by c u r v e 57 i n F I G . 5 . I t s e f f e c t on t h e mass?ow i s i l l u s t r a t e d by l i n e 58 shown on FIG. 3 . I t canbe s e e n t h a t by o p e r a t i n g t h e c i r c u l a t i n g p u m p i n s u c h am a nne r t h e p a r t i c u l a r l y low mass ? o w o p e r a t i n g c o n d it i o n i s a v o i d e d w i t h no i n c r e a s e i n t h e power r e q u i r e m e n t so f t h e pump. A t a l l C o n d i t i o n s t h e m a x i m u m mass f l o w

10

20

45

50

55

60

65

7 0

4 .i s o b t a i n e d c o m p a t i b l e w i t h p u m p v m o t o r p o w e r l i m i t ations . ' ' .

I n o r d e r t o o b t a i n t h i s c h a r a c t e r i s t i a t h e pump s p e e dm u s t b e c h a n g e d . T h r o t t l i n g o f t h e ? o w t h r o u g h t h e p u m po r t h r o t t l i n g o f t h e r e c i r c u l a t i n g ?ow w i l l ' n o t s u ? i c e , s i n c et h i s w i l l n o t e f f e c t i v e l y c h a n g e t h e p o w e r c o n s u m p t i o nof t h e m o t o r d r i v i n g t h e p u m p . W h i l e t h e pump s p e e d may b e c o n t r o l l e d m a n u a l l y , vF I G . 1 i l l u s t r a t e s an . a u t o m a ti c c o n t r o l f o r m a i n t a i n i n gt h e m a x i m u m mass ? o w c o n s i s t e n t w i t h power c o n s u m p - 't i o n r e q u i r e m e n t s . The c i r c u l a t i n g p u m p 1 4 i s d r i v e n b yd i r e c t l y c o n n e c t e d canned motor 6 0 . The c o n s t a n t s p e e da l t e r n a t i n g c u r r e n t motor 6 2 i s c o n n e c t e d t o t h e l i n e a ndo p e r a t e s t o r o t a t e a l t e r n a t i n g c u r r e n t g e n e r a t o r 6 4 whichi s c o n n e c t e d t h r o u g h t h e ? u i d c o u p l i n g 6 6 . The o u t p u tfrom t h e g e n e r a t o r 64 p a s s e s t o t h e m o t o r 6 0 t h r o u g hW a t t m e t e r 6 8 . By c h a n g i n g t h e f r e q u e n c y o f t h e c u r r e n t 'g e n e r a t e d b y g e n e r a t o r 6 4 , t h e s p e e d o f r o t a t i o n o f t h ep u m p 1 4 i s c h a n g e d . Watt m e t e r 6 8 s e n s e s t h e k i l o w a t t c o n s u m p t i o n o f t h e motor 6 0 and p a s s e s a c o n t r o l s i g n a lr e p r e s e n t i n g t h i s p o w e r c o n s u m p t i o n t h r o u g h c o n t r o l l i n e7 0 . A t s e t p o i n t 7 2 t h i s s i g n a l i s compared t o a s i g n a lr e p r e s e n t i n g t h e d e s i r e d k i l o w a t t c o n s u m p t i o n w i t h t h ee r r o r s i g n a l p a s s i n g t h r o u g h c o n t r o l l i n e 74 t o c o n t r o l l e r7 6 . T h i s c o n t r o l l e r t h e n o p e r a t e s o n t h e ? u i d c o u p l i n g6 6 c h a n g i n g t h e s p e e d o f t h e g e n e r a t o r 6 4 a n d t h e r e f o r et h e s p e e d o f m o t o r 6 0 . T h i s i s a u t o m a t i c a l l y r e a d j u s t edu n t i l p u m p 1 4 i s o p e r a t i n g a t s u c h a s p e e d t h a t t h e k i l ow a t t consumption r e m a i n s a t t h e d e s i r e d v a l u e . T h i s cont r o l c i r c u i t c o u l d be arranged i n such a m a n n e r t h a t t h ek i l o w a t t s p e e d o f t h e m o t o r i s c h a n g e d i n s t e p s , a l l o w i n gsome d e v i a t i o n from t h e d e s i r e d k i l o w a t t c o n s u m p t i o nr a t h e r t h a n u s i n g t h e e x a c t a p p r o a c h i l l u s t r a t e d h e r e .FI G. 6 i l l u s t r a t e s a p o w e r p l a n t which i s i d e n t i c a l w i t ht h a t i l l u s t r a t e d i n FI G. 1 e x c e p t f o r t h e method o f cont r o l l i n g t h e s p e e d o f t h e c i r c u l a t i n g pu m p 1 4 . T h e d e n s i t yo f t h e ? u i d ?owing t h r o u g h t h e p u m p i s a f f e c t e d by temp e r a t u r e a t a c o n s t a n t p r e s s u r e . I n mos t c i r c u m s t a n c e snominal v a r i a t i o n s o f p r e s s u r e do n o t s i g n i ? c a n t l y a f f e c tt h e d e n s i t y . T h e r e f o r e when o p e r a t i n g i n t h e u s u a l p r e ss u r e r a n g e , temperature a l o n e may be used a s an i n d i c at i o n o f t h e d e n s i t y . The k i l o w a t t c o n s u m p t i o n o f t h emotor d r i v i n g a c i r c u l a t i n g p u m p i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a lt o t h e d e n s i t y o f t h e ? u i d b e i n g p u m p e d . T h e r e f o r e , t h i st e m p e r a t u r e may e used a s an i n d i c a t i o n o f t h e k i l o w a t tc o n s u m p t i o n o f t h e m o t o r . A a r i a b l e s p e e d motor 8 0which d r i v e s t h e c i r c u l a t i n g p u m p 1 4 i s o f t h e t w o - s p e e dt w o - w i n d i n g t y p e . T h i s motor w i l l o p e r a t e a t e i t h e r 1 8 0 0r . p . m . o r 2700 r . p . m . T h i s mo tor i s c o n n e c t e d t h r o u g hc o n t r o l l e r 8 2 t o t h e l i n e power s u p p l y . T h i s c o n t r o l l e r i so p e r a t i v e t o a c t i v a t e t h e motor 8 0 s e l e c t i v e l y on t h e1800 o r 2700 r . p . m . w i n d i n g s .T e m p e r a t u r e t r a n s m i t t e r 84 s e n s e s t h e t e m p e r a t u r eo f t h e ? u i d p a s s i n g t h r o u g h t h e c o n d u i t 1 3 a n d t h e c i r c ul a t i n g p u m p 14 and s e n d s a s i g n a l i n d i c a t i v e o f t h i s t emp e r a t u r e t h r o u g h c o n t r o l l i n e 8 6 t o t h e c o n t r o l l e r 8 2 . A si n d i c a t e d b e f o r e , t h i s t e m p e r a t u r e s i g n a l i s a f u n c t i o no f t h e d e n s i t y o f t h e ? u i d b e i n g p u m p e d . W h e n t h e temp e r a t u r e o f t h i s ? u i d d r o p s b e l o w 5 4 0 F . , t h e c o n t r o l l e r8 2 o p e r a t e s t o a c t i v a t e t h e 1 8 0 0 r . p . m . w i n d i n g s o f p u m p8 0 . When h e t e m p e r a t u r e r i s e s t o a b o u t 550 F . , t h e cont r o l l e r o p e r a t e s t o i n c r e a s e t h e s p e e d o f t h e motor 80 t o2 7 0 0 r . p . m . With v a r i o u s m u l t i p l e w i n d i n g m o t o r s , t h i s .o p e r a t i o n may b e u s e d t o s e l e c t any d e s i r e d s t e p s i nmotor s p e e d . Whe r e p r e s s u r e v a r i e s t o s u c h . an e x t e n tand i n s u c h a r a n g e t h a t i t s i g n i ? c a n t l y a f f e c t s t h e d e n s i t yo f t h e ? u i d b e i n g pumped, t h e p r e s s u r e t r a n s m it t er m u s ta l s o b e i n c l u d e d s o t h a t t h e p r e s s u r e and t e m p e r a t u r es i g n a l s a r e b o t h u s e d t o d e t e r m i n e a s i g n a l r e p r e s e n t a t i v eo f t h e d e n s i t y o f t h e ? u i d p a s s i n g t h r o u g h t h e m o t o r .

While I have i l l u s t r a t e d and d e s c r i b e d a p r e f e r r e d ; e m ~bod i men t of my i n v e n t i o n i s t o be understood t h a ts u c h i s m e r e l y i l l u s t r a t i v e a n d n o t r e s t r i c t i V e J a n d t h a tv a r i a t i o n s and m o d i f i c a t i o n s may b e m a de t h e r e i n w i t ho u t d e p a r t i n g f r o m t h e s p i r i t a n d s c o p e o f t h e i n v e n t i o n .


6/6

3 , 4 0 1 , 6 7 45I t h e r e f o r e do n o t w i s h t o b e l i m i t e d t o t h e p r e c i s e d e t a i l ss e t f o r t h b u t d e s i r e t o a v a i l m y s e l f o f s u c h c h a n g e s a s f a l lw i t h i n t h e p u r v i e w o f my n v e n t i o n .Wha t I c l a i m i s :1 . A u p e r c r i t i c a l p r e s s u r e s t e a m g e n e r a to r c o m p r i s i n g :a h e a t exchange s e c t i o n ; m eans f o r e s t a b l i s h i n g a t h r o u g h? o w o f w a t e r t h r o u g h s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n ; a mixi n g z o n e u p s t r e a m o f s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n a n dc o n d u i t means f o r c o n v e y i n g ? u i d from s a i d m i x i n g zonet o s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n ; means f o r w i t h d r a w i n g ap o r t i o n o f t h e through?ow from a l o c a t i o n downstreamo f s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n a n d r e i n t r o d u c i n g s a i d p o rt i o n i n s a i d m i x i n g z o n e ; a c e n t r i f u g a l p u m p h a v i n g ani m p e l l e r l o c a t e d i n s a i d c o n d u i t means; d r i v i n g meansf o r r o t a t i n g t h e i m p e l l e r o f s a i d c e n t r i f u g a l p u m p ; s e n s i n gmeans f o r s e n s i n g a measure o f t h e d e n s i t y o f t h e ?uida s i t p a s s e s t h r o u g h s a i d c o n d u i t means and c e n t r i f u g a lpump; means f o r v a r y i n g t h e s p e e d o f r o t a t i o n o f s a i di m p e l l e r i n r e s p o n s e t o s a i d s e n s i n g m e a n s .2 . An a p p a r a t u s a s i n c l a i m 1 w h e r e i n s a i d s e n s i n gmeans c o m p r i s e s means f o r s e n s i n g t h e power i n p u t t o :s a i d d r i v i n g means.3 . An a p p a r a t u s a s i n c l a i m 1 h a v i n g a f u r n a c e , andmeans f o r b u r n i n g f u e l w i t h i n s a i d f u r n a c e ; s a i d h e a te x c h a n g e s e c t i o n c o m p r i s i n g t u b e s l i n i n g t h e W a l l s o fs a i d f u r n a c e . ~4 . An a p p a r a t u s a s i n c l a i m 3 wherein s a i d d r i v i n gmeans c o m p r i s e s a canned s q u i r r e l c a g e motor; t h e m eansf o r v a r y i n g t h e s p e e d o f r o t a t i o n o f s a i d p u m p c o m p r i s i n ga c o n s t a n t speed e l e c t r i c motor, an a l t e r n a t i n g c u r r e n te l e c t r i c g e n e r a t o r , a ? u i d c o u p l i n g c o n n e c t i n g s a i d a l t e rn a t i n g c u r r e n t motor and s a i d a l t e r n a t i n g c u r r e n t g e n e r at o r , and e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n s f o r c o n v e y i n g t h e o u t p u t o fs a i d a l t e r n a t i n g c u r r e n t g e n e r a t o r t o s a i d canned m o t o r .5 . An a p p a r a t u s a s i n c l a i m 1 w h e r e i n s a i d s e n s i n gmeans c o m p r i s e s means f o r s e n s i n g t h e t e m p e r a t u r e o ft h e ? u i d p a s s i n g t h r o u g h s a i d c o n d u i t m e a n s .6 . A method o f o p e r a t i n g a s u p e r c r i t i c a l p r e s s u r e r ec i r c u l a t i n g t y p e s t e a m g e n e r a t o r c o m p r i s i n g : e s t a b l i s h i n ga through-?ow o f W a t e r ; h e a t i n g s a i d through-?ow t o at e m p e r a t u r e l e v e l b y p a s s i n g t h e w a t e r i n h e a t e x c h a n g er e l a t i o n s h i p w i t h a h e a t s o u r c e ; forming a mixed ? o wp o r t i o n o f w a t e r ? o w by r e t u r n i n g a p o r t i o n o f t h ethrough-?ow a t s a i d t e m p e r a t u r e l e v e l t o a l o c a t i o n i ns a i d t h r o u g h - ? o w p a t h u p s t r e a m o f s a i d h e a t e x c h a n g e

20

35

45

6r e l a t i o n , a n d m i x i n g t h e r e t u r n e d p o r t i o n w i t h t h et h r o u g h - ? o w ; i n c r e a s i n g t h e p r e s s u r e o f s a i d mixed f l o wp o r t i o n b y m e c h a n i c a l l y a d d i n g p r e s s u r e e n e r g y t o t h emixed ? o w p o r t i o n o f w a t e r ?ow; d e t e r m i n i n g a measureo f t h e d e n s i t y o f s a i d mixed ? o w p o r t i o n o f t h e w a t e rf l o w b e f o r e h e a t i n g t h e w a t e r f l o w ; a n d r e g u l a t i n g t h ei n c r e a s e i n p r e s s u r e i n r e s p o n s e t o s a i d measure o f d e n s i t y .7 . A e thod a s i n c l a i m 6 wherein t h e measure o fd e n s i t y o f t h e m i x e d ? o w p o r t i o n i s d e t e r m i n e d b y d e t e r m i n i n g t h e e n e r g y r e q u i r e d t o m e c h a n i c a l l y a d d p r e s s u r ee n e r g y t o t h e mixed ? o w p o r t i o n o f W a t e r ?ow.8 . A e thod a s i n c l a i m 7 wherein t h e i n c r e a s e i np r e s s u r e i s r e g u l a t e d i n r e s p o n s e t o t h e e n e r g y r e q u i r e d ,i n such a manner a s t o main tain a t a con stan t valu e ofe n e r g y r e q u i r e d t o m e c h a n i c a l l y a d d p r e s s u r e e n e r g y .9 . An p p a r a t u s a s i n c l a i m 6 wherein t h e measure o fd e n s i t y o f t h e m i x e d ? o w p o r t i o n i s d e t e r m i n e d b y measu r i n g t h e t e m p e r a t u r e o f t h e m i x e d ? o w p o r t i o n .1 0 . A u p e r c r i t i c a l p r e s s u r e s t e a m g e n e r a t o r c o m p r i si n g : a h e a t e x c h a n g e s e c t i o n ; means f o r e s t a b l i s h i n g at h r o u g h - ? o w o f W a t e r t h r o u g h s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n ;a m i x i n g zone upstream o f s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n andc o n d u i t means f o r c o n v e y i n g ? u i d from s a i d m i x i n g zonet o s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n ; r e c i r c u l a t i n g p i p e meansf o r w i t h d r a w i n g a p o r t i o n o f t h e through-?ow from al o c a t i o n downstream o f s a i d h e a t e x c h a n g e s e c t i o n andr e i n t r o d u c i n g s a i d p o r t i o n i n s a i d m i x i n g z o n e ; s a i d r ec i r c u l a t i n g p i p e means a n d s a i d c o n d u i t means c o m p r i s i n ga ? r s t p o r t i o n o f a r e c i r c u l a t i n g l o o p ; a c e n t r i f u g a l p u m ph a v i n g a n i m p e l l e r l o c a t e d i n s a i d ? r s t p o r t i o n ; d r i v i n gmeans f o r r o t a t i n g t h e i m p e l l e r o f s a i d c e n t r i f u g a l pump;s e n s i n g m eans f o r s e n s i n g a measure o f t h e d e n s i t y o ft h e ? u i d i n t h e c o n d i t i o n i n which i t p a s s e s t h r o u g h s a i dc e n t r i f u g a l pump; means f o r v a r y i n g t h e s p e e d o f r o t a t i ono f s a i d i m p e l l e r i n r e s p o n s e t o s a i d s e n s i n g m e a n s .

R e f e r e n c e s C i t e dUNITED STATES PATENTS

2 , 255,612 9/194 1 Dickey _______ . _ 1 2 2 4 5 1 XR2 , 3 2 4 , 5 1 3 7 1953 Junki ns _______ _ 1 2 l 2 ~ 4 5 1 XR3 , 1 3 5 , 2 5 2 6/1964 S c h r o e d t e r _______ _ 1224063 , 1 9 4 , 2 1 9 7/1965 Henzalek ________ _ 122 406KENNETH W. S P R A G U E , P r i m a r y E x a m i n e r .

once through boiler recirculation pump

Documents