專利名稱：離心分離器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種離心分離器，用于將液體乂人載有液體或蒸汽的 氣流中分離，其具有由固定的內殼體限制的、沿軸向方向對齊的流
動通道。
背景技術：
離心分離器，也被稱為旋流分離器，還用于分離包含在氣體中 的固態(tài)的或液態(tài)的顆粒，特別是用于將水滴乂人水汽混合物中分離。 為此，載有液體或潮濕蒸汽的氣流在流動通道內部轉換成渦^L運 動。由于離心力的作用以及液態(tài)顆粒與氣體微粒相比更大的慣性， 液態(tài)顆粒在流動通道的外邊緣區(qū)域中積聚在流動通道限定的壁上， 在那里液態(tài)顆粒:故聚集并排出，而同時這樣一皮除濕的氣流自身通過 流動通道的中央?yún)^(qū)i或離開流動通道。
在已知結構類型的離心分離器中，在殼體壁中設置了由內殼體 筒狀地環(huán)繞的、具有環(huán)形狹縫的流動通道。被分離的液體被收集在 通過該狹縫與流動通道連接的、相對較大容積的收集容器中，并通 過引流管從該容器中泵出。這種結構類型的離心分離器缺點在于， 其呈現(xiàn)出相對不安靜的工作特性，其至少在一些工作區(qū)域中產生劇 烈的震動和振蕩。除了部件和連接件的相對較大的機械負荷之外， 特別是在工作期間也會產生干擾性的巨大噪聲。此外，與所輸入能
量相比的液體分離的效率以及絕對的除濕凌文果都有;f寺改進。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種離心分離器，其在高效率和 高分離功率的情況下出眾地表現(xiàn)出特別安靜的工作特性。
才艮據(jù)本發(fā)明的目的通過以下方式來實現(xiàn)，即離心分離器具有多 個液體收集室，這些液體收集室在分離鴻4殳的區(qū)域中在軸向方向上 一個4妻一個地放置，這些液體收集室分別環(huán)形地圍繞內殼體"i殳置并 分別由隔—反相互密封，其中，各個液體收集室通過多個引入到內殼 體中的穿孔與流動通道以流動^支術的方式連才妾。
本發(fā)明乂人在凄史字力乾體^f方真(CFD = computational fluid dynamics 計算流體動力學)框架中意外獲得的知識出發(fā)，首先將至今離心分 離器的不安靜的工作特性歸因于在唯一的、相對大容積的液體收集 容器內的壓力波的共振式的激勵和傳播，這樣的激勵和傳播又反作 用于流動通道并在那里導致了不期望的二次渦流(在所期望的一次 渦流的旁邊)。因此至今的幾何結構，即在流動通道的壁上以環(huán)繞 的環(huán)形狹縫方式設計的通向收集容器的穿孔起到了不利的作用，其 有助于形成所不期望的反射波。
為了避免這樣的效應，現(xiàn)在4是出，預i殳多個環(huán)形i也圍繞流動通 道設置的、相對小容積的液體收集室，在軸向方向上看，這些液體 收集室分別 一個4妄一個地方文置并由環(huán)形的隔才反或隔片相互隔開，并 進而在流體^支術上分離。替代至今在內殼體中的唯一的環(huán)繞狹縫的 方式，乂人現(xiàn)在起每個液體收集室通過多個不l又圍繞流動通道的周邊 而且也在軸向方向上分布地設置的穿孔與流動通道連接，這些穿孔 分別具有相對小的橫截面。
如在CFD試驗的框架中所證實的，利用這種i殳計可以有效地 遏制脈沖式的壓力波的形成和傳播以及二次尾渦的形成。此外，在
5流動通道中出現(xiàn)比至今更小的滯止壓力，這4吏得在殼體壁上的液體 分離和經過穿孔轉移到各個液體收集室中變得更容易。液滴透入到 在內殼體的壁上形成的液膜的邊界層中同樣變得更容易。因此也能 夠有效地分離相比較地小的液滴。此夕卜，通過在流動通道中目的明 確地遏制二次渦旋還避免了 ，在各個液體收集室中聚集的液體再次 一皮吸入或巻入到流動通道中。此外，通過限定流動通道的篩狀穿孔 的內殼體擴大了對于階段式分離起作用的表面，這同樣有助于有效 的液體分離。
對于均勻的、并且在空間上看在一定程度上連續(xù)的液體分離， 對應于各個液體收集室的穿孔至少近似均勻地分布在由內殼體形 成的流動通道的外殼表面上。此外，穿孔的空間"密度"可能例如 從腔到腔地輕微地改變，從而實現(xiàn)在流動通道的各個部段中與局部 流動比率特別有利的匹配。然而對于簡化地制造離心分離器來說， 穿孔有利地超過全部的分離路段至少近似均勻地分布在流動通道 的外殼表面上。如果在想象中將外殼表面展開，則其也就形成了近 似有規(guī)律的二維的圖案或格柵。
數(shù)字式的研究指出，如果所有的穿孔的全部4黃截面面積與在分
離路段的區(qū)域中的流動通道的外殼表面的比值為5%至15%，優(yōu)選 為10%,則這是特別有利的。
在一個優(yōu)選的改進方案中，離心分離器的內殼體這樣設計，即 在氣流的主流動方向上看，也就是在從入口側到出口側的軸向方向 上看，流動通道收縮，特別是成圓錐形地收縮。通過這樣地在主流 動方向上減小直徑，4吏得氣流的紊流的不可避免的效果進而在流動 通道的圓柱形設計方案中的渦流或者說渦旋強度的取決于恒定直 徑的下降得到了補償。因此在正確地選4奪由殼體壁所形成的圓錐形 殼層相7于于軸向方向的傾殺牛角的情況下可以實3見，即渦》走流的切向 的(也就是說在周向上指向的)速度分量盡管在不可避免的消散損
6失的情況下仍在其外邊緣區(qū)域中超過全部的分離路萃殳近似地保持 恒定或者甚至朝向于出口側上升。因此在正確地選擇傾斜角的情況 下，對于氣體-液體-分離起作用的離心力也在全部的分離路段上近
似地保持恒定。
在有利的設計方案中，各個液體收集室i殳計為在周向上不進一 步分隔開的環(huán)形腔。被分離到各個環(huán)型腔中的液量則按重力沿腔的 內壁向下流動，并聚集在起收集池作用的下部區(qū)域中，從而使得對 應于每個腔僅僅需要唯一的引流管，且引流管優(yōu)選地連接在腔的最 低點，從而排出聚集的液體。
各個液體引流管在其與離心分離器遠離的端部上優(yōu)選地通過U 形的或S形的虹吸管彎型部與共同的收集管或與其它的外部收集容 器連接。在虹吸管彎型部中形成液體塞時，就因此確保了，即離心 分離器的各個液體收集室氣密地相對于外部環(huán)境封閉。因此，在液 體收集室內的氣壓基本上與在通過穿孔連接的流動通道的附屬部 #爻中的滯止壓力相符，并且不受引流的影響。在此特別防止了在腔 內的壓力波動通過引流管的系統(tǒng)擴散到其它腔內。
在另 一個優(yōu)選的i殳計方案中，離心分離器的流動通道具有在流 動方向上置于分離路段之前的入口區(qū)域和置于分離路段之后的出 口區(qū)域，其中在入口區(qū)域中設置有產生渦旋的導流片的輪緣和在出 口區(qū)域中設置有吸收渦旋的導流片的輪緣。入口側和/或出口側的導 流片或導向葉片可以有利地調節(jié)其迎角。通過在出口區(qū)域中的所謂 的"整流器，，，包含在渦旋流的渦旋部分中的動能重新轉換為壓力， 并因此至少部分地補償了在分離踏4殳內所遭受的壓力損失。
利用本發(fā)明獲得的優(yōu)點特別在于，通過在空間上 一 定程度上連 續(xù)地在限定流動通道的內殼體的周邊上的液滴分離和通過將在周 圍的收集室分隔成多個軸向地一個4妄一個i殳置的和相互氣密地隔
7圓錐形收縮的流動通道相結合和與用 于單獨的液體收集室的氣密的液體引流管相結合，由此在同樣高的 分離效率的情況下可以實現(xiàn)具有特別安靜的和較少振動的工作特 性的離心分離器。這種類型的最優(yōu)化的離心分離器特別適合于作為 粗分離器或預分離器，例如用于為在蒸汽透平循環(huán)中在流動側上后 置的其它的水分離器去負荷，例如在高壓透平級和低壓透平級之 間。


下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。圖中示出 圖1是離心分離器的縱向截面圖，和
圖2是在以箭頭II標出的觀察方向上根據(jù)圖1的離心分離器的
俯一見圖。
具體實施例方式
在圖1和圖2中所示出的離心分離器2用于將水滴從發(fā)電站的 水-蒸汽-循環(huán)中的、特別是在從高壓透平向接入在低壓透平之前的 中間過熱器管(這里未示出)的過流管中的濕潤的蒸汽流中預分離 或粗分離出來。在離心分離器2和中間過熱器管之間可以在此連接 水分離器，后者由離心分離器2去負荷。
離心分離器2包括入口區(qū)i或4，該區(qū)i或具有用于需要除濕的 氣流或蒸汽流的注入孔6;分離路段8，在該路段內進行液體分離； 出口區(qū)域10,該區(qū)域具有導出孑L 12。在注入孑L 6和導出孑L 12之間， 氣流或蒸汽流在流動通道14中被引導，該通道向外由具有適當?shù)?限定4侖廓的內殼體16限定。
8流動通道14沿在軸向方向18上的軸線A對齊；軸向方向18 同時決定了方向，氣流或蒸汽流沿該方向進入到入口區(qū)i或4中。除 了還要詳細描述的液體引流管之外，整個離心分離器2基本上徑向 對稱于對稱軸線A來構造(參看圖2 )。
在入口區(qū)域4中設置有渦旋發(fā)生器20，后者具有多個以渦4侖導 向葉片的透平葉輪輪緣的型式的、從軸線A徑向向外延伸的、固定 成型的導流片22或導向葉片。在離心分離器2的入口接頭中，軸 向流入的蒸汽經過導流片22而轉入渦》走運動狀態(tài)?；谛纬傻碾x 心力和液滴與氣體分子相比明顯更大的質量，隨著更大的慣性，液 滴在分離^各段8的區(qū)域中向外離心分離到內殼體16的壁上，并在 那里積累成為液月莫24，最后通過在內殼體16中的相應的穿孔26和 在附近的收集容器向外排出。通過這種方式，從導出孔12中離開 的氣流或蒸汽流比進入到注入孔6中的氣流或蒸汽流含有更4氐的濕 度。
在簡單地保持的結構形式的情況下，離心分離器2設計為用于 包含在氣流或蒸汽流中的液體部分的相比較地高的分離度，其中同 時能夠實現(xiàn)特別安靜的和較少振動的工作特性。為此，穿孔26在 分離鴻、歐8的整個延伸上并在流動通道14的全部的周邊上以相乂于 小的例如為5 mm至10 mm的直徑引入到環(huán)繞流動通道14的外殼 表面28中，也就是說引入到內殼體16的壁中。在此，有規(guī)律地這 才羊選才奪該布置，即在兩個鄰近的穿孔26之間的3巨離，參考其各自 的中心點，計為大約6mm至20mm。所有的穿^L 26的全部才黃截面 面積與在分離路^殳8的區(qū)域中的外殼表面的比值(稱為穿孔度)共 計例如為10%。由此確〗果在流動通道14中向外離心分離的和暫時 地在液膜24 (具有邊界層30)中積聚的液滴可以實際上在全部的 外殼表面28上毫無問題地穿過彼此相對緊密地放置的穿孔26向外 排出。
9經過穿孔26離開流動通道14的液量被收集到在圍繞流動通道 14設置的環(huán)形室32中。環(huán)形室32向內由內殼體16限定；外部界 限由基本上為圓柱形的外殼體34形成，該外殼體在分離路段8的 起始處和終結處連^妄引導至內殼體16，并與該內殼體氣密地連4妻或 者i兌去于閉。環(huán)形室32通過環(huán)形的、垂直于軸線A指向的隔^反36分 隔成相互氣密和液密地分開的液體收集室38。在實施例中，在軸向 方向18上一個一妻一個地^殳置有四個這種類型的、分別i殳計為環(huán)形 腔的液體收集室38。在這些液體收集室38之間也就不存在直接的 以流動技術的連接，因此也就不存在壓力平纟軒的可能性或壓力波動 的傳播(Pr叩atation)的可能性。大多數(shù)時候，在各個穿孔26和通 過流動通道14的在其間的區(qū)段上存在間接的流動連接，但是該連 4妻實際上由在流動通道14中流動的和具有相對專交高的滯止壓力的 氣流或蒸汽流、以及由耳又決于工況來調節(jié)的液月莫24而在內殼體16 的內壁上鎖止。因此，向外離心分離的液體可以進入到液體收集室 38中，而不會發(fā)生在這里可能性的、相比較而言輕樣i的壓力波動的 擴散，以及不會相互間以共振的方式加劇壓力波動。在此也遏制了 二次渦旋的形成，否則該二次渦旋可能會將在各個環(huán)形腔中聚集的 液體42再次4也入到流動通道14中。
液體引流管40連接在各個液體收集室的最低的位置上，從而 將在那里聚集的液體42優(yōu)選地單獨通過重力而不使用泵等等排出。 液體引流管40在其第二個端部分別通入到共同的收集管44中，另 一方面該收集管通至外部的收集容器(未示出)或者以合適的方式 與液體循環(huán)連接。為了避免壓力波在液體收集室38內通過由液體 引流管40和收集管44構成的管系統(tǒng)傳播，各個液體引流管40具 有U形的虹吸管彎型部46，該弧形部由在那里聚集的液體塞48氣 密地封閉?？蛇x地，當然也可以-使用其它已知的這種類型的在英語 地區(qū)也^皮稱為"Traps"的液體密封件的變體。
10為了進一步提高分離效率，限定流動通道14的內殼體16在分 離路段8的區(qū)域中以收縮的圓錐形殼層的方式來設計，其中具有較 大的直徑的端部位于氣流或蒸汽流的入口側上，并且具有4史小的直 徑的端部朝向出口側。通過流動通道14的沖黃截面的收縮，"推動" 液體分離的流體的渦旋盡管在消散損失的情況下仍然保持特別高 效。
為了實現(xiàn)特別有效的流體導向和產生渦旋，將設置在中央輪轂 50的區(qū)域中的圓錐形的導流體52在流動側連接在渦旋發(fā)生器20的 導流片22之前，該導流體具有圓形的尖端54。在導流片22的下游 設置有另一個圓柱形的導流體56,該導流體一直延伸進入到分離路 段8的區(qū)域中。該導流體起到了用于渦旋流動的排擠器的作用，因 此強制地使渦旋流動在位于導流體56和內殼體16之間的環(huán)形的空 間區(qū)域中形成。導流體56的引入到分離路段8中的引出部例如是 半球形，從而減少了二次渦旋和壓力損失。由此防止了在渦旋發(fā)生 器20之后形成不穩(wěn)定的真空區(qū)域，該區(qū)域周期性地崩潰，并由此 導致巨大的壓力振動。以上方法為安靜的工作特性提供了顯著的幫 助。
對于動力能量的"恢復"以及將其轉換成氣壓來說，在離心分 離器2的出口區(qū)域10中i殳置有渦流矯正儀57,其具有固定的導流 片58的輪緣或者導向葉片的輪緣，該輪緣的構造近似于導流片22 的入口側的輪緣，然而其導流片58相反地導向。因此，出口側的 導流片58引起了入口側產生的渦旋流體返回到軸向的流體中，并 引起了離開的、-波除濕的氣流或蒸汽流的壓力上升。在流動方向上 擴大的擴散道60也用于增大壓力的目的。為了更好地為流體導向， 消除渦旋的導流片58的輪緣設置在同軸地對齊于軸線A的空心圓 筒61上?？蛇x地，封閉的圓筒也可以具有有利于流動地成型的端 面。為了進行壓力恢復，根據(jù)目的對導流片58的輪廓進行優(yōu)化。離心分離器2尤其適合于如在圖1中所示出的那樣水平安裝或
者適合于傾斜安裝。然而原則上任何空間上的指向都是可以實現(xiàn)
的。那么在必要時有可能對將液體引流管40在液體收集室38上的 安裝方式進行調整，從而使該液體f I流管進一步位于各個腔的最低 的位置上。在實施例中，腔的總長為4.90m,其外直徑為2.0 m。 該設計用于可達15 bar的允許的工作壓力和用于可達200°C的允許 的工作溫度。其4尤選;也應用在具有1400 MW的電功率的發(fā)電站透 平設備的蒸汽循環(huán)中。
通過降低在離心分離器2之后的以及也許后接的水分離器之后 的濕度， 一方面減少了在其后的部件(例如過熱器管束)上的可能 的水滴侵蝕，另 一 方面通過降低熱蒸汽消耗和通過提高蒸汽溫度而 才是高了i殳備效率。
另外也可以考慮將離心分離器2用于從氣流中分離固體顆粒。
12參考標號
2離心分離器56導流體
4入口區(qū)域57渦流矯正儀
6注入孑L58導流片
8分離路段60擴散道
10出口區(qū)i或61空心圓筒
12導出孑L
14流動通道
16內殼體
184由向方向
20渦旋發(fā)生器
22導流片
24液膜
26穿孔
28外殼表面
30邊界層
32環(huán)形室
34夕卜殼體
36隔板
38、液體收集室
40-液體引^1管
42液體
44收集管
48液體塞
50輪轂
52導流體
54尖端
1權利要求
1.一種用于將液體從載有液體或蒸汽的氣流中分離的離心分離器(2)，具有由固定的內殼體(16)限定的、沿軸向方向(18)對齊的流動通道(14)，以及具有多個液體收集室(38)，所述液體收集室在分離路段(8)的區(qū)域中在所述軸向方向(18)上一個接一個地放置，并且所述液體收集室分別環(huán)形地圍繞所述內殼體(16)設置并分別由隔板相互密封，其中各個所述液體收集室(38)通過多個引入到所述內殼體(16)中的穿孔(26)與所述流動通道(14)以流動技術的方式連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的離心分離器(2),其中，對應于各個所 述液體收集室(38)的所述穿孔(26)至少近似均勻地分布在 所述流動通道(14)的、由所述內殼體(16)形成的外殼表面(28)上。
3. 根據(jù)權利要求2所述的離心分離器(2)，其中，所述穿孔(26) 至少近似均勻地分布超過全部的所述分離鴻4殳(8)。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的離心分離器(2)，其中， 所有的所述穿孔(26 )的全部橫截面面積與在所述分離路段(8 ) 的區(qū)域中的所述流動通道(14)的所述外殼表面(28)的比值 為5%至15%， ^尤選為10%。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的離心分離器(2)，其中， 在所述軸向方向(18)上一個4妄一個地設置的所述液體收集室 的數(shù)量為3至5個，優(yōu)選為4個。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的離心分離器(2),在氣流 的主流動方向上看，所述離心分離器的所述流動通道(14)在 所述分離路段(8)的區(qū)域中收縮。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的離心分離器(2)，其中， 各個所述液體收集室(38)設計為在周向上不進一步分隔開的環(huán)形腔。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的離心分離器(2)，其中， 具有虹吸管彎型部(46 )的液體引流管(40 )優(yōu)選地在所述液 體收集室的最低點連接至各個所述液體收集室(38 )。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的離心分離器(2),所述離 心分離器的所述流動通道(14 )具有在流動方向上置于所述分 離路段(8)之前的入口區(qū)域(4)和置于所述分離路段(8) 之后的出口區(qū)域(10)，其中，在所述入口區(qū)域(4)中設置有 產生渦旋的導流片(22)的輪緣以及在所述出口區(qū)域中設置有 消除渦旋的導流片(58)的輪緣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將液體從載有液體或蒸汽的氣流中分離的離心分離器(2)，其具有由固定的內殼體(16)限定的、沿軸向方向(18)對齊的流動通道(14)，該分離器在高分離效率的情況下應該具有特別安靜的和較少振動的工作特性。為此，根據(jù)本發(fā)明離心分離器(2)具有多個液體收集室(38)，這些收集器在分離路段(8)的區(qū)域中在軸向方向(18)上一個接一個地放置，和分別環(huán)形地圍繞內殼體(16)設置，并分別由隔板(36)相互密封，其中各個液體收集室(38)通過多個引入到內殼體(16)中的穿孔(26)與流動通道(14)以流動技術連接。
文檔編號B04C3/00GK101491793SQ20091000527
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權日2008年1月22日
發(fā)明者尼古拉·科列夫, 斯特凡·韋德金德, 馬克斯·黑勒 申請人:阿雷瓦核能有限責任公司