CN112138470A - 一种双钩波形板汽水分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种双钩波形板汽水分离器，其包括至少两块波形板，波形板的波峰、波谷呈等角度钝角，波形板上的每一迎水面的两侧对应设置有直钩和弯钩，直钩和弯钩与迎水面共同围成疏水腔，其中，直钩与迎水面平行等间距设置，弯钩包括弯折角和与迎水面平行等间距设置的弯折边，直钩尾端与弯钩的弯折边相对并间隔形成疏水腔的进水口；直钩距离迎水面的高度H1小于弯钩的弯折边距离迎水面的高度H2。本发明通过合理设置直钩与弯钩间的高度差以及进水口的开度尺寸，利用疏水腔内形成局部漩涡增大小液滴分离效率，弯钩挡水范围大对大液滴拦截更充分，优化波形流道结构减小因流速剧增导致的压降损失，从而使汽水分离器的分离效率提高，压降减小。
Description
技术领域
本发明涉及气液分离技术领域，更具体地，涉及一种双钩波形板汽水分离器。
背景技术
波形板汽水分离器作为蒸汽发生器的次级汽水分离器，决定着出口蒸汽的品质。正常运行工况下，蒸汽发生器出口的蒸汽湿度应小于0.1％，如果出口蒸汽湿度很大，会降低汽轮机组的安全性以及经济性。除了要保证较高的分离效率，波形板汽水分离器还需具备较低的压降(即流动阻力损失)。随着核电站功率的提高，对汽水分离器的性能的要求也越来越高。
现有技术中，波形板分离元件作为波形板分离器的核心部件，已有大量研究通过在波形板上加设疏水钩即挡水钩，实现液滴的疏水分离作用。主要的疏水钩结构包括无钩形、单钩形、双钩形，曲折形、圆弧形等结构型式。其中波形板的波纹构型、挡水钩、尾钩和支撑板的形状、结构、尺寸、数量及相应组成构件在波形板上的安装位置均直接或间接影响汽水分离效率和压降损失，这也正是波纹板式分离器的设计复杂性和难点所在，进一步提高目前核电蒸汽发生器干燥用波形板组件的汽水分离效率、减小压降、降低经济成本仍是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有的双钩波纹板式汽水分离器存在的问题，本发明通过合理设置直钩与弯钩间的高度差以及进水口的开度尺寸，提出了一种分离效率高、压降小且易于加工拆装的双钩波形板汽水分离器。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双钩波形板汽水分离器，包括至少两块波形板，每一所述波形板的波峰、波谷均呈等角度钝角，所述波形板上的每一迎水面的两侧对应设置有直钩和弯钩，所述直钩和所述弯钩与该迎水面共同围成疏水腔，其中，所述直钩与迎水面平行等间距设置，所述弯钩包括弯折角和与迎水面平行等间距设置的弯折边，所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边相对并间隔形成所述疏水腔的进水口；所述直钩距离迎水面的高度H1略小于所述弯钩的弯折边距离迎水面的高度H2。
可选地，所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边沿平行于迎水面方向间隔形成所述进水口，所述进水口的开口朝向与迎水面相对。
可选地，所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边沿平行于迎流面方向相重叠，且沿垂直于迎水面方向间隔形成所述进水口，所述进水口的开口朝向平行于迎水面。
可选地，所述弯钩的弯折边距离迎水面的距离小于波间距的二分之一。
可选地，所述直钩的长度大于所述弯钩的弯折边的长度。
可选地，所述波形板的水平波折夹角为90°-135°。
可选地，所述弯钩的弯折角为90°-145°
可选地，所述直钩和所述弯钩与所述波形板之间通过铆接连接或焊接连接或一体加工成型。
可选地，所述弯钩的弯折角为圆弧形倒角。
可选地，所述波形板有包括4～8个波折段。
本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明通过合理设置直钩与弯钩间的高度差以及进水口的开度尺寸，既能够保证足量液体自进水口流入疏水腔内，形成局部漩涡，以增大细小液滴与疏水钩壁面碰撞的几率，并通过漩涡卷吸小粒径液滴进入疏水腔内而脱离气体，从而实现微小粒径液滴的有效分离；同时，也有效避免了出现漩涡强度过大，造成主流的有效流通面积减小、主流流速骤增，导致较大流动阻力损失的情况发生；
2、本发明中，弯钩的高度略低于直钩高度，使弯钩面向迎流具有更大的挡水范围，使大粒径液滴在惯性力下更容易碰撞到弯钩被分离，有利于进一步提高气液分离效率；
3、本发明中，直钩与弯钩间形成高度差，使波形流道在折角处的通道面积呈先小后大的规律，从而减小了波形板折角附近因流向突变和流通面积急剧变小造成流速剧增，导致的流动阻力损失，达到减压降的作用；
4、本发明中的双钩型波形板组件通过结构简单改进，不仅易加工、易拆装，而且分离效率更高、压降更小，满足汽水分离器的高效小型化应用需求。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的有利理解，并且构成说明书的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。在附图中：
图1为本发明实施例示例一中的双钩波形板汽水分离器的横截面示意图；
图2为本发明实施例示例二中的双钩波形板汽水分离器的横截面示意图；
图3为本发明实施例示例一、示例二及等高双钩波形板汽水分离器的流型结构横截面示意图(流道中形成有漩涡区)；
图4为本发明实施例示例一、示例二及等高双钩波形板汽水分离器的分离效率结果对比示意图。
其中，图1-图4中附图标记与部件名称之间的关系为：
1波形板，2迎水面，3直钩，4(4’)弯钩，5(5’)弯折边，600疏水腔，7(7’)进水口，8流体入口，9流体出口，两波形板的板间距S，相邻两波峰之间的节距λ，波折角度α，直钩高度H1，弯钩高度H2。
具体实施方式
下面结合实施例示例及附图对本发明作进一步详细说明。
对于带有疏水钩的波形板汽水分离器的研究而言，疏水钩通过流场影响液滴的运动分离行为，因此，疏水钩的结构影响着不同直径液滴在波形板内如何以及在何处被排出。目前关于疏水钩结构的改进形式主要包括：直钩-直钩型、弯钩-弯钩型及直钩-弯钩混合型，此类波形板汽水分离器的基本工作原理为：汽水混合物在泵压驱动下由相邻两块波形板之间进入并沿着主水流方向流动，在波形板折角处以及直钩的阻挡，气体会折流而走，液体受惯性力和离心力作用而附着在阻挡壁面上。其中，一部分已经着壁的液体会依靠自重沿阻挡壁面向下汇流至波形板底部的集水槽，另一部分着壁液体会在折流气体的推动力下向着气体流动的方向流动(即顺流)，到达直钩尾端由进水口进入到疏水腔或直接进入弯钩汇至疏水腔中，在疏水腔中形成向下的连续水膜而被收集，最终实现疏水分液。
目前，尤其是等高双钩型波形板汽水分离器(如图3中所示)被应用于实际工程中，其具有加工简单、易于安装拆卸的特点，且疏水钩内侧区域形成的漩涡区，会使部分微小粒径液滴的运动轨迹发散无规则，能为微小粒径液滴脱离气流进入疏水腔以实现有效分离形成有利条件。但如果漩涡强度过大，则会造成主流的有效流通面积减小，显著提高主流流速，导致流动阻力增大，即压降增大，甚至还可能把直钩下游边缘和弯钩尾端边缘形成的液膜二次撕碎，反而造成分离效率降低。进一步改善等高双钩型波形板汽水分离器的分离效率和压降损失，仍是本领域科研致力的重要方向。
为了进一步提高波形板汽水分离器的使用性能，本发明人对现有技术中的等高双钩型波形板汽水分离器进行了锐意研究，提出了一种改进的双钩波形板汽水分离器，该汽水分离器包括至少两块波形板1，相邻两波形板1之间平行排列形成波形流道及位于波形流道两端的流体入口8和流体出口9。波形板1上的每一迎水面2两侧的位置处(即折角位置处)对应设置有直钩3和弯钩4，直钩3和弯钩4与该迎水面2共同围成疏水腔600。其中，直钩3与迎水面2平行等间距设置，弯钩4包括弯折角和与迎水面2平行等间距设置的弯折边5，直钩3延伸端与弯钩4的弯折边5相对并留有开口，即形成疏水腔600的进水口7，该进水口7与迎水面2相对并迎着气流流动方向。并且，直钩3距离迎水面2的高度H1略小于弯钩4的弯折边5距离迎水面2的高度H2。
具体地，本实施例中作为示例的，如图1所示，图中仅示意出两块波形板1，每一波形板1的波峰、波谷均呈等角度钝角，即波折角(即水平波折夹角)α为120°，两波形板1的板间距S为16mm，本实施例中的波形板1(即图1中两波形板1相间形成的波形流道波形流道)包括6个波折段(如图1中示意，即6级波段，按波折面数量划分)，具体为位于流体入口8端的第1级波折段、中间的第2至第5级四个波折段以及流体出口9端的第6级波折段，相邻两波峰之间的节距λ为46mm。前5个波折段中，直钩3长度为15mm，弯钩4的弯折边5的长度为5mm，弯折角与波峰角相同为120°，直钩3距离迎水面2的高度H1(简称直钩3高度H1)为5mm，弯钩4的弯折边5距离迎水面2的高度H2(简称弯钩4高度H2)为7mm，即直钩3与弯钩4间的高度差为2mm，进水口7与迎水面2相对并迎着气流流动方向，进水口7沿着流体方向的开度为5.76mm。此外，由于液滴尤其是直径较大的液滴主要在前几级被分离，到达后几级的分离量明显减少，因此本实施例中对末级波折段的上波板面上的迎水面2两侧的直钩3和弯钩4结构进行了一定的简化，具体为直钩3长度缩短，弯钩4不包括弯折边5，两钩的长度分别为7mm、5mm，从而起到一定挡水分离作用的同时，尽可能地减小出口流体的压降。
本实施例也通过前期数值模拟对本发明实施例示例一、示例二的分离效率与现有技术中常规的等高双钩波形板汽水分离器进行了计算对比，其中，图3为本发明实施例示例一、示例二及等高双钩波形板汽水分离器的流型结构横截面示意图(流道中形成有漩涡区)；图4为本发明实施例示例一、示例二及等高双钩波形板汽水分离器的分离效率结果对比图。结合图3-图4所示，相比于现有技术(如图3中等高型结构所示)，采用本实施例中的改进双钩型波形板1汽水分离器进行汽水分离时，通过合理设置直钩3与弯钩4间的高度差以及开度合适的进水口7范围，一方面，能够保证足量液体自进水口7流入疏水腔600内侧，在直钩3下游和弯钩4的弯折边5的内侧形成局部漩涡低速区(如图3中示例一与等高型的漩涡强度情况对比所示)，使液滴运动轨迹发散，以增大细小液滴与疏水钩壁面碰撞的几率，并通过漩涡卷吸小粒径液滴进入疏水腔600内而脱离气流，实现小尺寸粒径液滴的有效分离；另一方面，也有效避免了出现漩涡强度过大，造成主流的有效流通面积减小、主流流速骤增，导致较大流动阻力损失的情况发生。同时，弯钩4的高度略低于直钩3高度，使弯钩4面向迎流具有更大的挡水范围，则顺流液体中的大粒径液滴在惯性力作用下更容易碰撞到弯钩4被分离，弯钩4对液滴的直接拦截作用更加充分，使气液分离效率进一步提高。加之，从图3中示例一与等高型的通流面积对比结果可看出，通过优化直钩3与弯钩4位置关系，使波形流道在折角处的通道面积呈先小后大的规律，有助于改善波形板1折角附近(即直钩3下游及进水口7附近)发生流向突变和流通面积急剧变小造成流速剧增的情况，使得蒸汽流的流动阻力损失减小。
如图2所示，作为实施例中的另一种示例(示例二)，与示例一不同的是，直钩3与弯钩4’的弯折边5’沿平行于迎水面2方向延伸至部分重叠，由直钩3的尾端与弯钩4的弯折边5’沿垂直于迎水面2方向间隔形成窄间隙进水口7’，该进水口7’的开口朝向平行于迎水面2，直接迎着气流流动方向。具体地，如图2所示，弯钩4’长为12mm，直钩3与弯钩4’相互重叠的长度为1.85mm，进水口7’间隙高度为2mm。如图3所示，该设计能够进一步降低直钩3下游内侧区域及疏水腔600进水口7’内侧区域的漩涡强度，有效降低了漩涡引起的流动阻力损失，减小压降，同时，充分避免了漩涡造成的液膜二次撕碎，导致分离效率降低的情况发生。
如图3-图4中的实验模拟计算结果所示，当进口速度1.0m/s条件下，本发明实施例的示例一、示例二的分离效率可达到99.2％和98.2％，相比于等高双钩型波形板1汽水分离器的分离效率(97.6％)而言均显著提高；同时，结合图3所示，示例一、示例二中在直钩下游内侧、进水口内侧形成的漩涡区范围减小，而流体的流通面积相比于等高双钩型增大，使得流速增幅相比减小，由此，本实施例有效避免了因流速剧增、漩涡强度过大对压降造成的不利影响，使得本实施例的压降损失减小。其中，示例二中由于弯钩4’与直钩3的进水口7’的间隙较小，进入疏水钩的液体相对较少，使得漩涡强度小，不足以充分卷吸小粒径液滴进入疏水钩，因此分离效率相比于示例一的分离效率稍低。
作为本实施例中的优选方式，弯钩4的弯折边5距离迎水面的距离小于波间距S的二分之一。
作为本实施例中的优选方式，直钩3的长度大于所述弯钩4的弯折边的长度。波形板1的水平波折夹角α可以为为90°-135°。
作为本实施例中的优选方式，弯钩4的弯折角可与波形板1的波折角相同，也可以大于波形板1的波折角，弯折角的范围为90°-145°。
作为本实施例中的优选方式，直钩3和弯钩4与所述波形板1之间通过铆接连接或焊接连接或一体加工成型。
作为本实施例中的优选方式，弯钩4的弯折角5为圆弧形倒角。
作为本实施例中的优选方式，波形板1有包括4～8个波折段。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“内侧”、“相对”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或两者之间的相对位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。
Claims (10)
1.一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：包括至少两块波形板，每一所述波形板的波峰、波谷均呈等角度钝角，所述波形板上的每一迎水面的两侧对应设置有直钩和弯钩，所述直钩和所述弯钩与该迎水面共同围成疏水腔；
其中，所述直钩与迎水面平行等间距设置，所述弯钩包括弯折角和与迎水面平行等间距设置的弯折边，所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边相对并间隔形成所述疏水腔的进水口；所述直钩距离迎水面的高度H1略小于所述弯钩的弯折边距离迎水面的高度H2。
2.根据权利要求1所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边沿平行于迎水面方向间隔形成所述进水口，所述进水口的开口朝向与迎水面相对。
3.根据权利要求1所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述直钩的尾端与所述弯钩的弯折边沿平行于迎流面方向相重叠，且沿垂直于迎水面方向间隔形成所述进水口，所述进水口的开口朝向平行于迎水面。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述弯钩的弯折边距离迎水面的距离小于波间距的二分之一。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述直钩的长度大于所述弯钩的弯折边的长度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述波形板的水平波折夹角为90°-135°。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述弯钩的弯折角为90°-145°。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述直钩和所述弯钩与所述波形板之间通过铆接连接或焊接连接或一体加工成型。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述弯钩的弯折角为圆弧形倒角。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双钩波形板汽水分离器，其特征在于：所述波形板包括4～8个波折段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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