CN103533999B - 用于从气体或蒸气流中分离水滴的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于蒸汽涡轮电力设施的用于从蒸气或气体流中分离水分的水分分离器，包括具有波纹部分(3a，3b)和后缘(4)的叶片(3)的束。后缘(4)包括在后缘(4)表面上收集水分的器件。这些器件可包括夹状的配件(5)，或后缘本身为U形。在后缘(4)上的收集器件有助于水分分离器总的水分分离效率，并有助于降低由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮损坏的风险。

Description

用于从气体或蒸气流中分离水滴的装置

技术领域

本公开涉及一种设备，其能够从流过设备的气体或蒸气中分离出液滴。在下面的公开内容中，该设备将被称为水分分离器。该水分分离器设备特别地与包括V形(chevron-type)板的设备相关。本发明特别地与一种水分分离器相关，其适于用在包括蒸汽涡轮的用于发电的电力设施中。

背景技术

水分分离器特别地用在发电和制造工业中。例如，蒸汽涡轮电力设施常常包括水分分离器以最小化驱动蒸汽涡轮的加压蒸汽中的水滴的量并从而最小化由于腐蚀和侵蚀而造成的蒸汽涡轮叶片和其它构件损坏的风险。水分分离器设置在电力设施中以使蒸汽流在其进入涡轮之前经受水分分离。

由美国专利号4,342,570已知的一种水分分离器包括叠置的平行并间隔开的波纹片(wafer)或V形板束，其容纳于螺栓连接到支撑结构的面板中。穿孔的板件螺栓连接到支撑结构并位于以均匀方式分配湿蒸汽迎面流的面板的上游。波纹片定位成使得波纹与蒸汽流方向成直角。当蒸汽在平行并间隔开的片之间流动并且通过波纹时，这给予蒸汽波状的运动，从而使得比周围蒸汽具有更多惯量的水滴被波纹拦截，而不是保持夹带在蒸汽中。波纹片相对于水平面向下倾斜成一定角度，从而使得捕获的液滴沿着波纹的槽向下运动到沟(gutter)中，沟设置成在水离开波纹板时捕获水。水通过连接到沟末端的排放管从水分分离器移除。

EP462687公开了一种水分分离器，其具有间隔开的叶片的堆叠，其包括设置成形成之字形轮廓的部件。气体或蒸气流流过在叶片之间的空间，从而接触叶片的之字形。叶片的各部件具有上游和下游腔，在其中水滴可被收集并向下运动，并且水可在叶片底端收集。部件上的腔要求在叶片之间的空间具有给定的最小尺寸。

EP1755763公开了一种进一步的水分分离器设备，其具有间隔开的平行成型板，在其之间通过蒸气流。该设备包括一个或多个与蒸气流动方向成直角延伸的肋，并设计成产生流动阻力。成型板基本上是波纹板，其包括在其轮廓最高部处的凸出或凹陷，该凸出或凹陷与蒸气流动方向相反地引导，并设计成捕捉水分并引导其到收集容器。

发明内容

本发明涉及一种水分分离设备，其具有相比于现有技术设备提高的分离效率。

一种根据本发明的水分分离器，包括，

外壳，其具有具有流动方向的蒸气或气体流的进口，

多个波纹叶片，其在外壳内彼此平行且均匀间隔地设置并垂直地定向，并且其中波纹叶片关于蒸气流过设备的方向设置，使得波纹与蒸气流的方向成直角延伸。

各叶片包括与蒸气流进口相对的后缘，其大致是平的并且没有波纹。

已经经由进口进入水分分离器的蒸气或气体，其分布在波纹叶片上并在叶片之间流动并通过。当水分接触叶片的具有周期性间隔的成型最低部(minima)和最高部(maxima)的叶片轮廓时，其被迫进入波动的路径，由此在蒸气中夹带的且具有更大惯量的水分在波纹中被捕获。蒸气流经由后缘离开叶片。

特别地，根据本发明，各叶片的后缘包括器件，其引导在其表面上的具有液滴和/或薄膜形式的水分，以使水分收集并流向叶片后缘的底端或回到叶片的波纹部分，其中水膜可沿着一个波纹向下流至叶片底部。引导水分的器件可为后缘本身的在其端部具有U形的一部分、附接于后缘的装置、或在后缘表面上的轮廓。

在叶片的后缘上的这种措施允许经由后缘从蒸气或气体流中除去水分，而无需在叶片的波纹部分上的凹陷。通过借助于本发明的特征改型后缘，可减少后缘附近的水膜的累积并防止叶片后缘附近由于水滴引起的V形分离器叶片过度负荷。在蒸汽流离开板时水进入蒸汽流的任何再夹带可被减少乃至防止。由于保证了后缘处的水滴收集，相邻板之间的间隔可保持较小。在波纹叶片之间的更小间隔实现了更大的分离效率。由此，根据本发明的水分分离器设备的总分离效率相比于现有技术中的水分分离器增加。

水分分离器允许收集在叶片后缘处残留的水分。所得蒸汽流中夹带的液滴的数量和大小都将被有效的降低。

如果在蒸汽涡轮电力设施中，水分分离器在蒸汽涡轮之前安装，本发明的措施实现了蒸汽涡轮部件的腐蚀和侵蚀风险的降低。同样地，本发明的措施实现了蒸汽涡轮增加的操作寿命。如果在蒸汽涡轮电力设施中，水分分离器在再热器管束之前安装，蒸汽涡轮位于再热器管束之后，则水分分离器设备提高的分离效率可实现在再热器中将需要更少的加热蒸汽，其因而有益于涡轮的总体性能。

叶片的波纹可以是任何种类的周期性轮廓，例如正弦波形状，或对称的三角形形状。

各叶片的后缘成形为大致平坦形状，其具有第一和第二侧，以及短和长的边缘。短边缘在蒸气流的方向上伸展，而长边缘平行于叶片的最高部和最低部的波纹延伸。各叶片在其后缘上或后缘内设置器件以收集水滴或水膜，并引导它们到叶片的底部，在那里其被收集在容器中且从设备中排出。

在本发明的第一实施例中，各叶片的后缘包括夹，其沿着后缘的长侧的部分长度延伸，包围后缘的长侧的端面，并沿着其第一和第二侧朝波纹延伸。夹可例如借助于点焊附接至后缘。

在一个变型中，当从与波纹的最高部成直角的横截面观察时，夹平行于后缘的第一和第二侧表面延伸。夹延伸越过后缘的一小部分，其中，夹的一个边缘从后缘的端面延伸至波纹的起点，其中特别地，夹的边缘从后缘的端面沿向下的方向朝波纹延伸。例如，边缘可在精确的垂直方向延伸。在该实施例的特别变型中，在顶视图中，夹具有三角形形状，其中三角形的夹具有面向蒸气流并垂直地向下延伸的长侧。

三角形形状的夹实现水滴或水膜通过向下延伸的夹边缘朝波纹回转，其中水分将沿着波纹流到后缘的底部，在那里其可被收集并从设备移除。

在本发明的又一实施例中，各叶片的后缘包括夹，其沿着后缘长侧的全部长度延伸，包围后缘的长侧的端面，并沿着它的第一侧和第二侧朝波纹延伸。当从与波纹的最高部成直角的其横截面看时，夹与后缘的第一和第二侧表面成一定角度延伸。与后缘的第一侧相比，夹可具有跨第二侧的不同的范围。在特别的变型中，夹延伸越过第二侧的宽度，直至叶片的波纹起始端(onset)，并在第一侧其仅延伸跨过部分后缘宽度，在夹的端部和波纹的起始端之间留下部分后缘空余(free)。

在一个特别的变型中，夹的端部具有倒圆或倒角的轮廓，以便使液滴容易地进入所述空间。水膜将经过倒圆或倒角的轮廓端部进入在夹和后缘表面之间的空间，并沿该表面行进至叶片的底部以被收集。

在本发明的又一实施例中，后缘本身成形为在后缘平面上弯曲延伸成U形的第二形状。

U形弯曲的后缘包括第一侧和第二侧，其形成U形的两部分。在该实施例中，后缘从最后的波纹端部沿着后缘的第一侧延伸，在波纹最高部的方向上形成轻微升高，然后形成U形转折并然后最终朝向最后波纹的端部延伸后缘的第二侧。水膜可在由弯曲所形成的空间内部收集并流向叶片的底部。

在又一实施例中，后缘在其平面表面上包括一个或多个凹槽，其沿平行于波纹的最高部和最低部延伸到叶片的底端。表面上的液滴将在凹槽中收集并流到叶片的底部。

在又一实施例中，后缘在其最后边缘包括延伸离开第一和第二侧两者的凸出。当从与波纹的最高部的方向成直角的横截面看时，凸出从后缘的端部朝波纹延伸。例如，凸出与后缘一起具有箭头的横截面形状。水分可在后缘表面和凸出之间的空间中收集，并被引至叶片的底部。

附图说明

图1示出如可设置在根据本发明的水分分离器中的波纹叶片束的透视图。

图2a示出根据本发明的水分分离器的实施例的单个波纹叶片，并且特别地，具有夹状器件以收集水分的后缘。

图2b示出图2a中的波纹叶片沿着线II b-II b的横截面。

图3a示出根据本发明的水分分离器的实施例的单个波纹叶片，并且特别地，具有又一实施例中的设置在后缘中间区域的夹状器件以引导水分到叶片底部的后缘。

图3b示出图3a中的波纹叶片沿着线IIIb-IIIb的横截面。

图4a示出根据本发明的水分分离器的实施例的单个波纹叶片，并且特别地，具有U形弯曲器件以收集水分的后缘。

图4b示出图4a中的波纹叶片沿着线IVb-IVb的横截面。

图5a示出根据本发明的水分分离器的又一实施例的单个的波纹叶片，其具有在后缘表面上赋予的凹槽。

图5b示出图5a中的波纹叶片沿着线Vb-Vb的横截面。

图6示出根据本发明的水分分离器的又一实施例的单个波纹叶片的横截面，其具有在后缘端面上的凸出。

部件列表

1 气体或蒸气或蒸汽流

2 叶片束

3 叶片

3a 波纹最高部

3b 波纹最低部

3d 在叶片之间的间隔

3e 后缘处的波纹起始端点

4 后缘

4a 后缘的第一侧

4b 后缘的第二侧

4c 后缘的端面

5 夹状装置

5a 夹的第一腿

5b 夹的弯曲部分

5c 夹的第二腿

6 对称的夹

7 后缘的弯曲端

7a U形的第一臂

7b U形的U形转折

7c U形的第二臂

8 凹槽

9 箭头或倒钩状突出

9a 凸出的朝波纹延伸的部分

10 间隔件

具体实施方式

图1a中示出了一种根据本发明的水分分离设备，其可用于从蒸气流1中分离水分，例如用于电力设施的蒸汽涡轮的蒸汽流，其中蒸汽流通过设备外壳上的进口引导到叶片3的束2上。叶片3在其大部分面积上是波纹状的，波纹具有最高部3a和最低部3b。蒸汽流1行进通过在叶片3之间窄的间隔3d，其为波纹周期的周期的部分。叶片之间的间隔由间隔元件10保持，如例如在图2a中所示。由于波纹，流过叶片之间的蒸气顺着波动的路径，并经由大致平坦形状的后缘4在叶片3的端部处离开板和设备。当蒸气流中的水滴流过波纹时被波纹阻挡并通过流到叶片的底部而被收集，大量水分仍留在叶片端部的蒸气流中并在其后缘4收集。为了该文献中的定义和识别，后缘4可如图1b的剖视图所示而被描述，其具有两侧，第一侧4a、第二侧4b，和端面4c，此外，具有最高部3a和最低部3b的波纹平行于后缘4的长度1延伸。

图2a示出图1a中所示的束的一个叶片3的前视图。蒸汽流1被标出从左边越过叶片的波纹3a、3b并从后缘4上离开叶片。该图示出了在后缘表面上收集水分的器件的第一实施例，其中这些第一器件是包围后缘端面并朝叶片波纹延伸的夹状配件5。图2b的剖视图示出了具体的夹5的新颖形状，夹5设置在后缘4的端面4c上并延伸越过叶片后缘的整个长度1。夹5具有第一腿5a、弯曲部分5b、和第二腿5c，其通过例如点焊附接到后缘的端面4c。它的第一腿5a延伸越过第一侧4a，而第二腿延伸越过后缘的第二侧4b。腿5a和5c与后缘表面成微小的角度延伸。

所示的夹允许在第一侧4a收集且从波纹最高部处流下的水分被夹的端部接收，并流入在夹和后缘表面之间的空间。类似地，在第二侧4b收集且朝向波纹最低部流动的水分将被延伸至该点的腿5c收集，其中，原本水分可被蒸汽流再夹带。

在示出的实施例中，第二腿5c延伸至波纹开始的点，而第一腿5a仅延伸越过后缘部分平坦第一侧的一部分并保留部分空余。然而，夹的腿也可为相同长度。取决于波纹形状和种类的夹的腿长度的适当选择，可优化水膜进入在后缘表面和夹5之间空间的有效方向，从该空间，水分可流到叶片的底部。夹的腿的倒圆或倒角的端部可进一步优化引导水分到夹的效率。

图3a和3b示出图2a和2b的夹的变型，其中附连到后缘4的夹6延伸越过后缘4的一部分，例如大约在后缘4的长度的中点处。设备6具有例如有垂直延伸一侧的三角形形状。在其剖视图中，夹具有对称形状的腿6a和6b，其平行于后缘的第一和第二侧延伸。

图4a和4b示出本发明的又一实施例，其中后缘本身成形为生成收集水分的器件。后缘以大致U形形式弯曲，其具有第一臂7a、U形转折弯曲部7b、和第二臂7c。U形的第一臂7a与叶片3的波纹中轴3′成小角度向外引导。U形的第二臂7c大致平行于中轴3′延伸。第二臂7c延伸直至点3e处的波纹的起始端。

本发明的又一实施例如在图5a和5b中所示，包括在后缘收集水分的器件，在一个或两个后缘表面上的一个或多个凹槽8。水滴附着在凹槽上并被引导至叶片的底部。

图6示出本发明的又一实施例，其中后缘的最后的端面4c包括延伸离开后缘表面的凸出9并具有以倒钩方式延伸朝向波纹3a、3b的部分9a。凸出可具有例如箭头或任何倒钩状装置的形状。水分可在由后缘表面和倒钩包围的空间中收集，并被导向至叶片的底部。

Claims (4)

1.一种用于发电用蒸汽涡轮电力设施的水分分离设备，其包括具有用于包含有水滴的气体流(1)的进口的外壳，设置在外壳内的叶片(3)的束(2)，其中，叶片(3)平行且均匀互相间隔地垂直设置，并且各叶片(3)包括接近用于气体流(1)的进口设置的波纹部分和相对所述进口设置的后缘(4)，

一个或多个叶片(3)的后缘(4)包括用于收集在后缘表面(4a,4b)上的水分并将其引导至叶片(3)的底端的器件，用于在所述后缘表面(4a,4b)上收集水分的器件包括附连到所述后缘(4)并包围所述后缘(4)的端面(4c)和表面(4a,4b)的夹(5)，所述夹(5)平行于所述波纹的最高部(3a)和最低部(3b)延伸越过所述后缘(4)的整个长度(l)，其特征在于，所述夹(5)具有两个腿(5a,5c)，两个腿都与所述后缘(4)的表面(4a,4b)成一定角度延伸。

2.根据权利要求1所述的水分分离设备，

其特征在于：

所述夹(5)借助于点焊附接。

3.根据权利要求1或2所述的水分分离设备，

其特征在于：

所述腿(5a,5c)的端部为倒圆或倒角的。

4.根据权利要求1所述的水分分离设备，

其特征在于：

所述气体流为蒸汽流。