CN102575841B - 用于多相流体流的相分离的旋风分离器，带有旋风分离器的蒸气涡轮机设备以及相关的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多相流体流的相分离的旋风分离器(1)，所述旋风分离器带有基本上关于中轴线(M)旋转对称地构建的、包围空腔(3)的壳体(2)，带有用于流体流的至少一个输入管路(6)，该输入管路被设计用于流体流的基本上与壳体内侧(11)相切地取向的流入，以及带有用于流体流的被分离的气态成分的至少一个引出管路(24)。这种旋风分离器要被改进为使得其适于加热流体流的气态成分，并且对于材料和位置需求的要求较少。此外，要保证待加热的蒸气在进入加热阶段时稳定的和尽可能均匀的流动分布。为此，根据本发明设计了：空腔(3)从中轴线(M)出发在径向方向上看具有：流出室(16)，其带有基本上圆形的横截面，以及随后以所述顺序接下来具有加热室(14)、间隙(15)、干燥室(13)和流入室(12)，它们分别带有基本上圆环形的横截面，其中流入室(12)向外通过壳体(2)形成边界，其中加热室(14)包含设计用于加热气态成分的加热元件，其中在干燥室(13)中设置有至少一个精细分离器(28)和至少一个关联的冷凝物捕获槽(32)，并且其中所述至少一个冷凝物捕获槽(32)与设置在间隙(15)中的至少一个冷凝物流出管(34)连接，在工作状态中在所述至少一个精细分离器(28)中形成的冷凝物通过所述冷凝物流出管从空腔(3)中引出。

Description

用于多相流体流的相分离的旋风分离器,带有旋风分离器的蒸气涡轮机设备以及相关的驱动方法

本发明涉及一种用于多相流体流的相分离的旋风分离器，其带有基本上关于中轴线旋转对称地构建的、包围空腔的壳体，带有用于流体流的至少一个输入管路，该输入管路被设计用于流体流的基本上与壳体内侧相切地取向的流入，以及带有用于流体流的被分离的气态成分的至少一个引出管路。此外，本发明涉及一种蒸气涡轮机设备，其带有高压涡轮机和低压涡轮机以及带有这种旋风分离器。此外，本发明涉及一种用于驱动这种蒸气涡轮机设备的方法。

在发电厂中，尤其是核电站中(其中使用蒸气来产生能量或者转换能量)，通常使用不同的涡轮机，它们以不同的蒸气压力工作。在发电厂中产生的新鲜蒸气在此例如被引入高压涡轮机中，在那里做功并且由此被释放。在蒸气现在被引入针对较低的蒸气压力设计的低压涡轮机中之前通常减少其水分。此外，通常在蒸气引入低压涡轮机之前设置有蒸气的过度加热。通过这些措施，一方面提高了低压涡轮机的效率，另一方面延长了涡轮机的寿命，因为例如由于液滴引起的部件腐蚀或者侵蚀而形成的损伤被减小或者避免。

为了将从高压涡轮机中排出的、释放的蒸气这样进行制备，通常使用根据流动而串联的水分离器和中间过度加热器，它们在结构上可以以并排布置或者相继布置的方式彼此组合(组合的水分离器/中间过度加热器，缩写WaZü)。在此，在现在基本上为气态的成分引入第二部件之前，通常在水分离器/中间过度加热器的第一部件中减少蒸气的水分，其中在第二部件中将蒸气过度加热。由此过度加热的蒸气现在被引入低压涡轮机中，在那里将蒸气释放并且由此做功。

为了分离水分，可以使用不同的装置。属于其中的例如有金属片，蒸气流沿着其被引导。为了将水分分离，此外也可以使用所谓的旋风分离器或者旋流器，其中在基本上旋转对称的壳体中将蒸气流相对于壳体内侧切向引入。由此，较重的水分通过离心力向外排挤，并且较轻的、基本上为气态的成分由于在旋流器中形成的流动关系而流入到壳体包围的空腔的内部并且在那里聚集。在两种情况中，蒸气的气态成分现在都被引导至按照流动连接在后的并且结构上/空间上分离的、WaZü的第二部件中，在其中将蒸气过度加热。这通常通过如下方式来实现：加热管由蒸气流入，这些加热管通过热传递将蒸气相应地加热或者过度加热。

WaZü的集成的结构变形方案在申请人AREVA NP GmbH的官方文件号为DE101009015260.1的专利申请中进行了描述，其中水分的分离和蒸气的加热在相同壳体中进行。

为了能够令人满意地进行水的分离或者蒸气的中间过度加热，相应的部件必须被对应地大体积地设计，由此直接产生相应的材料开销和空间位置需求。另一方面，在发电厂的构造中，尽可能少的材料需求和空间需求是值得追求的。

因此，本发明所基于的任务是，提供一种用于多相流体流的相分离的装置，其适于加热流体流例如蒸气的气态成分，并且对于材料和位置需求提出较小的要求。此外，应当保证要加热的蒸气在进入加热阶段时稳定的和尽可能均匀的流动分布。此外，要提出一种带有高压涡轮机和低压涡轮机的蒸气涡轮机设备，其中可以特别有利地使用这种旋风分离器。此外，要提出一种用于驱动这种蒸气涡轮机设备的方法。

在用于多相流体流的相分离的旋风分离器方面，该任务根据本发明通过如下方式来解决：其中空腔从中轴线出发在径向方向上看具有：流出室，其带有基本上圆形的横截面以及随后以所述顺序接下来具有加热室、间隙、干燥室和流入室，它们分别带有基本上圆环形的横截面，其中流入室向外通过壳体形成边界，其中加热室包含设计用于加热气态成分的加热元件，其中在干燥室中设置有至少一个精细分离器和至少一个关联的冷凝物捕获槽，并且其中所述至少一个冷凝物捕获槽与至少一个设置在间隙中的冷凝物流出管连接，在工作状态中在所述至少一个精细分离器中形成的冷凝物通过冷凝物流出管从空腔中引出。

本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明所基于的考虑是，传统水分离器/中间过度加热器的比较大的空间需求尤其是由于从原始由高压涡轮机排出的蒸气分离水以及随后将分离的气态成分过度加热在时间上相继地在两个空间上彼此分离的空间区域或者设备部件中进行，它们以流动侧串联的方式相继布置。由此，对于水分离器/中间过度加热器的结构性构造提出了特别的要求，它们由于系统原因而需要比较大的安装空间。

然而如现在已知的那样，这两个空间区域不必一定在结构上相继地设置。在合适的流动关系前提下，这些空间区域于是也可以在单个壳体中彼此套叠地设置，其中针对流体的给定的体积基础(Volumenelement)，流体分离和气态流体成分的过度加热在时间上看基本上同时地或者紧紧相继地进行。

这种合适的流动关系由旋风结构方式的水分离器提供。通过旋流器的壳体内侧的切向流入，借助作用到流上的离心力，在壳体内侧上在被壳体包围的空腔的外部区域中实现了重组分(例如水)的分离。原始的流体流的较轻的气态成分例如水蒸气在此流到空腔的内部中。如果现在在空腔的内部或者中间区域中、尤其是在加热室中将用于气态成分加热或者过度加热的加热元件设置为使得能够进一步实现较轻的相进入内部区域中，则气态成分直接在其进入内部区域的过程中被加热或者过度加热。由此，在针对水分离而设计的外部空间区域的内部形成内部空间区域，其主要包含过度加热的蒸气。过度加热的气态成分于是可以从内部空间范围中引出，并且根据需要被进一步使用。通过功能上不同的两个空间区域的这种彼此套叠，可以用所述的紧凑结构方式来实现组合的水分离器/中间过度加热器。此外可以节省材料成本，因为对于两个过程仅需要唯一的壳体。

尤其是通过在精细分离器和加热元件之间同心地设置冷凝物流出管，在流入加热室时实现了适当计量的压力损失，其导致蒸气沿着壳体的均匀分布并且由此在流入加热元件时保证了优化的流动分布。由此，可以省去用于流动控制的带孔板或者类似的装置。

这种构造并不局限于处理水蒸气。当要从多组分的流体流中将一个或者多个相从重微粒或者组成部分中分离，并且要将原始的流体流的轻成分加热时，于是总是可以使用这种构造。

有利的是，在垂直于中轴线的至少一个平面中设置有多个布置于干燥室中的冷凝物捕获槽，其共同至少近似地形成冷凝物捕获槽环，其中每个冷凝物捕获槽都与关联的、分别布置在间隙中的冷凝物流出管连接。

在此，每个冷凝物捕获槽可以关联有精细分离器或者干燥器中的一个或者多个。对此可替选地也可能的是，在每个平面中或者在所述平面的一些中使用恰好一个环形的冷凝物捕获槽。

环形分布的冷凝物捕获槽和关联的冷凝物流出管的优选数量及其尺寸(例如长度或者直径)可以取决于多个因素，如壳体的尺寸、在旋风分离器的工作状态中经过冷凝物流出管的冷凝物通过能力、以及在流体流流过冷凝物流出管的布置时要实现的所希望的压力损耗。

在一个优选的实施形式中，第一平面设置有第一冷凝物捕获槽环，而至少一个第二平面设置有第二冷凝物捕获槽环，其中与第一冷凝物捕获槽环关联有第一组冷凝物流出管，而与第二冷凝物捕获槽环关联有第二组冷凝物流出管。

通过这种方式，在干燥器中沿着壳体的中轴线看在不同部位形成的冷凝物可以分别流出到在冷凝物的流动方向上接下来的冷凝物捕获槽中。沿着壳体的中轴线看，第一平面和第二平面的冷凝物捕获槽可以分别成对地相叠设置。根据壳体的长度和在旋流器的工作状态中的冷凝物通过能力，也可以设置三个或者更多个平面。

冷凝物流出管优选分别仅仅与一个冷凝物捕获槽连接，以便保证高通过能力。在可替选的构型中，至少一些冷凝物流出管与多于一个的冷凝物捕获槽连接。

有利的是，在间隙的纵向区段中(第一组的冷凝物流出管以及第二组的冷凝物流出管在其中延伸)，第一组的冷凝物流出管以及第二组的冷凝物流出管在旋风分离器的环周方向上看交替地布置。间隙的该纵向区段优选在间隙的整个长度上延伸，其中所有冷凝物流出管在壳体的整个长度上引导。通过这种方式，沿着中轴线来看，对于流体流的气相(例如要加热的蒸气)的流入关系到处都是相同的。在此，冷凝物流出管的一些可以在某些长度区段中仅仅用于流动引导，而其在其他长度区段中附加地用作在精细分离器中形成的冷凝物的出口。

这种布置也可以套用到多于两个的平面的情况，其中于是在环周方向上例如可以进行属于相应组的冷凝物流出管的环状布置。

冷凝物流出管有利地与中轴线平行地取向，由此蒸气在其流入时基本上经历垂直于壳体的中轴线的速度降低。

当所有冷凝物流出管通过垂直于中轴线的横截面的相交点基本上在一个圆上时，在径向方向上实现了均匀的流入。于是，所有管在径向方向上距壳体内侧以及中轴线具有相同的距离，于是沿着壳体的环周方向不会形成不希望的压力不均匀性。

相应的冷凝物捕获槽有利地通过输入管路与相应的冷凝物流出管连接。输入管路以中间件的方式在流动侧将冷凝物捕获槽与相应的冷凝物流出管连接，其中在工作状态中来自相应的冷凝物捕获槽的冷凝物可以通过输入管路流到冷凝物流出管中。输入管路例如可以通过与冷凝物捕获槽和/或冷凝物流出管的焊接连接来连接。其也可以构建为冷凝物捕获槽或者冷凝物流出管的整体的组成部分。

在一个优选的实施形式中，带有加热元件的加热室设计用于使流体流的气态成分流过。在此，该加热室将空腔分为位于壳体内侧和加热室之间的区域：间隙、干燥室和流入室以及在加热室内的流出室。两个空间区域的明确分离以优化的方式允许两个相继过程的分离。当流入到流入室中的流体流的成分具有尽可能小成分的重组分时，特别有利于节省用于其加热的能量。在使用于蒸气涡轮机装置中时，由此可以提高涡轮机的效率和寿命或者维护间隔。

为了在尽可能直接的路径上将加热的或者过度加热的蒸气流入低压涡轮机中，有利的是，旋风分离器具有恰好两个引出管路，其中两个引出管路在沿着中轴线的方向上看的、壳体的对置的端部上与流出室在流动侧连接。

根据多组分流体流的组成，旋转对称的壳体的不同构型是有利的。例如，壳体可以朝着一个方向、尤其是朝着引出管路的方向(流出口)在其横截面中逐渐变细。水从水蒸气/水-流中的分离优选在基本上空心圆柱体形地构建的壳体中进行。

为了以优化的方式利用重力来分离多相流体流的重组分，壳体的中轴线优选具有基本上竖直的取向。流体流的重组分于是在壳体内侧上向下运动(流动)，并且可以在那里聚集或者引出。通常，旋风分离器的竖直布置是有利的，因为在这种情况中重力不会引起涡流中的不平衡。

对于所述装置在带有高压涡轮机和低压涡轮机的蒸气涡轮设备中的应用，从高压涡轮机中提取的蒸气应当在过度加热的状态中输送给低压涡轮机。为此，加热元件要在其加热功率方面进行设计，以将流体流、尤其是水蒸气的气态成分过度加热。

当多相流体流通过多个输送管路输送时，实现所述装置的尽可能有效的利用。如果输送管路总是在其壳体端子的区域中——在相对于壳体的中轴线基本垂直的平面中，则其有利地设计为使得流入空腔中的流体流的速度矢量具有如下分量：其从该平面指向外部。在此指的是平均的速度矢量，其关于流体流的各组成部分而平均。由此，可以防止通过不同的输送管路流入的流体流彼此发生冲突，并且流体流得到沿着中轴线方向的优选方向。有利的是，在此流体流以相对于与中轴线垂直的平面在10°到30°之间的角度、尤其是譬如15°的角度流入。也就是说，由于壁几何结构而出现的涡流优选叠加有在中轴线方向上的速度分量，使得总体上形成螺旋状的流。在分离装置的竖直设计情况下，沿着中轴线的方向取向的速度分量有利地向下指向。

优选的是，为了流体流的流入而使用四个输送管路，它们关于壳体的环周均匀地并且对称地分布地布置。在壳体的合适的设计情况下，通过这种方式，流入的流体流可以有利地分布到壳体内侧的四个大小相同的区域上，而各流并不相遇并且在此干扰。

在该装置的壳体中形成的流动关系用于使得流体流的气态成分流入被壳体包围的空腔的内部。在那里，其流入加热元件并且在此被加热或者过度加热。加热元件被流入的方向可以任选地也通过设置在流入室中的引导片或者引导叶片来优化。例如，通过这种方式可以实现的是，加热管基本上在前面被流入，或者切向的分量可以减少。因为另一方面这些引导元件缩小了流入室，所以要根据应用来决定是否使用它们以及以何种尺寸来使用它们。

旋风分离器适于一级的以及多级的(中间)过度加热。为了两级或者更多级的过度加热，垂直于中轴线来看例如在加热室中可以相继地设置两组或者更多组的加热元件。属于各个组的加热元件在此可以针对分别不同的加热功率或者加热温度来设计。

在所述装置的一个优选的实施形式中，加热元件管状地构建。为了将气态成分加热或者过度加热，加热元件可以被流体的加热介质、尤其是水蒸气流过。对于多级加热，为此例如可以在加热元件的不同组中使用具有不同压力和/或不同温度的蒸气。

为了尽可能有效地加热气态的成分，使用直线管作为加热元件，它们平行于结构(Gebaeude)的中轴线取向。为此，可以在加热室中设置多个管，它们可以根据应用而不同地构建。例如，可以使用光滑管或者肋管(Rippenrohre)，或者这些管类型的有利的组合。合乎目的的是，各个管彼此间隔，使得通过余留的间隙，从流体流中分离的气态相可以尽可能不受妨碍地从外部的流入室进入到内部的流出室。另一方面，当然需要管的一定的“密度”，以便实现所追求的加热作用。

加热管有利地被组合为管束。在此，可以使用所谓的环束，其中管或多或少地均匀分布地设置在加热室中。可替选地或者与其结合地可以使用所谓的单束。在此，分别将多个彼此相邻的加热元件组合为一个束。单束可以被预先安装并且可以作为整体来驱动。在需要的情况中，它们可以比单管更容易地安装、拆除或者更换。

关于蒸气涡轮机设备方面，上面提出的任务根据本发明通过如下方式来解决：其中上面描述的分离装置的输送管路或者所有输送管路与高压涡轮机的蒸气出口连接，并且引出管路或者所有引出管路与低压涡轮机的蒸气入口连接。由此，来自高压涡轮机的蒸气被引入分离装置中，其中一方面水分从蒸气分离，并且另一方面气态成分被过度加热。被过度加热的蒸气接着引入低压涡轮机中，在那里其被用于进一步的能量获取。

关于方法方面，上面提出的任务根据本发明通过如下方式来解决：其中从高压涡轮机的蒸气出口流出的蒸气被引入空腔中，该空腔被基本上关于中轴线旋转对称的壳体包围，由此蒸气被置于旋转中，并且其气态成分与液态成分分离，并且在壳体的内部区域中聚集，并且其中基本上气态的成分在其进入内部区域中时通过精细分离器引导，其中其液态成分被进一步减少，并且随后通过冷凝物流出管的环形分布的布置来引导，接着通过加热元件加热并且随后输送给低压涡轮机的蒸气入口。

在该方法的一个优选的版本中，加热元件的至少一些管状地构建，于是形成加热管。由蒸气发生器产生的新鲜蒸气被引入加热管的至少一些中，由此与加热管的外侧接触的、引入分离装置中的流体流的气态成分被加热或者过度加热。可替选地或者与其结合地，可以从高压涡轮机中提取中间排出蒸气(Anzapfdampf)，其随后被引入加热元件的至少一些中。通过这种方式，尤其是可以实现流体流的气态成分的两级或者更多级的过度加热。

借助本发明实现的优点尤其是在于，通过在旋风分离器内巧妙地布置加热元件，能够以所提到的节省空间和节约材料以及结构成本的方式来实现将多相流体流的重组分或者液态相分离，同时将流体流的气态成分加热或者过度加热。由此，所述装置尤其是适于使用在必须在狭窄空间上构建的设备中。为了初步地分离流体流的重组分或者相，在此利用旋风原理。安装精细分离器能够进一步减少重组分。通过在精细分离器和加热元件之间的环形室中布置冷凝物流出管，借助有目的的压力损失实现了优化的流动分布。这导致进一步的材料节省，因为由于冷凝物流出管的双重功能，可以(在很大程度上)省去孔隔板或者类似的组件。

其中这种分离装置连接在高压涡轮机和低压涡轮机之间的蒸气涡轮机设备可以尤其以紧凑的并且节省材料的结构方式来实现。在此，所述装置可以基本上在竖直地设立的壳体中直接地安装在高压涡轮机之下，使得来自壳体的上端部上的高压涡轮机的蒸气出口的气体可以流入所述装置中。通过在壳体的下端部和/或上端部上的引出管路，于是可以将过度加热的蒸气输送给低压涡轮机。

在下面借助附图来阐述本发明的不同实施例。其中在极为示意性的附图中：

图1示出了用于多相流体流的相分离的旋风分离器的两种不同的可能构型的两个不同的、设置在一起的半圆形部分横截面，所述旋风分离器带有基本上关于中轴线旋转对称地构建的壳体，其中相应的横截面垂直于中轴线地选择；

图2示出了垂直于根据图1的旋风分离器的中轴线的横截面，其中示意性地表示了不同的空间区域；

图3示出了旋风分离器的纵截面，其中在中轴线左边和右边的两个半部对应于不同的优选实施形式；

图4示出了图3中的用虚线圆标出的细节的详细视图，其带有冷凝物流出槽，冷凝物流出槽通过输入管路与冷凝物流出管连接；

图5示出了根据图1至图3的旋风分离器的多个冷凝物流出管和冷凝物捕获槽，在此在沿着中轴线的观察方向上的横截面中示出；以及

图6示出了蒸气涡轮机设备的示意性方框电路图，其带有高压涡轮机、低压涡轮机、蒸气发生器以及根据图1至图5的实施形式的、带有集成的中间过度加热器的、用于多相流体流的相分离的旋风分离器。

在所有附图中，相同的部件设置有相同的附图标记。

在图1中示出的用于多相流体流的相分离的旋风分离器1包括基本上关于中轴线M旋转对称地并且空心圆柱体形地构建的壳体2，其包围空腔3并且四个输送管路6进入该壳体中。在此，图1的左半部和右半部分别对应于旋风分离器的一种可能的构型，其中实际上两个半部分别以这里示出的两种方式之一来实现。带有基本上竖直取向的中轴线M的壳体2在一个优选的构型中具有大约6米的直径。

多相流体流(未示出)在此在基本上与壳体内侧11相切的流入方向10上流入被壳体2包围的空腔3中。流体流例如可以是蒸气，其从安装在蒸气涡轮机设备中的高压涡轮机的蒸气出口通过输送管路6引入到旋风分离器1的壳体2中。壳体2优选由钢或者不锈钢制成，其中根据应用领域，其他材料也可以是有利的。

流体流在此被置于旋转中，其中作用到流体流上的离心力将流体流的重组分(在该情况中为水)向外拉到壳体内侧11上。流体流的气态成分由于在空腔3中形成的流动关系而从流入室12通过干燥室13以及间隙15运动到加热室14中。在横截面中为环形的加热室14包围位于壳体2的内部的圆柱体形流出室16。

流出室16、加热室14、间隙15、干燥室13以及流入室12的空间布置(从中轴线M径向向外)在图2中示意性地表明。流出室16圆柱体形地成型，而在壳体2中更外部的空间在一定程度上形成分别带有圆环形横截面的壳。其假想的内部和外部的、根据横截面的界限形成同心圆，它们的共同中点位于中轴线M上。

在图1所示的旋风分离器1的实施形式的加热室14中设置有加热元件，它们关于其加热功率而设计用于将流体流的气态成分过度加热。在此，可以使用各个加热管18，它们在其整体上一定程度上形成环束。在环束中使用的管的长度为大约11.5m并且壳体直径为6m的情况下，当在管总数为大约7900个情况下束的外直径为大约3.6m并且肋管芯直径分别为大约22.4mm时，大约有22,000m²的加热面可供使用。对此可替选地或者与加热管18结合地，可以使用单束20。加热管18或者单束20在流动方向22上被流体流的气态成分流入。气态成分在加热室14中被过度加热，随后其进一步流到流出室16中。其在那里通过引出管路24(在图1中未示出)进一步引导至低压涡轮机中。

在加热元件被流体流直接流过的情况下，基于以前的经验可以实现水的高达大约80％的分离效率。这意味着，流进加热管18或者单束20的蒸气还具有大约2.6％的水份。

为了进一步减少水份，在干燥室13中安装精细分离器28。例如可以使用不同地构建的片作为精细分离器28。也可以使用所谓的薄片式滴注分离器(Lamellentropfenabscheider)，其由波纹形的片组构成。通常，这些分离元件固定或者锚定在框架中。精细分离器28与冷凝物捕获槽32(在图1中未示出)关联，在工作状态中在精细分离器28中形成的冷凝物流出至冷凝物捕获槽中。冷凝物捕获槽32优选设置在干燥室13中。它们固定(例如焊接)在相应的精细分离器28上，使得来自相应精细分离器28的冷凝物在关联的冷凝物捕获槽32中被捕获。冷凝物捕获槽32在流动侧与设置在间隙15中的冷凝物流出管34连接，冷凝物通过所述冷凝物流出管从空腔3中引出。冷凝物流出管34基本上直线地与中轴线M平行地走向，并且在壳体2的整个长度上延伸。它们在壳体2的两个端部上分别借助板90来锚定。在壳体下部设置的板90与壳体内侧11之间设置有空隙94或者环形隙，在壳体内侧11上聚集的水可以通过空隙或者环形隙向下流出。

冷凝物流出管34满足双重功能。一方面，通过其将精细分离器28中形成的冷凝物向下从空腔3中引出。另一方面，其在精细分离器28和加热管18之间的空间布置导致从流入室12至流出室16流过的流体流的有利的压力损失，由此改进了在加热室14中的竖直的流动分布。特别地，避免或者强烈减小了在空腔3的下部区域中的滞止压力。此外，通过冷凝物流出管34的布置还可以影响加热管18的流动方向。通过由此产生的搅流，改善了流体流到束的第一管排的热传递。

在精细分离器28的辅助下，可以将水份减少到小于0.5％至小于1％。然而，将精细分离器28引入干燥室13中带来了压力损失，并且相对于没有精细分离器28的实施形式减小了流入室12。在该实施例中，精细分离器28在干燥室13中设置在围绕中轴线M的直径为大约4m的外圆上，并且提供大约70m²的入流面。为了改善加热元件的入流或者为了减少或者完全排除入流速度的切向分量，可以在流入室12中或者在更内部的空间中设置引导片、带孔片或者引导叶片。通过这些偏转装置，在流入室12的大小上减小了流入室。引导片、带孔片或者引导叶片可以分别单独地或者彼此不同组合地在旋风分离器1中使用。

可以使用管束作为加热元件，如其尤其是在热交换器中使用的那样。为了提供尽可能大的加热表面，在此可以使用肋管或者开槽的肋管。必要时与其结合地也可以使用光滑管。在此，所述管例如被大约70巴的新鲜蒸气和/或(在多级加热情况下)大约30巴的高压涡轮机的中间排出蒸气(Anzapfdampf)流过。加热管18优选在外侧上具有圆形的横截面轮廓，以便以尽可能少的流动阻力来对抗要加热的流体流。

图1中的旋风分离器1在图3中在左侧和右侧的纵截面中分别以一种可能的实施形式来示出。在两个实施形式中，旋风分离器1的壳体2基本上竖直地设立。壳体2基本上空心圆柱体形地构建并且关于中轴线M旋转对称。分别设置有4个输送管路6，其均匀地分布在壳体2的环周上，并且优选具有1400mm的直径。从高压涡轮机中出来的蒸气以(超过重力作用的)向下取向的、斜角为大约15°的速度分量流入空腔3中，由此支持所希望的、基本上盘旋式或者螺旋式的流动引导。蒸气通过输送管路6导入壳体2中并且在切向方向上流经壳体内侧11。在此，蒸气的水分在壳体内侧11上被分离。基于在旋风分离器1中形成的流动关系，以及必要时借助引导片、引导叶片或者带孔片，蒸气的大多数的气态成分流入干燥室13中，进一步流入间隙15、加热室14以及接下来流入流出室16中。

在壳体2的上端部和下端部上分别设置有大约1800mm的直径的引出管路24，其分别与流出室16在流动侧连接。蒸气于是可以在其加热之后向上以及向下从壳体2流出，并且接着通过引出管路24向低压涡轮机(未示出)引导。旋风分离器1合乎目的地在空间上相对于低压涡轮机来布置，使得上部与流出室16在流动侧连接的引出管路24可以基本上直接地与低压涡轮机的输入开口连接。在流出室16的下端部上汇合的引出管路24向上朝着低压涡轮机的输入开口而改道。

在左侧的部分图中示出的旋风分离器1的实施形式针对蒸气的两级加热或者过度加热而设计。在构建为环形室的加热室14中，以环形束的形式安装有加热管18。蒸气(通过流动方向22示出)首先流过精细分离器28，并且接着流过冷凝物流出管34的布置，它们在一定程度上对蒸气产生阻力并且于是导致压力损失。由此可以防止蒸气在竖直方向上不均匀地分布，由此加热管18可能不能在其全部长度上用于加热。

于是，蒸气流过在加热室14中围绕中轴线M同心的第一级36或者第一组加热管18。接着，蒸气在其朝着流出室16的路径上流过第一级37或者第二组加热管18，其同心地设置在第一级36内。在外部的第一级36通过中间排出蒸气输入管路40被提供来自高压涡轮机的大约30巴的中间排出蒸气。在内部的加热管18的第二级37通过新鲜蒸气输入管路38提供来自蒸气发生器66(未示出)的、大约70巴的新鲜蒸气。在针对被提供不同蒸气的加热管18的组的输入收集器(Eintrittssammler)之间，可以设置有分离片82用于分离相应的蒸气。这同样适用于输出收集器(Austrittssammler)。替代将两个管束彼此交错地布置，也可以使用带有分离的管底部的环束。

由此在两级中加热的蒸气流入流出室16中，并且从那里进一步通过引出管路24流到低压涡轮机。气态成分于是在其进入流出室16的内部的路径上被连续地加热。这种两级加热可以用显然的方式普遍化到借助附加的蒸气输入管路和管组实现的多级加热。

在图3的右侧的部分图中示出了带有单级加热的实施形式。加热管18都通过新鲜蒸气输入管路38来提供新鲜蒸气。

精细分离器28与冷凝物捕获槽32连接，冷凝物从冷凝物捕获槽通过冷凝物流出管34经由冷凝物排出管路46从壳体2引出。

在壳体内侧11向下流动的冷凝物(在此是水)进入冷凝物出口43中，并且通过冷凝物排出管路46离开壳体2。此外，在壳体2的加深的底部区域中设置有第二冷凝物出口42，在下面的部分空间中聚集的冷凝物可以通过其经由冷凝物排出管路46排出。

在图3中示出的旋风分离器1的实施形式可以与图1中所示的带有环束或者单束20的构型组合。

在图3中通过虚线圆39表示的细节在图4中放大地示出。干燥器或者精细分离器28与冷凝物捕获槽32连接，在旋风分离器1的工作状态中在干燥器或者精细分离器28中形成的冷凝物流入冷凝物捕获槽32中。冷凝物经过一个或者多个输入管路41经由分别与输入管路41连接的冷凝物流出管34向下流动。冷凝物捕获槽32可以根据需求来不同地构建。优选的是，与每个精细分离器28关联有冷凝物捕获槽32。也可能的是，使用唯一的环形的冷凝物捕获槽32，来自所有精细分离器28的冷凝物可以流出到其中。

优选的是，将冷凝物捕获槽32以不同高度上设置在壳体2中。在图3中，冷凝物捕获槽32在壳体2中安装在两个不同的平面上。图5示出了在图3所示的旋风分离器1的俯视图中上部平面的冷凝物捕获槽32。在图5中示出了两个与其在流动侧连接的输入管路41以及与其相连的冷凝物流出管34。此外，可以看到另外两对的输入管路41和冷凝物流出管34，其中这些对在流动侧并未与所示的冷凝物捕获槽32连接。它们而是与更下面的、在此被上部冷凝物捕获槽32覆盖的冷凝物捕获槽连接。属于在不同高度相叠的两个冷凝物捕获槽32的冷凝物流出管34交替地沿着它们在其中被安装的圆周来设置。圆曲率在完全示意性的并且不符合比例的图5中不可看出。

其中每个冷凝物流出管34与恰好一个冷凝物捕获槽32连接的这种构造变形方案具有的优点是，保证了在工作状态中冷凝物的高的通过能力。对此可替选地，也可以将多个冷凝物捕获槽32与相同的冷凝物流出管34在流动侧连接。

在图6中示出了蒸气涡轮机设备62的一个有利的实施形式。该蒸气涡轮机设备包括蒸气发生器66、高压涡轮机70以及低压涡轮机74。旋风分离器1在流动侧连接在高压涡轮机70和低压涡轮机74之间。在蒸气发生器66中产生的新鲜蒸气被导入高压涡轮机70中来做功。通过做功，蒸气在高压涡轮机70中释放，由此提高其水分。为了使得蒸气在低压涡轮机74中能够被尽可能有效地用于产生能量，其必须以合适的方式被制备。为此，在将其接下来转化为过热状态之前，必须减少其水分。出于该原因，从高压涡轮机70的蒸气出口排出的蒸气通过分配器经由输送管路6引入旋风分离器1的壳体2中。在那里，蒸气与壳体内侧11成切向地流入并且由此置于旋转中。蒸气的气态成分流入壳体内部，其在那里通过加热元件、尤其是加热管被置于过热状态中。被过度加热的蒸气从那里通过引出管路24导入低压涡轮机74的蒸气入口。在那里，通过这种方式制备的蒸气被进一步用于获取能量。旋风分离器1的加热管(这里未示出)在该实施例中通过加热输入管路78被提供来自蒸气发生器66的新鲜蒸气。可替选地或者附加地，可以为此目的从高压涡轮机70提取中间排出蒸气。

旋风分离器1当然并不局限于使用在蒸气涡轮机设备中。其基本上总是可以使用在其中要从多相流体流中分离较重的组分或者相并且要将气态成分加热或者过度加热的情况中。流体流中的重组分在此可以如上所述的那样是水。然而其中重组分由固体微粒构成的应用也是可能的。在此，例如可以是炭黑或者污物颗粒。

附图标记表

1         旋风分离器

2         壳体

3         空腔

6         输送管路

10        流入方向

11        壳体内侧

12        流入室

13        干燥室

14        加热室

15        间隙

16        流出室

18        加热管

20        单束

22        流动方向

24        引出管路

28        精细分离器

32        冷凝物捕获槽

34        冷凝物流出管

36        第一级

37        第二级

38        新鲜蒸气输入管路

39        虚线圆

40        中间排出蒸气输入管路

41        输入管路

42、43    冷凝物出口

46        冷凝物排出管路

62        蒸气涡轮机设备

66        蒸气发生器

70        高压涡轮机

74        低压涡轮机

78        加热输入管路

82        分离片

90        板

94        缝隙

M         中轴线

E         平面

Claims (16)

1.一种用于多相流体流的相分离的旋风分离器（1），所述旋风分离器带有基本上关于中轴线（M）旋转对称地构建的、包围空腔（3）的壳体（2），带有用于流体流的至少一个输送管路（6），所述输送管路被设计用于流体流的基本上与壳体内侧（11）相切地取向的流入，以及带有用于流体流的被分离的气态成分的至少一个引出管路（24），其中空腔（3）从中轴线(M)出发在径向方向上看具有：流出室（16），其带有基本上圆形的横截面，以及随后依次具有加热室（14）、间隙（15）、干燥室（13）和流入室（12），它们分别带有基本上圆环形的横截面，其中流入室（12）向外通过壳体（2）形成边界，其中加热室（14）包含设计用于加热气态成分的加热元件，其中在干燥室（13）中设置有至少一个精细分离器（28）和至少一个关联的冷凝物捕获槽（32），并且其中所述至少一个冷凝物捕获槽（32）与设置在间隙（15）中的至少一个冷凝物流出管（34）连接，在工作状态中在所述至少一个精细分离器（28）中形成的冷凝物通过所述冷凝物流出管从空腔（3）中引出。

2.根据权利要求1所述的旋风分离器（1），其中在垂直于中轴线（M）的至少一个平面（E）中设置有多个布置于干燥室（13）中的冷凝物捕获槽（32），所述冷凝物捕获槽共同至少近似地形成冷凝物捕获槽环，其中每个冷凝物捕获槽（32）都与关联的、分别布置在间隙（15）中的冷凝物流出管（34）连接。

3.根据权利要求2所述的旋风分离器（1），其中第一平面（E）设置有第一冷凝物捕获槽环，而至少一个第二平面（E）设置有第二冷凝物捕获槽环，其中与第一冷凝物捕获槽环关联有第一组冷凝物流出管（34），而与第二冷凝物捕获槽环关联有第二组冷凝物流出管（34）。

4.根据权利要求3所述的旋风分离器（1），其中第一组的冷凝物流出管（34）以及第二组的冷凝物流出管（34）在间隙（15）的纵向区段中延伸，在该纵向区段中，所述冷凝物流出管在旋风分离器（1）的环周方向上看交替地布置。

5.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中相应的冷凝物流出管（34）与中轴线（M）平行地取向。

6.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中所有冷凝物流出管（34）通过垂直于中轴线（M）的横截面的相交点基本上在一个圆上。

7.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中相应的冷凝物捕获槽（32）通过输入管路（41）与相应的冷凝物流出管（34）连接。

8.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），具有恰好两个引出管路（24），其中两个引出管路（24）在沿着中轴线（M）的方向上看的、壳体（2）的对置的端部上与流出室（16）在流动侧连接。

9.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中所述壳体（2）基本上空心圆柱体形地构建。

10.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），带有基本上竖直取向的中轴线（M）。

11.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中所述输送管路（6）或每个输送管路（6）设计为使得流入空腔（3）中的流体流的速度矢量具有在壳体（2）的中轴线（M）的方向上的分量。

12.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），带有四个输送管路（6），所述输送管路均匀分布于壳体（2）的环周上地布置。

13.根据权利要求1至4之一所述的旋风分离器（1），其中加热元件管状地构建，并且设计用于被流体的加热介质流过。

14.根据权利要求13所述的旋风分离器（1），所述流体的加热介质是水蒸气。

15.一种蒸气涡轮机设备（62），带有高压涡轮机（70）和低压涡轮机（74）以及根据权利要求1至14之一所述的旋风分离器（1），其中所述至少一个输送管路（6）与高压涡轮机（70）的蒸气出口连接，并且其中所述至少一个引出管路（24）与低压涡轮机（74）的蒸气入口连接。

16.一种用于驱动带有高压涡轮机（70）和低压涡轮机（74）的蒸气涡轮机设备（62）的方法，其中从高压涡轮机（70）的蒸气出口流出的蒸气被引入空腔（3）中，该空腔被基本上关于中轴线（M）旋转对称的壳体（2）包围，由此蒸气被置于旋转中，并且其气态成分与液态成分分离，并且在壳体（2）的内部区域中聚集，并且其中基本上气态的成分在其进入内部区域中时通过精细分离器（28）引导，其中其液态成分被进一步减少，并且随后通过冷凝物流出管（34）的环形分布的布置来引导，接着通过加热元件加热并且随后输送给低压涡轮机（74）的蒸气入口。

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