Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien, der einen Leitapparat, ein Laufrad und nahe dem Umfang des Laufrades angeordnete Fangkammern besitzt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung des Turboseparators in einer Turbine.
Besonders effektiv ist die Verwendung des Turboseparators zur Trennung von mehrphasigen Medien in Turbinen der Atomkraftwerke, die von der Sättigungslinie oder mit geringer Überhitzung arbeiten.
Bekannt sind verschiedene Turboseparatoren zur Trennung von mehrphasigen Medien (siehe beispielsweise W. D. Wenediktow Untersuchung der Arbeit der pyrotativen Turbine auf zweiphasigem Strom mit flüssigen Teilchen , Zeitschrift Energetik Nr. 2, UdSSR, 1964), die einen Leitapparat, ein Laufrad und nahe dem Umfang des Laufrades angeordnete Fangkammern enthalten.
Jedoch sind alle bekannten Turboseparatoren nicht effektiv genug und gestatten es nicht, in die Fangkammern sogar jenen Anteil von Teilchen der schweren Phase der Strömung des mehrphasigen Mediums abzuführen, der mit den Schaufeln des Laufrades in Kontakt ist.
Es ist besonders wichtig, die schwere Phase aus dem Strömungsteil der Turbinen zu entfernen, die mit mehrphasigen Arbeitsmitteln arbeiten.
Eine der Ursachen der ungenügenden Effektivität der bekannten Turboseparatoren ist vor allem die Tatsache, dass auf ein Teilchen, das auf die Oberfläche der Laufradschaufeln gelangt ist, Coriolis-Kraft und aerodynamische Kraft wirken, die die Bewegungsbahn des Teilchens zur Austrittskante der Schaufel hin ablenken und die Abwurfeffektivität dieser Teilchen in die Fangkammer vermindern. Zugleich kann sich das Teilchen im Kanal des Laufrades bewegen, ohne mit der Oberfläche der Schaufel des Laufrades in Kontakt zu treten. Dadurch wird die Separierfähigkeit des Laufrades ebenfalls vermindert.
Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fähigkeit der Laufradschaufeln, die Teilchen der schweren Phase in die Fangkammern abzuwerfen, beträchtlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe des erfindungsgemässen Turboseparators gelöst, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaufeln des Laufrades, die mit einem sich ändernden Profil vom Fuss zum Umfang hin ausgeführt sind, am Fuss ein Turbinenprofil aufweisen, während der Eintrittswinkel des Profils am Umfang nicht grösser als 90" ist.
Die erfindungsgemässe Verwendung des Turboseparators ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der mehrphasigen Medien wenigstens eine Stufe der Turbine aus dem Turboseparator besteht.
Die Sehne der Laufradschaufel kann zweckmässigerweise vom Fuss zum Umfang hin nicht mehr als um das Zweifache vergrössert sein.
Der Austrittswinkel des Profils der Schaufeln des Leitapparates kann zweckmässigerweise abnehmend zum Umfang hin ausgebildet sein, während der Abstand zwischen den Schaufeln des Laufrades und des Leitapparates eine Grösse von nicht weniger als einem Fünftel der Höhe des Leitapparates beträgt.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien,
Fig. 2a den Kanal des Leitapparates am Schaufelfuss und Geschwindigkeitsvektoren verschiedener Phasen des Arbeitsmittels beim Austritt aus dem Kanal,
Fig. 2b den Kanal des Laufrades am Schaufelfuss,
Fig. 3a den Kanal des Leitapparates am Umfang und die Geschwindigkeitsvektoren verschiedener Phasen des Arbeitsmittels beim Austritt aus dem Kanal,
Fig. 3b eine Draufsicht auf den Kanal des Laufrades am Umfang,
Fig. 4a und 4b eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn der Teilchen der schweren Phase über die Oberfläche der Laufradschaufeln, in Seitenansicht bzw. Draufsicht.
Der Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien enthält einen Leitapparat 1 (Fig. 1), der übliche Turbinenschaufeln 2 (oder gekrümmte Platten) besitzt, ein Laufrad 3 mit Schaufeln 42 unter diesem Laufrad 3 befinden sich zwei Fangkammern 5 und 6 zum Abführen der schweren Phase des Stroms des mehrphasigen Mediums, wobei im Spalt zwischen den Schaufeln 2 des Leitapparates 1 eine Fangkammer 7 mit Schlitzen 8 liegt, durch welche Teilchen der schweren Phase ebenfalls abgeführt werden.
Die Schaufeln 4 des Laufrades 3 weisen am Fuss (Schnitt nach II-II) übliches Turbinenprofil 9 (Fig. 2b) mit geringerer relativer Schaufelteilung tk = 'C bs < 0,5, dem Verhältnis des Abstandes zwischen den benachbarten Schaufeln zu ihrer Sehne (Fig. 3 b ), auf.
Zum Umfang hin (Schnitt nach I-I. Fig. 1) weisen die Schaufeln 4 ein Profil 10 (Fig. 3b) mit zunehmender Sehne b auf, um die minimale relative Teilung t" = ft < 0,6 auch b am Umfang zu gewährleisten.
Die Schaufeln 4 des Laufrades 3 weisen ein veränderliches Profil in der Höhe auf, wobei der Eintrittswinkel (Fig. 4b) des Profils dieser Schaufel stets geringer als 900 ausgeführt wird.
Der Austrittswinkel a, der Schaufel 2 des Leitapparates 1 ändert sich dem Betrag nach vom Fuss a1k (Schnitt nach II-II der Fig. 2a) der Schaufel 2 zu ihrem Umfang hin (Schnitt nach I-I), derart, dass der Austrittswinkel atn des Stroms des Arbeitsmittels am Umfang (Schnitt nach I-I, Fig.
3a) der Schaufel 2 des Leitapparates kleiner als am Fuss ist.
Die Verminderung des Austrittswinkels a, des Stroms des Arbeitsmittels aus dem Leitapparat 1 steigert den Drall des Stroms und-erhöht die Abwurfeffektivität der Teilchen der schweren Phase des Stroms des mehrphasigen Mediums zum Umfang hin.
Der Achsabstand a (Fig. 1) zwischen dem Leitapparat 1 und dem Laufrad 3 wird grösser als bei den bekannten Turboseparatoren gewählt.
Dies erlaubt eine grössere Anzahl von Teilchen der schweren Phase zum Umfang hin zu trennen und die Fangkammer 7 mit Schlitzen 8 anzuordnen.
Es ist bekannt, dass sich die Verminderung der Umfangsgeschwindigkeiten der Laufradschaufeln 4 auf die Verbesserung der Abtrennung der schweren Phase in die Fangkammer 5 und 6 günstig auswirkt, wozu zweckmässigerweise das Laufrad 3 auf Lagern 11 (Fig. 1) angeordnet wird.
In diesem Falle erzeugt das Laufrad 3 keine positive Leistung, und die Schaufeln 4 des Laufrades 3 werden so ausgeführt, dass ihr Umfangsteil einen Eintrittswinkel ss c 90" hat und im Verdichterbetrieb arbeitet, während der Fuss (Schnitt nach II-II) der Schaufeln 4 des Laufrades 3 im Turbinenbetrieb arbeitet.
Das Leistungsverhältnis am Umfangs- und Fussteil der Schaufeln 4 des Laufrades 3 gibt in einem jeden Falle die Möglichkeit, eine beliebige, im voraus vorgegebene Drehzahl des Laufrades 3 und den maximalen Effekt bei der Entfernung der schweren Phase zu erzielen.
Der vorgeschlagene Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien kann selbständig (beispielsweise in einer Gasleitung am Eingang in die Anlage usw.) eingesetzt werden.
Mehrere solche Einrichtungen, die nacheinander angeordnet sind, bilden eine mehrstufige Variante des Turboseparators zur Trennung von mehrphasigen Medien.
Hierbei sind die nachfolgenden Stufen noch effektiver, weil schon am Eingang in den eigenen Leitapparat am Umfang ein Medium mit erhöhter Konzentration von schweren Phasen ist.
Infolgedessen ist die Verwendung der vorgeschlagenen Einrichtung in den mehrstufigen Turbinen ausserordentlich effektiv, die mit mehrphasigem Arbeitsmittel als eine oder mehrere Turbinenstufe arbeiten, wobei das Laufrad der Turbine mit der Turbinenwelle starr verbunden sein und gleiche Drehzahl mit dieser haben kann, indem es, wenn auch mit verringertem Wirkungsgrad die Nutzleistung erzeugt.
Jedoch wird der grösste Effekt bei Trennung der Phasen des Stroms des mehrphasigen Mediums bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten (unter 150 m/sek) erzielt, weshalb das Laufrad 2 zweckmässigerweise ebenfalls auf den Lagern 11 angeordnet wird.
Die Verwendung dieses Turboseparators in der Turbine als Zwischenstufe gestattet es, die schwere Phase des mehrphasigen Arbeitsmittels zu trennen, die den Strömungsteil der Turbine zerstört und ihre Effektivität verringert.
Hierbei wird eine zuverlässige und wirtschaftlichere Arbeit der nachfolgenden Stufen gewährleistet.
An der Anordnungsstelle des vorgeschlagenen Turboseparators in der Turbine wird zweckmässigerweise die Entnahme des mehrphasigen Arbeitsmittels hinter dem Laufrad 3 verwendet, derart, dass in die Fangkammer 6 die schwere Phase abgeführt wird. Dies verringert die Rückkehr der schweren Phase in den Strom des Strömungsteiles der Turbine und erhöht die Effektivität deren Entfernung.
Die Abführung der schweren Phase zusammen mit einem Teil des Arbeitsmittels ist auch für die Fangkammer 6 und 7 gerechtfertigt, jedoch ist es in diesem Falle ökonomisch nicht zweckmässig, das Arbeitsmittel mehr als 1-2So zu entnehmen.
Die Verwendung des vorgeschlagenen Turboseparators als zwischengeschaltete Turbinenstufe in einer mehrstufigen Turbine führt verständlicherweise zu einer beträchtlichen Verzerrung des Geschwindigkeitsfeldes des Stroms des Arbeitsmittels in der Schaufelhöhe am Eingang in die nachfolgende Turbinenstufe.
Deswegen muss zwecks Verminderung von Verlusten der Leitapparat 1 der nachfolgenden Stufe mit Rücksicht auf diese Verzerrung ausgeführt werden.
Die Verwendung des vorgeschlagenen Turboseparators auch als nachfolgende Stufe in einer mehrgehängigen Turbine liefert gleichfalls einen hohen ökonomischen Nutzeffekt.
Durch Anordnung dieses Turboseparators als nachfolgende Stufe im ersten Gehäuse kann man die schwere Phase entfernen und auf den aussenliegenden sperrigen und teuren Separator verzichten.
In diesem Falle sind die Verluste um vieles geringer als in der (Dampf-) Gasleitung und in dem aussenliegenden Separator selber.
Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Turbine wird vor dem Laufrad 3 des Turboseparators, wenn es als letzte Stufe angeordnet ist, in nicht minder zweckmässiger Weise ein Entdrallapparat angebracht, der den Drall des Stroms aus dem Laufrad 3 austretenden des Arbeitsmittels vermindert.
Der Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien und Turbine mit Anwendung desselben arbeiten folgenderweise.
Das mehrphasige Medium läuft durch den Leitapparat 1, tritt aus ihm unter einem Winkel von a, (Fig. 2a) aus und wird verwirbelt Die schwersten Teilchen suchen sich längs Tangenten an die zylindrischen Oberflächen des Turbinengehäuses zu bewegen.
Infolgedessen verschiebt sich die Hauptmasse der schweren Phase zum Umfang hin (schnitt nach I-I).
Natürlicherweise sammeln sich desto mehr dieser Teilchen am Umfang, je grösser der Achsabstand zwischen dem Leitapparat 1 und dem Laufrad 3 ist.
Die Teilchen der schweren Phase erreichen die Fangkammer 7 und werden durch die Schlitze 8 zusammen mit einem Teil des Arbeitsmittels aus dem Strömungsteil der Einrichtung abgeführt.
Der Hauptstrom des Arbeitsmittels gelangt zum Eingang in das Laufrad 3 bereits mit einer ungleichmässigen Verteilung von Teilchen der schweren Phase in der Höhe der Schaufel 4. Praktisch werden alle grösseren Teilchen der schweren Phase schon in der oberen Hälfte der Schaufeln 4 des Laufrades 3 konzentriert sein, während sich am Fuss (Schnitt nach II-II) nur einige Teilchen befinden werden, deren absolute Geschwindigkeit C' von der Geschwindigkeit C des Arbeitsmittels (Fig. 2a) wenig unterscheidet. Diese Teilchen folgen hinter dem Strom des Arbeitsmittels her und treten eigentlich mit den Schaufeln 4 des Laufrades 3 nicht in Kontakt, weil die relative Geschwindigkeit der Teilchen W' von der relativen Geschwindigkeit W des Arbeitsmittels ebensowenig unterscheidet.
Eben aus diesem Grunde weisen die Schaufeln 4 des vorgeschlagenen Turboseparators am Fuss ein Turbinenprofil 9 (Fig. 2b) auf, das im optimalen Regime arbeitet.
Zugleich ist am Umfang die Hauptmenge der Teilchen der schweren Phase konzentriert, weshalb am Ausgang aus dem Leitapparat 1 die Teilchen hinter dem Hauptstrom des Arbeitsmittels beträchtlich zurückbleiben, d. h. die absolute Geschwindigkeit der Teilchen C" (Fig. 3a) ist am Umfang um vieles geringer als die Geschwindigkeit C des Arbeitsmittels. Eine noch stärkere Abweichung der Geschwindigkeiten der Phasen ist bei der relativen Bewegung zu sehen, d. h. die relative Geschwindigkeit der Teilchen W" W am Umfang.
Auf die mit den Schaufeln 4 des Laufrades 3 kontaktierenden Teilchen der schweren Phase wirken ausser den aerodynamischen auch noch Flieh- und Corioliskräfte sowie Reibungskräfte an der Oberfläche der Schaufeln 4. Bekanntlich wird die Bewegungsbahn dieser Teilchen an der Oberfläche der Schaufeln 4 des Laufrades 3 vor allem durch die Richtung der Corioliskräfte bestimmt.
Die aerodynamischen Kräfte lenken die Bewegungsbahn der schweren Phase zur Austrittskante ab und wenn die Komponente der Coriolis-Kraft (bei dem Eintrittswinkelss > 90 ) auch in dieser Richtung wirkt, so wird die schwere Phase wieder in den Strom des Arbeitsmittels abgeworfen und kann die Fangkammern 5 und 6 nicht erreichen.
In dem vorgeschlagenen Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien und in der Turbine mit Anwendung desselben werden die Schaufeln 4 des Laufrades 3 auf solche Weise ausgeführt, dass die Coriolis-Kraft in Richtung zur Eintrittskarte der Schaufel 4 hin wirkt, d. h. der Eintrittswinkel ss des Profils 9 der Schaufel 4 des Laufrades 3 ist geringer als 90" (Fig. 4b).
Dank der Tatsache, dass die Wirkung der Coriolis-Kraft praktisch immer stärker als die der aerodynamischen Kraft ist, wird die schwere Phase des Stroms des Arbeitsmittels, die mit den Schaufeln 4 des Laufrades 3 in Kontakt steht, auf der
Oberfläche der Schaufeln 4 zurückgehalten und bewegt sich zum Umfang hin gegen den Strom des-Arbeitsmittels (Fig. 4a).
Der Pfeil A in den beiden Fig. 4a und 4b deutet die Bewe gungsrichtung des Arbeitsmittels an.
Auf diese Weise steigt die Wahrscheinlichkeit des Ab wurfs von Teilchen, die mit den Schaufeln 4 des Laufrades 3 in Kontakt stehen, in die Fangkammern 5 und 6 beträchtlich an.
Die Teilchen, die von den Eintrittskanten der Schaufeln 4 zurückgestrahlt wurden, und die Teilchen der schweren Phase, die nach vorn gegen den Strom unter Einwirkung von Coriolis-Kräfte angeworfen wurden, treten, indem sie durch den Strom des Arbeitsmittels zurückgeführt werden, mit den Schaufeln 4 des Laufrades 3 erneut in Kontakt, jedoch aber in einer grösseren Höhe.
Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Teilchen auf die Schaufeln 4 des Laufrades 3 gelangen, steigt mit abnehmender Teilung der Schaufeln 4 an.
Infolge dieses Prozesses wird die schwere Phase ebenso in die Fangkammer 5 abgeführt.
Zur Erhöhung der Effektivität der Entfernung von Teilchen der schweren Phase sind die Fangkammern 5 und 6 (Fig. 1) auf solche Weise angeordnet, dass die schwere Phase unmittelbar in diese Kammern abgeworfen werden könnte, wobei diese Anordnung der Kammern 5 und 6 nicht zur Verringerung der Wirtschaftlichkeit der Anlage führt.
Dadurch, dass der Eintrittswinkel ss des Profils der Schaufel 4 des Laufrades kleiner als 90" ist, kann die Bewegung der Teilchen der schweren Phase, die mit der Oberfläche dieser Schaufeln 4 in Kontakt stehen, zum Umfang hin und gegen den Strom des Arbeitsmittels gerichtet werden.
Intensive Abführung der schweren Phase hinter dem Leitapparat 1 in die Fangkammer 7, besseres Fangen von Teilchen der schweren Phase über den Schaufeln 4 des Laufrades 3 in den Fangkammern 5 und 6 zusammen mit Absaugung und Entnahme eines Teiles des Arbeitsmittels gestatten es, aktuelles und wichtiges technisches Problem der Trennung von mehrphasigen Medien zu lösen.
Natürlicherweise kann die vorgeschlagene Einrichtung noch durch eine Reihe von bereits bekannten konstruktiven Lösungen ergänzt werden, die die Effektivität der Entfernung der schädlichen schweren Phase erhöhen, wie beispielsweise Entfernung der schweren Phase durch die Schlitze von der Oberfläche der Schaufeln des Leitapparates, Anbringung von Nuten auf der Eintrittskante dieser Schaufeln u.a.m.
Die Verwendung des vorgeschlagenen Turboseparators in den Turbinen der Atomkraftwerke gestattet es, auf aussenliegende Separatoren und Überhitzer zu verzichten, was die Betriebs eigenschaften beträchtlich verbessert und die Sicherheit des Bedienungspersonals erhöht.
PATENTANSPRUCH 1
Turboseparator zur Trennung von mehrphasigen Medien, der einen Leitapparat, ein Laufrad und nahe dem Umfang des Laufrades angeordnete Fangkammern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln des Laufrades, die mit einem sich ändernden Profil vom Fuss zum Umfang hin ausgeführt sind, am Fuss ein Turbinenprofil aufweisen, während der Eintrittswinkel des Profils am Umfang nicht grösser als 90" ist.
UNTERANSPRÜCHE
1. Turboseparator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Sehne der Schaufel des Laufrades vom Fuss zum Umfang hin nicht mehr als um das Zweifache zunimmt.
2. Turboseparator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel des Profils der Schaufeln des Leitapparates zum Umfang hin abnimmt.
3. Turboseparator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Schaufeln des Laufrades und des Leitapparates eine Grösse von nicht weniger als einem Fünftel der Höhe des Leitapparates beträgt.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung des Turboseparators nach Patentanspruch I in einer mit mehrphasigen Arbeitsmedien arbeitenden Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der mehrphasigen Medien wenigstens eine Stufe der Turbine aus dem Turbinenseparator besteht.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
The present invention relates to a turbo separator for the separation of multiphase media, which has a diffuser, an impeller and collecting chambers arranged near the circumference of the impeller.
The invention also relates to the use of the turbo separator in a turbine.
The use of the turbo separator is particularly effective for the separation of multiphase media in the turbines of nuclear power plants that operate from the saturation line or with low overheating.
Various turbo separators for separating multiphase media are known (see, for example, WD Wenediktow Investigation of the work of the pyrotative turbine on two-phase flow with liquid particles, magazine Energetik No. 2, USSR, 1964), which have a diffuser, an impeller and close to the circumference of the impeller arranged trapping chambers included.
However, all known turbo separators are not effective enough and do not allow even that fraction of particles of the heavy phase of the flow of the multiphase medium which is in contact with the blades of the impeller to be discharged into the trap chambers.
It is especially important to remove the heavy phase from the flow part of the turbines that work with multiphase working fluids.
One of the causes of the inadequate effectiveness of the known turbo separators is above all the fact that Coriolis force and aerodynamic force act on a particle that has reached the surface of the impeller blades, which deflect the movement path of the particle towards the trailing edge of the blade and which Reduce the throwing effectiveness of these particles into the trap chamber. At the same time, the particle can move in the channel of the impeller without coming into contact with the surface of the impeller blade. This also reduces the ability of the impeller to separate.
The aim of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned.
The invention is based on the object of considerably increasing the ability of the impeller blades to throw the particles of the heavy phase into the trap chambers.
This object is achieved with the help of the turbo separator according to the invention, which is characterized in that the blades of the impeller, which are designed with a changing profile from the foot to the circumference, have a turbine profile at the foot, while the entry angle of the profile is not greater on the circumference than 90 "is.
The use of the turbo separator according to the invention is characterized in that at least one stage of the turbine consists of the turbo separator for separating the multiphase media.
The chord of the impeller blade can expediently be enlarged not more than twice from the foot to the circumference.
The exit angle of the profile of the vanes of the diffuser can expediently be designed to decrease towards the circumference, while the distance between the blades of the impeller and the diffuser is not less than a fifth of the height of the diffuser.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained below with reference to the drawing. It shows:
1 shows a longitudinal section through a turbo separator for separating multiphase media,
2a shows the duct of the diffuser at the blade root and velocity vectors of different phases of the working medium when it emerges from the duct,
Fig. 2b shows the channel of the impeller at the blade root,
3a shows the duct of the diffuser on the circumference and the velocity vectors of different phases of the working medium when it emerges from the duct,
3b is a plan view of the channel of the impeller on the circumference,
4a and 4b show a schematic representation of the path of movement of the particles of the heavy phase over the surface of the impeller blades, in side view and top view, respectively.
The turbo separator for the separation of multiphase media contains a diffuser 1 (Fig. 1), which has conventional turbine blades 2 (or curved plates), an impeller 3 with blades 42. Below this impeller 3 there are two trap chambers 5 and 6 for discharging the heavy phase of the flow of the multiphase medium, with a trap chamber 7 with slots 8 in the gap between the blades 2 of the diffuser 1, through which particles of the heavy phase are also removed.
The blades 4 of the impeller 3 have at the foot (section according to II-II) the usual turbine profile 9 (Fig. 2b) with a smaller relative blade pitch tk = 'C bs <0.5, the ratio of the distance between the adjacent blades to their chord ( Fig. 3 b).
Towards the circumference (section according to I-I. Fig. 1), the blades 4 have a profile 10 (Fig. 3b) with increasing chord b in order to ensure the minimum relative division t ″ = ft <0.6 also b on the circumference.
The blades 4 of the impeller 3 have a variable profile in height, the entry angle (FIG. 4b) of the profile of this blade always being less than 900.
The exit angle α of the blade 2 of the diffuser 1 changes in amount from the foot a1k (section II-II of FIG. 2a) of the blade 2 to its circumference (section II), such that the exit angle atn of the flow of the work equipment on the circumference (section according to II, Fig.
3a) the blade 2 of the diffuser is smaller than at the foot.
The reduction in the exit angle α of the flow of the working medium from the diffuser 1 increases the swirl of the flow and increases the throwing effectiveness of the particles of the heavy phase of the flow of the multiphase medium towards the periphery.
The center distance a (Fig. 1) between the diffuser 1 and the impeller 3 is selected to be larger than in the known turbo separators.
This allows a larger number of particles of the heavy phase to be separated towards the periphery and the trap chamber 7 to be arranged with slots 8.
It is known that reducing the circumferential speeds of the impeller blades 4 has a favorable effect on improving the separation of the heavy phase in the trap chamber 5 and 6, for which purpose the impeller 3 is expediently arranged on bearings 11 (FIG. 1).
In this case the impeller 3 does not generate any positive power, and the blades 4 of the impeller 3 are designed in such a way that their peripheral part has an inlet angle ss c 90 "and works in compressor mode, while the root (section according to II-II) of the blades 4 of the impeller 3 works in turbine mode.
The power ratio at the circumferential and root part of the blades 4 of the impeller 3 gives in any case the possibility of achieving any desired, predetermined speed of the impeller 3 and the maximum effect in removing the heavy phase.
The proposed turbo separator for the separation of multiphase media can be used independently (for example in a gas line at the entrance to the system, etc.).
Several such devices, which are arranged one after the other, form a multi-stage variant of the turbo separator for separating multi-phase media.
The following stages are even more effective here, because a medium with an increased concentration of heavy phases is already at the entrance to your own distributor.
As a result, the use of the proposed device is extremely effective in the multistage turbines that work with multiphase working fluid as one or more turbine stages, the impeller of the turbine being rigidly connected to the turbine shaft and being able to have the same speed with it by, albeit with reduced efficiency that generates useful power.
However, the greatest effect is achieved when the phases of the flow of the multiphase medium are separated at low circumferential speeds (below 150 m / sec), which is why the impeller 2 is expediently also arranged on the bearings 11.
The use of this turbo separator in the turbine as an intermediate stage makes it possible to separate the heavy phase of the multiphase working medium, which destroys the flow part of the turbine and reduces its effectiveness.
This ensures reliable and more economical work in the subsequent stages.
At the point of arrangement of the proposed turbo separator in the turbine, the extraction of the multiphase working medium behind the impeller 3 is expediently used so that the heavy phase is discharged into the trap chamber 6. This reduces the return of the heavy phase into the flow of the flow part of the turbine and increases the effectiveness of its removal.
The discharge of the heavy phase together with part of the work equipment is also justified for the trapping chamber 6 and 7, but in this case it is not economically expedient to remove the work equipment more than 1-2So.
The use of the proposed turbo separator as an intermediate turbine stage in a multistage turbine, understandably, leads to a considerable distortion of the velocity field of the flow of the working medium in the blade height at the entrance to the subsequent turbine stage.
Therefore, in order to reduce losses, the diffuser 1 of the subsequent stage must be designed with this distortion in mind.
The use of the proposed turbo separator also as a subsequent stage in a multi-suspension turbine also provides a high economic efficiency.
By arranging this turbo separator as a subsequent stage in the first housing, the heavy phase can be removed and the bulky and expensive separator on the outside can be dispensed with.
In this case, the losses are much lower than in the (steam) gas line and in the external separator itself.
To increase the economy of the turbine, a de-twisting device is attached in front of the impeller 3 of the turbo separator, if it is arranged as the last stage, in a no less expedient manner, which reduces the swirl of the flow of the working medium exiting from the impeller 3.
The turbo separator for the separation of multiphase media and turbine using the same work as follows.
The multiphase medium runs through the diffuser 1, emerges from it at an angle of α (Fig. 2a) and is swirled. The heaviest particles try to move along tangents to the cylindrical surfaces of the turbine housing.
As a result, the main mass of the heavy phase shifts towards the circumference (cut after I-I).
Naturally, the more these particles collect on the circumference, the greater the center distance between the diffuser 1 and the impeller 3.
The particles of the heavy phase reach the collecting chamber 7 and are discharged through the slots 8 together with part of the working medium from the flow part of the device.
The main flow of the working medium reaches the entrance to the impeller 3 already with an uneven distribution of particles of the heavy phase at the height of the blade 4. Practically all larger particles of the heavy phase will already be concentrated in the upper half of the blades 4 of the impeller 3, while at the foot (section according to II-II) there will be only a few particles whose absolute speed C 'differs little from the speed C of the working medium (Fig. 2a). These particles follow the flow of the working medium and actually do not come into contact with the blades 4 of the impeller 3, because the relative speed of the particles W 'is just as indistinguishable from the relative speed W of the working medium.
For this very reason, the blades 4 of the proposed turbo separator have a turbine profile 9 (FIG. 2b) at the foot, which works in the optimal regime.
At the same time, the majority of the particles of the heavy phase are concentrated at the periphery, which is why at the exit from the diffuser 1 the particles remain considerably behind the main flow of the working medium, i.e. H. the absolute speed of the particles C ″ (FIG. 3a) is much lower on the circumference than the speed C of the working medium. An even greater deviation of the speeds of the phases can be seen in the relative movement, ie the relative speed of the particles W ″ W at the extent.
In addition to aerodynamic, centrifugal and Coriolis forces as well as frictional forces on the surface of the blades 4, the trajectory of these particles on the surface of the blades 4 of the impeller 3 is mainly affected by the particles of the heavy phase in contact with the blades 4 of the impeller 3 determined by the direction of the Coriolis forces.
The aerodynamic forces divert the trajectory of the heavy phase to the trailing edge and if the component of the Coriolis force (at the entry angle> 90) also acts in this direction, the heavy phase is thrown back into the flow of the working fluid and can trap chambers 5 and do not reach 6.
In the proposed turbo separator for the separation of multiphase media and in the turbine using the same, the blades 4 of the impeller 3 are designed in such a way that the Coriolis force acts in the direction of the entrance ticket of the blade 4, i.e. H. the entry angle ss of the profile 9 of the blade 4 of the impeller 3 is less than 90 "(Fig. 4b).
Thanks to the fact that the effect of the Coriolis force is practically always stronger than that of the aerodynamic force, the heavy phase of the flow of the working medium in contact with the blades 4 of the impeller 3 becomes on the
Surface of the blades 4 retained and moves towards the periphery against the flow of the working medium (Fig. 4a).
The arrow A in both FIGS. 4a and 4b indicates the direction of movement of the working equipment.
In this way, the probability of dropping particles that are in contact with the blades 4 of the impeller 3 in the trap chambers 5 and 6 increases considerably.
The particles which have been reflected back from the leading edges of the blades 4 and the particles of the heavy phase which have been thrown forward against the current under the action of Coriolis forces kick with the blades by being carried back by the flow of the working medium 4 of the impeller 3 again in contact, but at a greater height.
The probability that these particles get onto the blades 4 of the impeller 3 increases as the pitch of the blades 4 decreases.
As a result of this process, the heavy phase is also discharged into the trap chamber 5.
In order to increase the effectiveness of the removal of heavy phase particles, the trapping chambers 5 and 6 (Fig. 1) are arranged in such a way that the heavy phase could be thrown directly into these chambers, this arrangement of the chambers 5 and 6 not for reduction the profitability of the system.
Because the entry angle ss of the profile of the blade 4 of the impeller is less than 90 ", the movement of the particles of the heavy phase in contact with the surface of these blades 4 can be directed towards the periphery and against the flow of the working medium .
Intensive discharge of the heavy phase behind the diffuser 1 into the trapping chamber 7, better trapping of particles of the heavy phase via the blades 4 of the impeller 3 in the trapping chambers 5 and 6 together with suction and removal of part of the work equipment allow current and important technical information To solve the problem of the separation of multiphase media.
Of course, the proposed device can be supplemented by a number of already known constructive solutions that increase the effectiveness of removing the harmful heavy phase, such as removing the heavy phase through the slots from the surface of the vanes of the diffuser, making grooves on the Leading edge of these blades, etc.
The use of the proposed turbo separator in the turbines of nuclear power plants makes it possible to dispense with external separators and superheaters, which considerably improves the operating properties and increases the safety of the operating personnel.
PATENT CLAIM 1
Turbo separator for the separation of multiphase media, which has a diffuser, an impeller and collecting chambers arranged near the periphery of the impeller, characterized in that the blades of the impeller, which are designed with a profile changing from the foot to the periphery, have a turbine profile at the foot have, while the entry angle of the profile on the circumference is not greater than 90 ".
SUBCLAIMS
1. Turbo separator according to claim I, characterized in that the tendon of the blade of the impeller does not increase more than twice from the foot to the circumference.
2. Turbo separator according to claim I, characterized in that the exit angle of the profile of the blades of the diffuser decreases towards the circumference.
3. Turbo separator according to claim I, characterized in that the distance between the blades of the impeller and the diffuser is not less than a fifth of the height of the diffuser.
PATENT CLAIM II
Use of the turbo separator according to claim I in a turbine working with multiphase working media, characterized in that at least one stage of the turbine consists of the turbine separator for separating the multiphase media.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.